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GPS与IMU在智能行驶上的应用

作者:admin  更新时间:2019-08-21

  在自动驾驶汽车上,GPS已经成行车定位必不可少的技术。但GPS也有它本身劣势,比如信号差、有误差、更新频率低等问题,所以仅靠GPS无法满足自动驾驶的定位需求。这时我们就需要一种更好的设备来弥补GPS的不足。IMU惯性测量单元拥有更高的更新频率,而且不受信号影响,可以很好与GPS形成互补。

  IMU的全称是inertial measurement unit,即惯性测量单元,通常由陀螺仪、加速剂和算法处理单元组成,通过对加速度和旋转角度的测量得出自体的运动轨迹,在导航中有着很重要的应用价值。我们把传统的IMU和与车身、GPS等信息融合的算法组合在一起的系统称为广义的、针对自动驾驶的IMU。

GPS与IMU在智能行驶上的应用

  GPS/IMU传感系统通过高达100Hz频率的全球定位和惯性更新数据,可以帮助自动驾驶完成定位。GPS是一个相对准确的定位用传感器,但是它的更新频率过低,仅有10Hz,不足以提供足够实时的位置更新。IMU的有着GPS所欠缺的实时性,IMU的更新频率可以达到100Hz或者更高。通过整合GPS与IMU,我们可以为车辆定位提供既准确又足够实时的位置更新。

  目前的GPS有很多时候是精度不够准确或者无效的。例如在隧道中,我们经常因为信号不好无法使用。在市中心的高楼里,GPS信号容易被折射反射。这个时候IMU就可以增强GPS的导航能力。例如,在车道线识别模块失效时,利用失效之前感知到的道路信息和IMU对汽车航迹的推演,仍然能够让汽车继续在车道内行驶。

  GPS和IMU组合,就是为了融合IMU的航向速度、角速度和加速度信息,来提高GPS的精度和抗干扰能力。IMU相对GPS来说,不仅能提供一些信息,还能提供补全导航信息,因为GPS本身只提供位置信息,IMU还可以提供航向姿态信息,这个在车辆控制甚至最基本的车辆控制里也会遇到的信息。因为IMU会提供不同的角度,我们可以非常敏锐实时的监测到车辆姿态的变化,可以更精准的识别一些比较复杂的路况信息。

  为什么说在自动驾驶技术中,IMU的作用是无法被替代的呢?首先,IMU的相对和绝对位置推演不依赖任何外部设备,是像飞机里的黑匣子一样的完备系统。

  其次,由于IMU不需要任何外部信号,它可以被安装在汽车底盘等隐蔽位置,这样就可以避免电子或机械的攻击。而视觉、激光和毫米波等传感器必须接收来自汽车外部的电磁波或光波信号,这样就很容易被来自攻击者的电磁波或强光信号干扰,从而无法正常工作。

  最后,由于IMU对角速度和加速度的测量值之间本就具有一定的冗余性,再加上轮速计和方向盘转角等冗余信息,使其输出结果的置信度远高于其它传感器提供的绝对或相对定位结果。

  在自动驾驶汽车上,IMU是除了激光雷达之外,另一个高成本部件。目前,能够在GPS信号丢失后10秒内,提供车道级定位的IMU的价格在20万元左右且均为进口。不过,国内也有科技公司开始研发针对自动驾驶专用的IMU,有望将其成本降到1万元以下并保持精度不变。

  在自动驾驶繁杂的系统中,IMU以完全无需依赖外部的特性,以及强大的抗干扰能力,解决了自动驾驶汽车“我在哪”,“我要去哪”和“我怎么去”的问题,为自动驾驶的定位系统提供最后一道安全保障。