作者:Mathias Vetter

u-blox 消费与工业追踪应用首席产品经理

关于惯性导航的 7 大误解

在全球范围内,越来越多的智能出行解决方案凭借可靠的定位技术可更好地应用于城市道路,精准的定位技术正在重塑传统的出行市场,例如租车、车队管理和车辆保险,以及其他共享单车、网约车和道路计程收费的新型应用。

针对这些普及速度最为迅猛的应用市场,精准定位解决方案遭遇了更为严峻的挑战。在建筑密集的城市中,车辆在进入城市峡谷、桥底、隧道或多层停车场等复杂环境中时,常常无法获取全球导航卫星系统 (GNSS) 信号,导致定位系统无法正常工作。即使车辆上空并无遮挡物,GNSS 接收机仍有可能接收到其他间接信号(例如建筑反射的信号),而这对位置估计也会产生不利影响。 

定位的失准和中断会影响服务质量、运营效率、账务及合规性监控,因而对企业十分不利。因此,越来越多的企业转而寻求能够解决这些痛点的定位解决方案,即采用惯性导航技术。 

什么是惯性导航解决方案? 

l 惯性导航 (DR) 解决方案采用惯性传感器(陀螺仪和加速计)来辅助 GNSS 定位技术。

l 无约束惯性导航 (UDR) 解决方案持续测量与监测车辆加速度及其方向变化,再通过传感器融合技术将测量数据与 GNSS 数据进行整合,实时计算并优化分析出更精准的位置结果。

l 车载惯性导航 (ADR) 解决方案在此基础上则更进一步,可将车辆轮速脉冲传感器的数据进行整合,实现更高精度的位置计算结果。

惯性导航技术的三大优势:

l 在城市场景中,定位精度可提高至原来的三倍

l 在 GNSS 信号中断后仍能继续实现位置追踪

l 车辆启动后即开始位置追踪和导航

在本文中,我们将分析并消除有关惯性导航的 7 大误解。

误解一:ADR (车载惯导)仅适用于汽车应用

实际上:ADR 解决方案除了将 GNSS 与惯性传感器数据进行融合,还会从硬件轮速脉冲传感器获取车速信息,或者接收来自软件接口的消息。经过多年的发展,ADR 技术现在可应用于多种车辆,例如我们新型惯性导航模块就包含适用于汽车、摩托车和电动踏板车的动态模型。 

关于惯性导航的 7 大误解

误解二:只有在 GNSS 信号完全丢失时才会用到惯导技术

实际上:除了弥补 GNSS 信号覆盖盲区,惯性导航解决方案还可以支持各种复杂场景中的定位解决方案: 

l 惯性导航解决方案通过提供相对定位补充来源,可以减少多径效应引起的定位误差。 

l 惯性导航解决方案可以帮助检测 GNSS 干扰和欺骗,并减轻由此带来的影响误差。 

l 在定位暂时丢失的情况下,惯性导航解决方案有助于控制定位误差。  

误解三:随着双频 GNSS 技术的发展,惯性导航已无价值 

实际上:双频 GNSS 接收机在特定条件下确实可以改善定位精度。但即便如此,在 GNSS 信号中断时,双频 GNSS 也无法持续进行精准定位,这时就需要惯导技术进行辅助定位,确保定位服务可实现 100% 可用。

误解四:惯性导航成本高,作用小

实际上:惯性导航解决方案虽然标价略高(通常在成本基础上加成不到 50%),但从开始部署到整个车辆生命周期结束,始终都能带来回报。在高度依赖精准车辆追踪来计费的计程类应用场景中,DR 技术可确保在 GNSS 服务中断后仍能继续追踪里程数。而针对精准定位数据有助于提高运营效率的场景中(例如,找到并收回乱放的电动踏板车),DR 技术还能有效节约时间和能源。 

关于惯性导航的 7 大误解

误解五:惯性导航难以部署

实际上:这种说法其实也有一定的道理,但实际情况并不能这样一言概之。虽然多星多频 GNSS 接收机能够在一定程度上提高定位性能,但安装部署的难度也会因此而上升,惯性导航解决方案也是如此。为了带来更可靠的性能,惯性导航接收机的校准工作更需要精确测定和详细规范。此外,ADR 解决方案还需连接到车辆的传感器,以追踪车轮的转动信息。

根据应用场景的不同,我们会推荐一些方法来简化安装过程,例如,与汽车类似的应用场景(即四轮车辆)可以使用自动校准功能。

误解六:惯性导航可以弥补 GNSS 信号强度弱的问题

实际上:在 GNSS 信号强度不佳或中断的情况下,惯性导航确实可以在有限的时间里起到辅助支持和补充作用。但是,如果系统的信号强度在长时间内一致处于欠佳状态,定位精度必然会受到影响。由于 GNSS 信号也用于校正惯性传感器和轮速脉冲传感器,因此 GNSS 精度差会降低校正的质量,最终导致惯性导航定位精度下降。 

为了改善性能,我们需要从根本问题出发。如果天线布局欠佳,有两种补救措施:选择更好的天线和增加 PCB 铺地尺寸。如果射频干扰过多,可以使用 SAW 滤波器改善灵敏度。如果使用的是无源天线,可以在设计中增加 LNA,这样便可解决问题。 

误解七:无约束惯性导航 (UDR)是低端的 ADR

现实:如果有这样的想法其实也能理解。如果你用 ADR 作为基准,而没有将 UDR 、 ADR 与仅使用 GNSS 的解决方案进行性能对比,就很容易有这种想法。我们认为这样想其实有些本末倒置,因为与仅使用 GNSS 的解决方案相比,UDR 和 ADR 都实现了定位功能升级。而 ADR 与 UDR 相比的最大价值在于,ADR 可以在信号长时间中断(持续时间超过一分钟)的情况下提高定位精度。

u-blox NEO-M9V 惯性导航模块可支持开箱即用的 UDR 和 ADR,确保最大灵活性,便于您调整解决方案架构,适应多种应用场景的需求。

关于惯性导航的 7 大误解

无论选择 ADR还是 UDR,适合您的就是最好的选择。

随着城市应用场景的扩大,用户对其智能化需求也不断增加,对定位的容差也越来越低,设备厂商也正在拓展卫星定位与惯性导航技术的应用。

在 u-blox,我们针对汽车和工业应用提供行业领先的惯性导航解决方案组合,并与客户携手开发全新的技术来推动惯性导航技术创新。我们在设计、选型、实施和部署阶段,不断帮助客户解决技术痛点,在此过程中我们也取得了持续性进步,凭借多年沉淀的专业经验,我们将不断精进,打造出更可靠、更精准的定位解决方案。 

我们已发布了 u-blox NEO-M9V,作为 u-blox 首款可同时提供无约束惯性导航 (UDR) 和车载惯性导航 (ADR) 的定位接收机,NEO-M9V 可作为车队管理和微出行应用的理想选择,即使在复杂的 GNSS 信号环境(如城市峡谷)中,也能提供可靠的米级定位精度。

该模块同时集成了 UDR 和 ADR,可以带来更强的灵活性,所以客户不必再忙于决定是采用易于集成的 UDR 技术,还是更为成熟的 ADR 技术,而是能够针对终端客户的具体应用场景要求提供最佳解决方案。

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