未来智能汽车的标配——惯性导航系统

电子发烧友网报道（文/李诚）惯性导航系统是一种不受电磁波干扰，且不依靠外界信号即可完成自主定位的导航系统。

惯性导航系统的主要定位测量装置由加速度传感器和陀螺仪组成。其中，加速度传感器是用来测量载体所受到的惯性力，并通过牛顿第二加速度定律获取被测载体的加速度值。陀螺仪在该系统中主要是用来测量载体的偏航角度。通过二者的结合，惯性导航系统能够通过加速度值、时间、偏航角度形成一个完整的坐标体系。

由于惯性导航系统无需外界信号即可实现自主定位的功能，因此该定位系统多与GNSS搭配使用，形成一整套完整地组合导航方案，以弥补GNSS在无法接收卫星信号或卫星信号弱的地方也能实现高精度的定位，实现优势互补的目的，避免因误差的存在而引发危险事故。

截至目前，惯性导航系统已与多种定位技术完成融合，并在消费类电子、航海、军工、自动驾驶等领域渗透明显。据中国产业信息网预测，到2026年惯性导航系统市场规模有望达到482亿元。受汽车产业的影响，自动驾驶技术加速普及，惯性导航系统将会迎来更大的市场发展空间。近年来，不少国内外厂商均有在车载惯性导航领域进行积极的部署，力图通过定制化、差异的产品抢占市场。

霍尼韦尔惯性/GNSS导航系统

霍尼韦尔是全球主要的惯性导航产品的主要供应商之一，早在2010年，其大气惯性基准系统就已经被空客的A3xx系列客机选定为标配。并且，霍尼韦尔的解决方案实现了智能物流、智能家居、可穿戴设备、智能汽车多领域的覆盖。此前，霍尼韦尔又发布了新一代的组合型惯性/GNSS导航系统HGuide N580，拓宽了霍尼韦尔在惯性导航领域的产品矩阵。

图源：霍尼韦尔

HGuide N580是一款基于惯性导航系统的设备，能够为自动驾驶汽车、无人机等多平台应用提供高精度、连续性位置和准确姿态的导航数据。该导航系统集成了霍尼韦尔的HG4930 IMU，该IMU内部由MEMS陀螺仪和加速度计组成。为降低IMU的功耗，霍尼韦尔还采用了内部环境隔离系统的设计，以此降低在实际应用中常见且不必要的输入。

HGuide N580的一体化设计不仅采用了惯性测量单元，为提高设备的定位精度，还融入了GNSS作为高精度定位的备用解决方案。通过二者的结合，即使在地下停车场、山林、隧道等卫星覆盖信号弱或无信号的地方也有不俗的表现。同时还提供了双天线、多频率、多星座的RTK测量能力。

在实际应用中HGuide N580可以输出载体的位置坐标、速度、角速度、加速度以及仰俯角度等。在开启双天线的工作模式下，还可接入多星座卫星信号进行航向的测量和初始化操作。

图源：霍尼韦尔

在产品实际案例方面，霍尼韦尔的HGuide N580现已被瑞士的无人机研发公司Aeroscout采纳，并用于电力线巡检、地图测绘、搜救支援等无人机中，据Aeroscout总经理Christoph Eck表示，搭载了HGuide N580的无人机在野外勘探作业时，即使卫星信号被遮挡，也能实时提供高精度的高度、位置信息，在实际使用过程中从未出现过数据采集或存储异常的相关问题。

导远电子

在国内方面，导远电子也有多个基于惯性导航的组合导航解决方案，同时还是国内首个通过高精融合定位ISO 26262汽车功能安全认证的企业，并在功能安全管理、系统级设计等方面建立起了完善的开发流程。

截至2021年8月，远导电子的高精度组合定位系统交付量实现了10W+的突破，其中包括小鹏的P5、P7车型在内均有使用远导电子的产品。在交付量突破10W+的两个月后，获得了红杉中国、经纬创投、高瓴创投等多家机构投资。

图源：导远电子

上图为导远电子的一款高精度车载组合导航定位系统INS570D，该定位系统融合了惯性导航技术以及GNSS技术（支持RTK）。惯性导航技术能够对车辆车轮速度、车速、偏航角度等数据进行读取并推断出车辆当前的位置。通过两种技术的融合，能够在自动驾驶应用中进行多维度的实时定位。

红色代表卫星定位轨迹 蓝色代表组合定位轨迹

上图为导远电子组合定位系统在通过高速隧道时的测试结果。在卫星定位模式下，由于进入车辆进入隧道后卫星信号较差原因，卫星点位系统直接将进入隧道前的坐标，和出隧道恢复信号后重新锁定坐标之间的直线路径判断为行驶轨迹。而在基于惯性导航的组合定位模式下，通过加速度计和陀螺仪的推算，最终的定位轨迹具有更高的参考价值，并且基于惯性导航的组合系统出隧道后的定位与通过卫星定位在同一轨迹上，从而再次坐实了惯性导航定位精度的可靠性。

结语

惯性定位导航系统可以抛开卫星信号的束缚，能够有效解决在复杂环境下的定位问题，弥补了卫星定位系统在信号较差时的定位精度问题。目前，市面上已经推出了很多惯性定位导航与卫星定位导航相互融合的组合定位系统用于提高定位的精度，为自动驾驶汽车赋能。