一文深度剖析惯性导航在车载GPS卫星导航中的应用

一、GPS卫星导航

GPS卫星导航，是根据GPS卫星提供的位置信息，以及导航前规划的线路，指引用户行驶的一个系统。

二、惯性导航

之前有介绍，惯性导航其实是最早使用的导航系统之一。 惯性导航是一种通过测量运动物体的加速度，并自动进行积分运算，获得运动物体瞬时速度和瞬时位置数据的技术。 惯性导航系统一般安装在运动物体内部，工作时不用依赖外界提供信息就能进行导航，不易受到干扰，是一种自主式导航系统。

惯性导航的优势和限制：

惯性导航具有体积小、成本低、精度高、不依赖外界信息、抗干扰能力极强、隐蔽性好等特点。

惯性测量装置一般包括加速度计和陀螺仪。加速度计是测量物体的加速度，陀螺仪又被叫做角速度传感器，是测量角速度的。利用这些装置记录的参数就可以计算并导航了。 但是由于采样频率一般很高（一秒内几十甚至几百次），所以累加起来误差很容易扩大，所以长时间使用惯性导航会导致误差很大，所以惯性导航适合在短时间内使用。

惯性导航的应用：

日常车载GPS卫星导航中，常常会经过地下停车场、隧道、高架桥、密林小路、高楼林立的窄道等地段，导航突然不动了，直到把车开到开阔的天空下，导航中的车位图标才突然跳过去，体验很不好。

在失去位置的时候，惯性导航软件知道速度、车辆的位置、行驶路线等信息。结合加速度传感器提供的加速度，可以根据二次积分的方式计算出加速度产生的位移，然后根据初始速度计算出速度产生的位移，进而推算出车辆最新的位置。这样，在没有GPS卫星信号的情况下仍然可以使用惯性导航。

所以在车载导航领域，惯性导航以后的应用多是和GPS卫星导航结合起来使用

天工测控的惯性导航+GPS卫星导航一体的车载组合导航系统SKM-4DX

三、6轴加速度传感器

GPS是通过接收卫星发送的信号计算出自身位置的，当GPS导航设备被遮挡后，GPS设备就无法定位了。

遮挡的情况很多，比如车顶、高架桥、房屋、隧道、地下停车场等。这时候可以通过速度、时间、距离的关系，根据最后一次GPS信号计算的速度，来推测可能的位置。

如果在隧道内、高架桥梁下等地段车辆是匀速运动，这个方法可能很好的实现导航。但是如果减速了，就会出现地图上的车位很快的跑到了隧道终点，然后停下来等着。反之，如果加速了，就会出现车位走了一半，然后突然跳出隧道。

要解决这两种情况就需要加速度传感器。有了加速度，就能更好的推测当前的速度，从而解决上述问题。

加速度传感器是一种能够测量加速力，将加速度转换为电信号的电子设备。它是利用牛顿第二定律A=F/M，通过作用力造成传感器内部敏感部件发生变形，通过测量其变形并用相关电路转化为电压输出，得到相应的加速度信号。

惯性导航系统SKM-4DX的硬件基础是BMI160，它将加速传感器与陀螺仪的结合于一体，具有理想的信噪比，使得惯性测量组件可提供精确、可靠的测量结果。

四、30度车辆姿态角

SKM-4DX导航模块利用多年对MEMS惯性器件的研究经验，通过自适应滤波算法实现了对陀螺仪漂移和加速度震动信号的滤波，并进一步可以获得高精度的姿态信息，从而可以满足坡道检测等车辆监控和导航应用的各种需求。车辆仰角、俯角可以达到30度。

五、组合导航模块的应用场景

（1）用在地下公交站的准确定位和导航，比如在深圳福田交通枢纽，在公交车上应用此卫星+惯性导航模块，公交车可以在地下准确报站；

（2）隧道里面提供速度校准，避免刚出隧道时非正常超速；

（3）提高地下停车场的定位，结合停车场地图，可以准确寻车。

（4）高端前装车辆开始追求更高精度的定位，特别是城市峡谷和高架桥

下等弱信号场景。