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未來，全球的自動駕駛系統(tǒng)發(fā)展將建立在多項戰(zhàn)略技術(shù)的進(jìn)步之上，而這些技術(shù)的提升將推動全球自動駕駛的普及程度。
其中最重要的突破點在于需要保證在任何環(huán)境下都能對車輛進(jìn)行實時，持續(xù)和精準(zhǔn)的定位。安全的自動駕駛汽車、無人機(jī)和機(jī)器人系統(tǒng)必須不受任何天氣、溫度和環(huán)境因素影響，且能在比最初預(yù)設(shè)更長的時間內(nèi)進(jìn)行航位推算。
慣性測量單元(IMU)作為所有定位系統(tǒng)中最關(guān)鍵的傳感器之一，致力于理解運動的基本物理原理。了解車輛如何在時間和空間上運動是十分有必要的，而目前IMU仍是融合到視覺系統(tǒng)和其他探測與測距系統(tǒng)的最具成本效益和最精確的傳感器之一。
為什么IMU會如此重要？想象一下，在白紙中間劃一條直線，假設(shè)為自動駕駛汽車在隧道中行駛的最佳路徑，從隧道一端到另一端需要一個小時。如果車輛的航位推算解決方案存在每小時3度的陀螺儀零偏不穩(wěn)定性，在給定的時間間隔內(nèi)，車輛將偏離直線3度，這可能會導(dǎo)致車禍發(fā)生。
目前，市場上大多數(shù)IMU仍不夠精確，特別在當(dāng)車輛需在航位推算下連續(xù)運行幾秒鐘甚至幾分鐘時，需要對傳感器性能進(jìn)行跨越性的提升。在考慮IMU的整體性能時，有兩個重要規(guī)范需要理解：陀螺儀零偏不穩(wěn)定性和角隨機(jī)游走(ARW)。
與飛機(jī)類似，地面車輛會沿橫軸運動（俯仰或傾斜/下降）、橫滾（很少或者最好不要發(fā)生的運動）和偏航（轉(zhuǎn)彎方向）。作為自動駕駛系統(tǒng)中最重要的軸，所有這些都利于車輛的當(dāng)前位置和未來位置。在IMU中，基于MEMS（微機(jī)電系統(tǒng)）的陀螺儀可測量角速度，但有幾個內(nèi)部因素會導(dǎo)致誤差發(fā)生，零偏不穩(wěn)定性就是其中一個值得持續(xù)改進(jìn)的因素。
一個六自由度IMU由多個慣性MEMS傳感器組成，這些傳感器經(jīng)過溫度補償和校準(zhǔn)，以在正交軸上對齊。三軸陀螺儀可測量繞已知點的旋轉(zhuǎn)，而三軸加速度計可測量位移。
陀螺儀易受零偏不穩(wěn)定性的影響，在這種情況下，由于傳感器的固有誤差和裝置內(nèi)的噪聲等綜合因素，陀螺儀的初始絕對零位讀數(shù)將隨著時間的推移而產(chǎn)生漂移。
零偏重復(fù)性可以在IMU的已知工作溫度范圍內(nèi)進(jìn)行校準(zhǔn)，但是積分和注入恒定的零偏不穩(wěn)定性將導(dǎo)致角度誤差，隨著系統(tǒng)估計的漂移時間延長，角誤差會不斷累積。誤差漂移會導(dǎo)致所計算航向的誤差不斷增加，因此，系統(tǒng)的真實位置繼續(xù)受到影響，從而對導(dǎo)航和整體系統(tǒng)精度造成重大挑戰(zhàn)。
陀螺儀漂移主要是由于兩個原因造成：一個緩慢變化的近直流變量（零偏不穩(wěn)定性）和一個高頻噪聲變量或隨時間測量的ARW。
偏航軸對這種漂移最為敏感，而部分俯仰（姿態(tài)）和橫滾軸陀螺儀漂移可以通過使用加速度計監(jiān)測相對于重力和其他誤差的位置的效應(yīng)來消除。使用卡爾曼濾波器對IMU中的陀螺儀輸出進(jìn)行濾波是常用的消除部分漂移誤差的方法。這種漂移誤差是行業(yè)內(nèi)一直存在的問題，它也促使制造商不斷提高自主系統(tǒng)陀螺儀的靈敏度和整體性能，以期望達(dá)到低于0.05°/h的零偏不穩(wěn)定性指標(biāo)。
因此，隨著自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，更高水平的自動駕駛應(yīng)用和自由度將通過更精確和高度穩(wěn)定的IMU實現(xiàn)，尤其是在陀螺儀Z軸或偏航軸的性能方面。隨著陀螺儀偏航軸性能的提高，我們將看到汽車、最后一英里送貨機(jī)器人和自動駕駛出租車制造商們將能夠逐步實現(xiàn)更多的應(yīng)用。
例如，“召喚”和“反向召喚”應(yīng)用就是汽車制造商們利用自動駕駛的停車和取車功能，這需要緊密結(jié)合可提供實時厘米級高精度動態(tài)定位能力的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，比如 GPS、GLONASS、Galileo、NavIC和北斗。
這種實時動態(tài)高精度定位能力，再結(jié)合先進(jìn)的視覺導(dǎo)航系統(tǒng)和用于航位推算和物理測量的高性能IMU，正日益普及并受到越來越廣泛的應(yīng)用。同時，對于高性能陀螺儀和傳感器的需求也在不斷增加。
隨著我們對更高級別自動駕駛系統(tǒng)的追求，以及今年因醫(yī)療衛(wèi)生事件影響而突出的非接觸式交付的必要性。高效和穩(wěn)定的供應(yīng)鏈、自動配送、機(jī)器人出租車和完全自動駕駛的重要性會越來越突出，發(fā)展會越來越迅速。同時，對與視覺系統(tǒng)相結(jié)合的慣性測量單元的性能要求也會不斷提高。
(原標(biāo)題：基于IMU的導(dǎo)航系統(tǒng)將推動自動駕駛汽車應(yīng)用)
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