Инерциальные навигационные системы (ИНС) играют решающую роль в технологиях автономного вождения, особенно в преодолении ограничений других датчиков, таких как GPS, камеры и LiDAR. Они обеспечивают непрерывную, высокочастотную и непрерывную информацию о состоянии движения и являются одним из основных компонентов восприятия и позиционирования в системах автономного вождения.

Основная функция инерциальной навигационной системы

Основная функция инерциальной навигационной системы в автономном вождении — это восприятие состояния движения транспортного средства. Измерение трехмерного положения, скорости и углов ориентации (включая крен, тангаж, рыскание) транспортного средства. Инерциальный измерительный блок (ИМБ), как основной датчик ИНС, имеет очень высокую частоту обновления данных (обычно выше 100 Гц), значительно превосходящую GPS (1-10 Гц) и камеры/лидары (10-30 Гц), и может фиксировать мгновенные динамические изменения транспортного средства.

1. Основной сценарий применения: компенсация других дефектов датчика.

В системах навигации для автономного вождения сигналы GPS часто теряются или становятся ненадежными, что приводит к прерыванию или серьезному ухудшению сигнала GPS, например, в туннелях, подземных гаражах и под эстакадами, где спутниковые сигналы полностью блокируются; в городских каньонах и районах с высотными зданиями сигналы GPS сильно отражаются и подвержены многолучевым помехам, что приводит к значительному снижению или даже полному отказу в определении местоположения; в густых лесах листья также могут блокировать спутниковые сигналы.

На этом этапе системы инерциальной навигационной системы (ИНС) обычно играют важную роль. Используя метод инерциальной навигации (идентификации по пройденному расстоянию), на основе известных точных данных о положении и ориентации в предыдущий момент времени, измеренные инерциальным измерительным блоком (ИМБ) значения ускорения и угловой скорости интегрируются для расчета текущего относительного смещения и изменения ориентации транспортного средства, что позволяет определить новое положение и ориентацию. Это обеспечивает непрерывность позиционирования. Благодаря предоставлению высокочастотной информации об ориентации, даже при хорошем сигнале GPS, высокочастотная и высокоточная информация об ориентации (крен, тангаж, рыскание), предоставляемая ИНС, труднодоступна для других датчиков.

В приведенной ниже таблице сравниваются показатели эффективности навигации интегрированной навигационной системы I4500 в условиях спутниковой навигации и при потере спутникового сигнала.

Производительность системы I4500

2. Центральный узел системы объединения данных с нескольких датчиков.

В современных системах автоматического управления без исключения используется технология объединения данных с датчиков. Инерциальная навигационная система (ИНС) является ключевым узлом в этой системе.

⚪ Интеграция с GNSS позволяет создать интегрированную навигационную систему GNSS/INS, представляющую собой наиболее классическую и отработанную комбинацию. GNSS обеспечивает абсолютное положение и долговременную стабильность, но обновления происходят медленно и подвержены помехам; INS предоставляет высокочастотную, непрерывную информацию об относительном движении и ориентации, но имеет место кумулятивная ошибка (дрейф). Фильтр Калмана использует преимущества обеих систем для взаимной коррекции: GNSS корректирует дрейф INS, а INS обеспечивает непрерывное позиционирование и плавный выходной сигнал GNSS при сбоях GNSS. Во-вторых, это позволяет повысить общую точность и устойчивость, а точность и надежность комбинированной системы значительно выше, чем у отдельных GNSS или INS.

⚪ Благодаря интеграции со спидометром, спидометр предоставляет информацию о скорости вращения колес (скорость, пройденное расстояние), что может помочь в коррекции ошибок инерциальной навигационной системы (ИНС) при оценке скорости, особенно при движении автомобиля по прямой. В следующей таблице показаны показатели производительности интегрированной навигационной системы I3700 производства Micro-Magic Inc. Даже в случае потери спутникового сигнала высокая точность измерений может быть достигнута благодаря алгоритмическому объединению данных ИНС и спидометра.

Индексы точности навигации I3700

⚪ Благодаря интеграции с визуальной/лидарной SLAM-системой, высокочастотные данные IMU могут обеспечивать прогнозирование движения для визуальной или лидарной обработки, снижая вычислительную сложность сопоставления изображений или облаков точек и повышая производительность и надежность в реальном времени (особенно в условиях быстрого движения или слабой текстуры). Точная информация об ориентации (крен, тангаж), предоставляемая INS, имеет решающее значение для правильного анализа геометрических взаимосвязей изображений с камеры или облаков точек LiDAR на склонах и неровных дорогах.

Примеры применения

В качестве примера рассмотрим продукт I6700, выпущенный компанией Micro-Magic Inc. Эта система может интегрировать различные вспомогательные датчики, такие как GNSS, одометр, магнитометр и т. д., и обеспечивать точную коррекцию курса для транспортных средств в различных режимах работы.

Метод корректировки курса I6700

Компания MicroMagic Inc. выпустила высокоточные инерциальные навигационные системы.

Краткое содержание:

Инерциальная навигационная система (ИНС) является основой системы позиционирования для автономного вождения. Она обеспечивает непрерывную, высокочастотную и невозмущенную информацию о состоянии движения и ориентации транспортного средства, что является ключевой технологией для обеспечения непрерывности позиционирования, надежности и высокой частоты отклика. Особенно в сложных сценариях, когда GPS теряет связь (туннели, городские каньоны), ИНС поддерживает свою способность позиционирования за счет инерциальной навигации, что является неотъемлемой частью резервирования безопасности. Хотя ее собственная суммарная ошибка требует тесной интеграции с другими датчиками (GNSS, датчики скорости вращения колес, системы машинного зрения, LiDAR) для коррекции, в рамках многосенсорной интеграции ИНС выступает в качестве центрального узла, значительно повышая точность, надежность и динамические характеристики всей системы позиционирования. С развитием технологии инерциальных измерительных блоков (например, повышением точности MEMS-гироскопов и миниатюризацией твердотельных лазерных гироскопов) и оптимизацией алгоритмов интеграции роль ИНС в автономном вождении будет становиться все более важной.

• Предыдущий пост

  Роль небольшого резистора, включенного последовательно с шиной SPI.

• Следующий пост

  Принцип работы бутстрепного конденсатора микросхемы понижающего преобразователя напряжения