多傳感器融合的方案基本已經成為自動駕駛最主流的方案之一，慣導基本被作為了這套系統中的一個輔助傳感器。

我們近期接觸的羲朗科技主要提供低成本高性能的自動駕駛慣導産品，他們認為，低成本高性能的慣導系統在自動駕駛系統中的價值被低估了：可以同時獲取絕對導航信息和相對導航信息的慣導系統，實際上是各傳感器之間鍊接的唯一紐帶，理論上應該成為自動駕駛系統中信息融合的中樞，發揮更大的價值。

我們認為這個觀點很有意思，于是也對羲朗科技進行了訪談，以問答的形式梳理了羲朗科技對于慣導系統及自動駕駛行業的認識。

以下為正文。受訪人為羲朗科技CEO李剛。

1、現階段慣導在自動駕駛系統中提供了什麼價值？

慣導系統可以同時獲取絕對導航信息和相對導航信息，為自動駕駛車輛提供定位導航支持，這是其他傳感器所不具備的。

自動駕駛汽車作為道路交通體系的一員，首先要能做到的就是先判斷周邊是否有障礙物，自身的行駛是否會對其他交通參與成員産生危險。這就需要所謂的定位導航。

當前多傳感器融合的方案是自動駕駛最主流的完成“導航”方案之一。以百度Apollo平台為例，其方案中自動駕駛車輛的導航傳感器包括視覺、激光雷達、毫米波雷達以及組合慣導等。這些傳感器主要用來幫助車輛自助完成所謂的“定位導航”。

各類傳感器在其中發揮的作用如下圖所示。

其中，慣導系統提供的是以經度、緯度、高程為信息的絕對導航數據，這些數據可用于生成地圖，同樣可以直接與地圖匹配。慣導與地圖匹配的信息形式多樣包括航向匹配、高程匹配、坡道匹配、道路法向匹配等，所以說，慣導系統先天具有獲取絕對導航和相對導航的信息優勢。

再次以百度Apollo平台為例，其方案對慣導和GPS/北鬥進行信息融合後，可以提供經度、緯度、高度等常規導航所用的位置信息，同時可為激光雷達提供位置和姿态信息，輔助激光雷達建立點雲三維坐标系統。

2、為什麼說慣導系統必不可少？

不同傳感器各有優劣，自動駕駛汽車安全行駛，必須保證多種傳感器協同工作并确保有冗餘探測信息。對于L4及以上的自動駕駛汽車，慣導為主體的POS系統(Position Orientation System)必不可少。

在高度自動駕駛系統中，對于道路信息的感知将不止于簡單的高精度位置，還要實時計算道路曲率、坡度、航向信息，提供給決策控制系統，從而根據車輛行駛狀态，實時調整動力輸出，确保車輛平穩運行。

而慣性導航系統除了可以獲得車輛的位置和姿态外，還能夠實時、準确的測量車輛坐标系（一般定義為車輛右方是X軸，車頭方向是Y軸，車頂方向是Z軸）内三個方向的加速度、角速度等信息，供決策控制系統精準控制車輛。

因此基本可以斷定，L4及以上的自動駕駛汽車，需要10-30cm的定位精度，并将POS與高精度地圖信息融合。

3、為什麼說慣導在自動駕駛系統的價值被低估了？

慣導具有輸出信息不間斷、不受外界幹擾等獨特優勢，可保證在任何時刻以高頻次輸出車輛運動參數，為決策中心提供連續的車輛位置、姿态信息，這是任何傳感器都無法比拟的。事實上，理論上來說，慣導有潛力成為信息融合的中樞。

慣導可在車輛運行過程中提供連續測量信息，将視覺傳感器、雷達、高精地圖與POS系統再度進行更深層次的融合。POS系統貫穿其中，為自動駕駛車輛提供各傳感器所需的交班條件，一方面可以修正慣導剩餘殘差，另一方面可以提高車輛在車道内的相對精度，将其他傳感器的相對測量信息與地圖數據融合，即使有部分路段衛星信号受到遮擋，仍可維持厘米級精度。

慣導系統可以實現100Hz以上的數據更新率，在高精地圖數據支撐下，可以對固定交通标志、道路特征等信息轉化為相對距離信息，通過姿态信息可将相對距離和相對速度轉化到車體坐标系或道路坐标系中。如下圖所示， POS系統與高精地圖相結合，并由POS對視覺、雷達測量信息進行高精度遞推。

事實上，慣導的中樞價值已經在導彈中得到了應用。以近期美國對叙利亞導彈打擊為例，美軍動用戰斧導彈，可實現對目标的精确打擊。目标點一般通過衛星偵查獲取目标影像信息，彈上慣導根據裝訂的目标概略位置信息發射，慣導 GPS組合制導方式下将導彈控制飛行至目标區域，并為後續圖像匹配提供交班條件，實現精确打擊。

4、慣導若被用于自動駕駛汽車可能還會發揮哪些作用？

慣導在各類自主運動體中就好比我們人類的小腦等運動感知系統，可以為運動體提供運動過程的平衡感和方向感。慣性導航系統具有以下獨特優勢，很可能在未來自動駕駛系統發展中可以發揮更大的作用：

① 數據不間斷

高頻連續輸出和不受外界幹擾的特性，造就了慣導系統作為各類傳感器數據紐帶的先天優勢。

② 傳感器之間的紐帶具有唯一性

基于陀螺、加速度計的慣性導航系統，輸出的加速度、角速度信息經過積分和坐标變換後可直接與雷達、視覺、車輛輪速計等傳感器輸出距離信息進行信息融合，其他傳感器之間則難以直接進行數據融合。

③ 信息融合高可靠

通過先進的信息融合策略和容錯算法，可在多源信息融合過程中自動識别并剔除超出傳感器統計誤差的野值或異常數據，提高整個導航系統的可靠性。

羲朗科技判斷，在未來的發展中，慣性導航系統有潛力作為自動駕駛汽車導航傳感器的信息融合中心，以緊耦合的方式兼收各類傳感器數據，在實時濾波的基礎上，進一步通過融合遞推的方式對各類傳感器信息進行預測，可以更大程度提高導航系統應用效率，提升整個系統的綜合性能。

5、為什麼慣導在自動駕駛系統裡的作用會被低估？

慣導之所以被低估與此前業内一直沒有低成本、高性能、可量産的方案有關。數十萬元的價格，對于年産量以百萬計的汽車行業來說是不能接受的。

慣性導航技術由于早期一直應用于軍事用途，受造價昂貴、生産周期長、維護成本高等條件限制，難以在民用領域推廣。這一技術最先應用于火箭制導，美國火箭先驅羅伯特.戈達爾（ ROBERT GODDARD ）試驗了早期的陀螺系統。二戰期間經德國人馮布勞恩改進應後，應用于 V-2火箭制導。戰後美國麻省理工學院等研究機構及人員對慣性制導進行深入研究，從而發展并應用于飛機、火箭、航天飛機、潛艇。

其實，早在十多年前，以低精度（相對于軍用而言）的慣導與高精度GNSS實時動态差分（RTK）技術構成的POS系統産品已經十分成熟，廣泛應用于精确測繪等工業領域，符合自動駕駛汽車的精度需求。但是，其數十萬元的價格，對于年産量以百萬計的汽車行業來說是不能接受的。現今，各大公司試驗用的自動駕駛汽車裝有價格昂貴的慣導，路測尚可勉強接受，量産就難以消化了。

6、為什麼慣導系統此前很難做到低成本高性能？

陀螺儀漂移精度1°/h量級的mems慣導是當前應用于自動駕駛汽車的行業産品代表，雖然這種mems器件與手機中使用的廉價器件所采用的生産線類似，但其封裝以及标定誤差參數所需的測試時間和測試設備大幅度提高産品成本，使其銷售價格一直居高不下。

此外其核心技術隻掌握在以挪威Sensors公司為代表的少數幾家公司手上，另外最先進的高精度RTK GNSS接收機技術也掌握在以NovAtel為代表少數幾家公司手中。NovAtel SPAN組合導航産品價格高達20餘萬元人民币，成本令人咂舌。

7、如何才能開發低成本高性能的慣導系統？

開發低成本高精度的mems慣導，滿足自動駕駛汽車行業應用的要求，除了掌握高精度mems器件生産線及其誤差标定技術外，實現慣導與自動駕駛汽車傳感器、地圖信息的全面融合，是提高POS系統性價比的重要途徑。

此外，要真正在自動駕駛領域商用，還需要考慮很多實際的情況。以我們公司（北京羲朗科技有限公司）的産品為例，産品中考慮了慣導安裝位置與GNSS天線安裝位置在車輛縱向、橫向的安裝關系，慣導與車輛實際轉彎中心的相對安裝關系，這些都是在車輛運動過程中通過細緻的算法自動标定完成的，增加了這樣的功能可以降低系統集成的負擔。

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