作者：Mathias Vetter
u-blox消費與工業(yè)追蹤應(yīng)用首席產(chǎn)品經(jīng)理
在全球范圍內(nèi)，越來越多的智能出行解決方案憑借可靠的定位技術(shù)可更好地應(yīng)用于城市道路，精準(zhǔn)的定位技術(shù)正在重塑傳統(tǒng)的出行市場，例如租車、車隊管理和車輛保險，以及其他共享單車、網(wǎng)約車和道路計程收費的新型應(yīng)用。
針對這些普及速度最為迅猛的應(yīng)用市場，精準(zhǔn)定位解決方案遭遇了更為嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。在建筑密集的城市中，車輛在進(jìn)入城市峽谷、橋底、隧道或多層停車場等復(fù)雜環(huán)境中時，常常無法獲取全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) (GNSS)信號，導(dǎo)致定位系統(tǒng)無法正常工作。即使車輛上空并無遮擋物，GNSS 接收機仍有可能接收到其他間接信號(例如建筑反射的信號)，而這對位置估計也會產(chǎn)生不利影響。
定位的失準(zhǔn)和中斷會影響服務(wù)質(zhì)量、運營效率、賬務(wù)及合規(guī)性監(jiān)控，因而對企業(yè)十分不利。因此，越來越多的企業(yè)轉(zhuǎn)而尋求能夠解決這些痛點的定位解決方案，即采用慣性導(dǎo)航技術(shù)。
什么是慣性導(dǎo)航解決方案?
l慣性導(dǎo)航 (DR) 解決方案采用慣性傳感器(陀螺儀和加速計)來輔助 GNSS 定位技術(shù)。
l無約束慣性導(dǎo)航 (UDR) 解決方案持續(xù)測量與監(jiān)測車輛加速度及其方向變化，再通過傳感器融合技術(shù)將測量數(shù)據(jù)與 GNSS 數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實時計算并優(yōu)化分析出更精準(zhǔn)的位置結(jié)果。
l車載慣性導(dǎo)航 (ADR) 解決方案在此基礎(chǔ)上則更進(jìn)一步，可將車輛輪速脈沖傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，實現(xiàn)更高精度的位置計算結(jié)果。
慣性導(dǎo)航技術(shù)的三大優(yōu)勢：
l在城市場景中，定位精度可提高至原來的三倍
l在 GNSS 信號中斷后仍能繼續(xù)實現(xiàn)位置追蹤
l車輛啟動后即開始位置追蹤和導(dǎo)航
在本文中，我們將分析并消除有關(guān)慣性導(dǎo)航的7大誤解。
誤解一：ADR(車載慣導(dǎo))僅適用于汽車應(yīng)用
實際上：ADR 解決方案除了將 GNSS 與慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，還會從硬件輪速脈沖傳感器獲取車速信息，或者接收來自軟件接口的消息。經(jīng)過多年的發(fā)展，ADR 技術(shù)現(xiàn)在可應(yīng)用于多種車輛，例如我們新型慣性導(dǎo)航模塊就包含適用于汽車、摩托車和電動踏板車的動態(tài)模型。
誤解二：只有在 GNSS 信號完全丟失時才會用到慣導(dǎo)技術(shù)
實際上：除了彌補 GNSS 信號覆蓋盲區(qū)，慣性導(dǎo)航解決方案還可以支持各種復(fù)雜場景中的定位解決方案：
l慣性導(dǎo)航解決方案通過提供相對定位補充來源，可以減少多徑效應(yīng)引起的定位誤差。
l慣性導(dǎo)航解決方案可以幫助檢測 GNSS 干擾和欺騙，并減輕由此帶來的影響誤差。
l在定位暫時丟失的情況下，慣性導(dǎo)航解決方案有助于控制定位誤差。
誤解三：隨著雙頻 GNSS 技術(shù)的發(fā)展，慣性導(dǎo)航已無價值
實際上：雙頻 GNSS 接收機在特定條件下確實可以改善定位精度。但即便如此，在 GNSS 信號中斷時，雙頻 GNSS 也無法持續(xù)進(jìn)行精準(zhǔn)定位，這時就需要慣導(dǎo)技術(shù)進(jìn)行輔助定位，確保定位服務(wù)可實現(xiàn)100% 可用。
誤解四：慣性導(dǎo)航成本高，作用小
實際上：慣性導(dǎo)航解決方案雖然標(biāo)價略高(通常在成本基礎(chǔ)上加成不到 50%)，但從開始部署到整個車輛生命周期結(jié)束，始終都能帶來回報。在高度依賴精準(zhǔn)車輛追蹤來計費的計程類應(yīng)用場景中，DR 技術(shù)可確保在 GNSS 服務(wù)中斷后仍能繼續(xù)追蹤里程數(shù)。而針對精準(zhǔn)定位數(shù)據(jù)有助于提高運營效率的場景中(例如，找到并收回亂放的電動踏板車)，DR 技術(shù)還能有效節(jié)約時間和能源。
誤解五：慣性導(dǎo)航難以部署
實際上：這種說法其實也有一定的道理，但實際情況并不能這樣一言概之。雖然多星多頻GNSS 接收機能夠在一定程度上提高定位性能，但安裝部署的難度也會因此而上升，慣性導(dǎo)航解決方案也是如此。為了帶來更可靠的性能，慣性導(dǎo)航接收機的校準(zhǔn)工作更需要精確測定和詳細(xì)規(guī)范。此外，ADR 解決方案還需連接到車輛的傳感器，以追蹤車輪的轉(zhuǎn)動信息。
根據(jù)應(yīng)用場景的不同，我們會推薦一些方法來簡化安裝過程，例如，與汽車類似的應(yīng)用場景(即四輪車輛)可以使用自動校準(zhǔn)功能。
誤解六：慣性導(dǎo)航可以彌補 GNSS 信號強度弱的問題
實際上：在 GNSS 信號強度不佳或中斷的情況下，慣性導(dǎo)航確實可以在有限的時間里起到輔助支持和補充作用。但是，如果系統(tǒng)的信號強度在長時間內(nèi)一致處于欠佳狀態(tài)，定位精度必然會受到影響。由于 GNSS 信號也用于校正慣性傳感器和輪速脈沖傳感器，因此 GNSS 精度差會降低校正的質(zhì)量，最終導(dǎo)致慣性導(dǎo)航定位精度下降。
為了改善性能，我們需要從根本問題出發(fā)。如果天線布局欠佳，有兩種補救措施：選擇更好的天線和增加 PCB 鋪地尺寸。如果射頻干擾過多，可以使用 SAW 濾波器改善靈敏度。如果使用的是無源天線，可以在設(shè)計中增加 LNA，這樣便可解決問題。
誤解七：無約束慣性導(dǎo)航(UDR)是低端的 ADR
現(xiàn)實：如果有這樣的想法其實也能理解。如果你用ADR 作為基準(zhǔn)，而沒有將UDR 、ADR 與僅使用GNSS 的解決方案進(jìn)行性能對比，就很容易有這種想法。我們認(rèn)為這樣想其實有些本末倒置，因為與僅使用 GNSS 的解決方案相比，UDR 和 ADR 都實現(xiàn)了定位功能升級。而 ADR 與 UDR 相比的最大價值在于，ADR 可以在信號長時間中斷(持續(xù)時間超過一分鐘)的情況下提高定位精度。
u-bloxNEO-M9V 慣性導(dǎo)航模塊可支持開箱即用的 UDR 和 ADR ，確保最大靈活性，便于您調(diào)整解決方案架構(gòu)，適應(yīng)多種應(yīng)用場景的需求。
無論選擇ADR還是UDR，適合您的就是最好的選擇。
隨著城市應(yīng)用場景的擴大，用戶對其智能化需求也不斷增加，對定位的容差也越來越低，設(shè)備廠商也正在拓展衛(wèi)星定位與慣性導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用。
在 u-blox，我們針對汽車和工業(yè)應(yīng)用提供行業(yè)領(lǐng)先的慣性導(dǎo)航解決方案組合，并與客戶攜手開發(fā)全新的技術(shù)來推動慣性導(dǎo)航技術(shù)創(chuàng)新。我們在設(shè)計、選型、實施和部署階段，不斷幫助客戶解決技術(shù)痛點，在此過程中我們也取得了持續(xù)性進(jìn)步，憑借多年沉淀的專業(yè)經(jīng)驗，我們將不斷精進(jìn)，打造出更可靠、更精準(zhǔn)的定位解決方案。
我們已發(fā)布了u-blox NEO-M9V，作為u-blox首款可同時提供無約束慣性導(dǎo)航(UDR)和車載慣性導(dǎo)航(ADR)的定位接收機，NEO-M9V可作為車隊管理和微出行應(yīng)用的理想選擇，即使在復(fù)雜的GNSS信號環(huán)境(如城市峽谷)中，也能提供可靠的米級定位精度。
該模塊同時集成了UDR和ADR，可以帶來更強的靈活性，所以客戶不必再忙于決定是采用易于集成的UDR技術(shù)，還是更為成熟的ADR技術(shù)，而是能夠針對終端客戶的具體應(yīng)用場景要求提供最佳解決方案。
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