Главная > ИНС > Применение инерциальной навигационной системы в автономном вождении
как мы можем помочь
Свяжитесь с нами удобным способом. Мы поможем подобрать INS для автономного транспорта, задач GNSS/INS, одометрической коррекции и мультисенсорного слияния.
Подробнее
Новые продукты

Применение инерциальной навигационной системы в автономном вождении

08 октября 2025

Инерциальные навигационные системы (INS) играют решающую роль в технологии автономного вождения, особенно при устранении ограничений других датчиков, таких как GPS, камеры и LiDAR. Они предоставляют непрерывную, высокочастотную и не подверженную внешним помехам информацию о состоянии движения и являются одним из ключевых компонентов восприятия и позиционирования в автономном транспорте.

Основная функция инерциальной навигационной системы

Основная функция инерциальной навигационной системы в автономном вождении заключается в восприятии состояния движения автомобиля. Система измеряет трехмерное положение, скорость и углы ориентации транспортного средства, включая крен, тангаж и рыскание. Инерциальный измерительный блок (IMU) как основной датчик INS имеет очень высокую частоту обновления данных, обычно более 100 Гц, что значительно выше, чем у GPS (1-10 Гц) и камеры/LiDAR (10-30 Гц), и позволяет фиксировать мгновенные динамические изменения автомобиля.

1. Ключевой сценарий применения: компенсация недостатков других датчиков

В системах навигации автономного вождения сигналы GPS часто пропадают или становятся ненадежными, что вызывает прерывание или сильную деградацию сигнала. Это происходит, например, в тоннелях, подземных гаражах и под эстакадами, где спутниковый сигнал полностью экранируется. В городских каньонах и районах с плотной высотной застройкой GPS-сигнал сильно отражается и подвержен многолучевым помехам, из-за чего точность позиционирования существенно падает или система вообще перестает работать. Под густым лесным покровом листья также могут перекрывать спутниковый сигнал.

В таких условиях система INS обычно играет важную роль. Посредством счисления пути, опираясь на известные точные положение и ориентацию в предыдущий момент времени, система интегрирует измеренные IMU ускорения и угловые скорости, вычисляет текущее относительное смещение и изменение ориентации автомобиля, а затем получает новое положение и новую ориентацию. Это обеспечивает непрерывность позиционирования. Более того, даже когда сигнал GPS остается хорошим, высокочастотная и высокоточная информация об ориентации, включая крен, тангаж и рыскание, которую предоставляет INS, недоступна другим датчикам в одиночку.

В следующей таблице сравниваются показатели навигации интегрированной навигационной системы I4500 в режимах спутниковой поддержки и потери спутникового сигнала.

I4500 System Performance

ПараметрыПоказатель (RMS)Примечания
Точность курсаДвойной GNSS0.1°База 2 м
Одиночный GNSS0.2°Требуется маневрирование
Сохранение точности при отказе GNSS0.2°/min
Точность ориентацииGNSS доступен0.1°
Сохранение точности при отказе GNSS0.2°/min
Режим V-G
(время отказа GNSS не ограничено, ускорения нет)
2°
Точность горизонтального позиционированияGNSS доступен1.2mОдиночная точка
2cm+1ppmRTK
Отказ GNSS (60 с)20m

2. Ключевой узел мультисенсорного слияния

Современные системы автономного вождения без исключения используют технологии слияния датчиков. INS является ключевым узлом в такой архитектуре.

● При интеграции с GNSS формируется комбинированная навигационная система GNSS/INS, которая является наиболее классическим и зрелым решением. GNSS предоставляет абсолютное положение и долговременную стабильность, но работает с низкой частотой обновления и чувствителен к помехам; INS предоставляет высокочастотную, непрерывную информацию об относительном движении и ориентации, но обладает накапливающейся ошибкой (дрейфом). Фильтр Калмана объединяет достоинства обеих подсистем: GNSS корректирует дрейф INS, а INS поддерживает непрерывность позиционирования и сглаживает выход GNSS при отказе спутникового сигнала. Благодаря этому общая точность и устойчивость системы значительно превосходят показатели отдельных GNSS или INS.

● При интеграции со спидометром спидометр предоставляет информацию о скорости колеса, включая скорость и пройденное расстояние, что помогает корректировать ошибки INS в оценке скорости, особенно при прямолинейном движении автомобиля. В таблице ниже приведены показатели интегрированной навигационной системы I3700 производства Micro-Magic Inc. Даже при потере спутникового сигнала высокая точность измерения сохраняется за счет алгоритмического слияния данных INS и колесного одометра.

I3700 Navigation Accuracy Indexs

Время потери спутникового сигналаРежим навигацииТочность положенияТочность скоростиТочность тангажа/кренаТочность курса
3sПодключение к одометру1cm0.03m/s0.1°0.2°
10s1m0.1m/s0.1°0.2°
60s6m0.1m/s0.2°0.35°

● При интеграции с визуальным SLAM или LiDAR SLAM высокочастотные данные IMU могут предоставлять прогноз движения для визуальной или лидарной обработки, снижать вычислительную сложность сопоставления изображений или облаков точек и повышать работу в реальном времени и устойчивость системы, особенно при быстром движении или в среде со слабой текстурой. Точная информация об ориентации, в частности о крене и тангаже, которую предоставляет INS, критически важна для корректного анализа геометрических отношений в изображениях камеры или облаках точек LiDAR на уклонах и неровных дорогах.

Примеры применения

На примере продукта I6700, выпущенного Micro-Magic Inc, эта система может интегрировать различные вспомогательные датчики, такие как GNSS, одометр и магнитометр, и обеспечивать точную коррекцию курса автомобиля в различных сценариях эксплуатации.

I6700 Heading Correction Method

ФункцияУсловиеПримечания
Определение курса по GNSS с двумя антеннамиВключены две антенныПодходит для открытой местности
Кинематическая выставкаСамолет, автомобиль и морская техникаПодходит для условий с большими маневрами, скорость носителя не менее 3 м/с
Истинный курс по GPSGPS включенПодходит для открытой местности
Выставка по ускорениюРежим вертолетаУскорение не менее 2.5 м/с2 в течение 2 секунд
Магнитный курсВключен магнитный компасМагнитная среда относительно стабильна

Высокоточные инерциальные навигационные системы Micro-Magic Inc

Высокоточные инерциальные навигационные системы Micro-Magic Inc

Заключение:

Инерциальная навигационная система (INS) является опорой системы позиционирования автономного вождения. Она предоставляет непрерывную, высокочастотную и не подверженную внешним помехам информацию о состоянии движения и ориентации автомобиля и выступает ключевой технологией для обеспечения непрерывности позиционирования, устойчивости системы и способности к высокочастотной реакции. Особенно в сложных сценариях потери сигнала GPS, таких как тоннели и городские каньоны, INS сохраняет работоспособность позиционирования за счет счисления пути и становится незаменимой частью резервирования безопасности. Хотя присущая ей накапливающаяся ошибка требует тесной интеграции с другими датчиками, включая GNSS, датчики скорости колеса, системы машинного зрения и LiDAR, для выполнения коррекции, в архитектуре мультисенсорного слияния INS служит центральным узлом и значительно повышает точность, надежность и динамические характеристики всей системы позиционирования. По мере развития IMU-технологий, включая повышение точности MEMS-гироскопов и миниатюризацию твердотельных лазерных гироскопов, а также по мере оптимизации алгоритмов слияния роль INS в автономном вождении будет становиться все более важной.