自动驾驶汽车的法宝——IMU

2021-08-04 14:40

IMU全称Inertial Measurement Unit，惯性测量单元，主要用来检测和测量加速度与旋转运动的传感器。通常由3个加速度计和3个陀螺仪组成，加速度计和陀螺仪安装在互相垂直的测量轴上。

IMU技术的出现弥补了GPS定位的不足，两者相辅相成，可以让自动驾驶汽车获得最准确的定位信息。

值得注意的是，IMU提供的是一个相对的定位信息，它的作用是测量相对于起点物体所运动的路线，所以它并不能提供你所在的具体位置的信息，因此，它常常和GPS一起使用，当在某些GPS信号微弱的地方时IMU就可以发挥它的作用，可以让汽车继续获得绝对位置的信息，不至于“迷路”。

根据不同的使用场景，对IMU的精度有不同的要求，精度高，也意味着成本高。

普通的消费级电子产品所使用到的IMU都是低精度且十分廉价的IMU，这种IMU普遍应用于手机、运动手表中，常用于记录行走的步数。

而无人驾驶所使用到的IMU，价格从几百块到几万块不等，取决于此无人驾驶汽车对定位精度的要求。

精度更高的IMU会用于导弹或航天飞机。就以导弹为例，从导弹发射到击中目标，宇航级的IMU可以达到极高精度的推算，误差甚至可以小于一米。

最新一代的高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶汽车需要高精度IMU来预测车辆运动以确定实时位置。在这些先进的系统中，IMU信息与GPS接收器甚至视觉传感器（如激光雷达和摄像机）相融合，不断地估计和更新车辆位置信息，然后被输入系统的中央计算模块。这种依靠融合额外传感器数据（如GPS）的IMU导航系统就被称为惯性导航系统（INS）。

IMU可用来在GNSS /GPS接收器每次更新之间估计车辆的位置，以提高定位信息输出频率。此外，GPS接收器经常会在一些“不利于GPS信号”的环境（如在隧道和高楼附近）中丢失信号，这些情况下IMU就需要推算位置10秒、20秒甚至多达30秒，推算时间越长，IMU推算位置的误差就会越大。通常的自动驾驶系统允许的定位误差范围只有10～30 cm，虽然目前某些军用IMU和研究用的IMU能够提供这种性能，但高达五位数的价格令人望尘莫及。