惯导传感器 多传感器融合成自动驾驶主流方案的当下，「羲朗科技」认为惯导的价值被低估了

多传感器融合成自动驾驶主流方案的当下，「羲朗科技」认为惯导的价值被低估了

多传感器融合的方案基本已经成为自动驾驶最主流的方案之一，惯导基本被作为了这套系统中的一个辅助传感器。

我们近期接触的羲朗科技主要提供低成本高性能的自动驾驶惯导产品，他们认为，低成本高性能的惯导系统在自动驾驶系统中的价值被低估了：可以同时获取绝对导航信息和相对导航信息的惯导系统，实际上是各传感器之间链接的唯一纽带，理论上应该成为自动驾驶系统中信息融合的中枢，发挥更大的价值。

我们认为这个观点很有意思，于是也对羲朗科技进行了访谈，以问答的形式梳理了羲朗科技对于惯导系统及自动驾驶行业的认识。

以下为正文。受访人为羲朗科技CEO李刚。

1、现阶段惯导在自动驾驶系统中提供了什么价值？

惯导系统可以同时获取绝对导航信息和相对导航信息，为自动驾驶车辆提供定位导航支持，这是其他传感器所不具备的。

自动驾驶汽车作为道路交通体系的一员，首先要能做到的就是先判断周边是否有障碍物，自身的行驶是否会对其他交通参与成员产生危险。这就需要所谓的定位导航。

当前多传感器融合的方案是自动驾驶最主流的完成“导航”方案之一。以百度Apollo平台为例，其方案中自动驾驶车辆的导航传感器包括视觉、激光雷达、毫米波雷达以及组合惯导等。这些传感器主要用来帮助车辆自助完成所谓的“定位导航”。

各类传感器在其中发挥的作用如下图所示。

其中，惯导系统提供的是以经度、纬度、高程为信息的绝对导航数据，这些数据可用于生成地图，同样可以直接与地图匹配。惯导与地图匹配的信息形式多样包括航向匹配、高程匹配、坡道匹配、道路法向匹配等，所以说，惯导系统先天具有获取绝对导航和相对导航的信息优势。

再次以百度Apollo平台为例，其方案对惯导和GPS/北斗进行信息融合后，可以提供经度、纬度、高度等常规导航所用的位置信息，同时可为激光雷达提供位置和姿态信息，辅助激光雷达建立点云三维坐标系统。

2、为什么说惯导系统必不可少？

不同传感器各有优劣，自动驾驶汽车安全行驶，必须保证多种传感器协同工作并确保有冗余探测信息。对于L4及以上的自动驾驶汽车，惯导为主体的POS系统(Position Orientation System)必不可少。

在高度自动驾驶系统中，对于道路信息的感知将不止于简单的高精度位置，还要实时计算道路曲率、坡度、航向信息，提供给决策控制系统，从而根据车辆行驶状态，实时调整动力输出，确保车辆平稳运行。

而惯性导航系统除了可以获得车辆的位置和姿态外，还能够实时、准确的测量车辆坐标系（一般定义为车辆右方是X轴，车头方向是Y轴，车顶方向是Z轴）内三个方向的加速度、角速度等信息，供决策控制系统精准控制车辆。

因此基本可以断定，L4及以上的自动驾驶汽车，需要10-30cm的定位精度，并将POS与高精度地图信息融合。

3、为什么说惯导在自动驾驶系统的价值被低估了？

惯导具有输出信息不间断、不受外界干扰等独特优势，可保证在任何时刻以高频次输出车辆运动参数，为决策中心提供连续的车辆位置、姿态信息，这是任何传感器都无法比拟的。事实上，理论上来说，惯导有潜力成为信息融合的中枢。

惯导可在车辆运行过程中提供连续测量信息，将视觉传感器、雷达、高精地图与POS系统再度进行更深层次的融合。POS系统贯穿其中，为自动驾驶车辆提供各传感器所需的交班条件，一方面可以修正惯导剩余残差，另一方面可以提高车辆在车道内的相对精度，将其他传感器的相对测量信息与地图数据融合，即使有部分路段卫星信号受到遮挡，仍可维持厘米级精度。

惯导系统可以实现100Hz以上的数据更新率，在高精地图数据支撑下，可以对固定交通标志、道路特征等信息转化为相对距离信息，通过姿态信息可将相对距离和相对速度转化到车体坐标系或道路坐标系中。如下图所示， POS系统与高精地图相结合，并由POS对视觉、雷达测量信息进行高精度递推。

事实上，惯导的中枢价值已经在导弹中得到了应用。以近期美国对叙利亚导弹打击为例，美军动用战斧导弹，可实现对目标的精确打击。目标点一般通过卫星侦查获取目标影像信息，弹上惯导根据装订的目标概略位置信息发射，惯导+GPS组合制导方式下将导弹控制飞行至目标区域，并为后续图像匹配提供交班条件，实现精确打击。

4、惯导若被用于自动驾驶汽车可能还会发挥哪些作用？

惯导在各类自主运动体中就好比我们人类的小脑等运动感知系统，可以为运动体提供运动过程的平衡感和方向感。惯性导航系统具有以下独特优势，很可能在未来自动驾驶系统发展中可以发挥更大的作用：

① 数据不间断

高频连续输出和不受外界干扰的特性，造就了惯导系统作为各类传感器数据纽带的先天优势。

② 传感器之间的纽带具有唯一性

基于陀螺、加速度计的惯性导航系统，输出的加速度、角速度信息经过积分和坐标变换后可直接与雷达、视觉、车辆轮速计等传感器输出距离信息进行信息融合，其他传感器之间则难以直接进行数据融合。

③ 信息融合高可靠

通过先进的信息融合策略和容错算法，可在多源信息融合过程中自动识别并剔除超出传感器统计误差的野值或异常数据，提高整个导航系统的可靠性。

羲朗科技判断，在未来的发展中，惯性导航系统有潜力作为自动驾驶汽车导航传感器的信息融合中心，以紧耦合的方式兼收各类传感器数据，在实时滤波的基础上，进一步通过融合递推的方式对各类传感器信息进行预测，可以更大程度提高导航系统应用效率，提升整个系统的综合性能。

5、为什么惯导在自动驾驶系统里的作用会被低估？

惯导之所以被低估与此前业内一直没有低成本、高性能、可量产的方案有关。数十万元的价格，对于年产量以百万计的汽车行业来说是不能接受的。

惯性导航技术由于早期一直应用于军事用途，受造价昂贵、生产周期长、维护成本高等条件限制，难以在民用领域推广。这一技术最先应用于火箭制导，美国火箭先驱罗伯特.戈达尔（ ROBERT GODDARD ）试验了早期的陀螺系统。二战期间经德国人冯布劳恩改进应后，应用于 V-2火箭制导。战后美国麻省理工学院等研究机构及人员对惯性制导进行深入研究，从而发展并应用于飞机、火箭、航天飞机、潜艇。

其实，早在十多年前，以低精度（相对于军用而言）的惯导与高精度GNSS实时动态差分（RTK）技术构成的POS系统产品已经十分成熟，广泛应用于精确测绘等工业领域，符合自动驾驶汽车的精度需求。但是，其数十万元的价格，对于年产量以百万计的汽车行业来说是不能接受的。现今，各大公司试验用的自动驾驶汽车装有价格昂贵的惯导，路测尚可勉强接受，量产就难以消化了。

6、为什么惯导系统此前很难做到低成本高性能？

陀螺仪漂移精度1°/h量级的mems惯导是当前应用于自动驾驶汽车的行业产品代表，虽然这种mems器件与手机中使用的廉价器件所采用的生产线类似，但其封装以及标定误差参数所需的测试时间和测试设备大幅度提高产品成本，使其销售价格一直居高不下。

此外其核心技术只掌握在以挪威Sensors公司为代表的少数几家公司手上，另外最先进的高精度RTK GNSS接收机技术也掌握在以NovAtel为代表少数几家公司手中。NovAtel SPAN组合导航产品价格高达20余万元人民币，成本令人咂舌。

7、如何才能开发低成本高性能的惯导系统？

开发低成本高精度的mems惯导，满足自动驾驶汽车行业应用的要求，除了掌握高精度mems器件生产线及其误差标定技术外，实现惯导与自动驾驶汽车传感器、地图信息的全面融合，是提高POS系统性价比的重要途径。

此外，要真正在自动驾驶领域商用，还需要考虑很多实际的情况。以我们公司（北京羲朗科技有限公司）的产品为例，产品中考虑了惯导安装位置与GNSS天线安装位置在车辆纵向、横向的安装关系，惯导与车辆实际转弯中心的相对安装关系，这些都是在车辆运动过程中通过细致的算法自动标定完成的，增加了这样的功能可以降低系统集成的负担。

AGVAMR惯导传感器选型指南

阿路比系列传感器性能解读！

机器人作为智能设备的代表，之所以能够完美代替人工作业，传感器是核心关键因素之一。一直以来，因为技术研发等难题，外资企业在AGV传感器赛道上占据高地，但随着近年国内移动机器人行业的爆发，涌现了大批国产传感器企业。其中，广州阿路比就是佼佼者之一。

阿路比最早成立于2013年，专注于姿态传感器、惯性导航、SLAM系统等产品的软硬件研发。在日本设有研发中心，团队成员来自德国、马来西亚、欧洲、美国等多个国家，以其国际化视野来探索传感器技术的突破点，而面向国内市场则主要提供生产销售服务。当前，阿路比的产品已经成熟地应用于移动机器人、医疗康复、人体运动学、工业物联网等多个领域，其中，移动机器人板块占公司整体业务的90%。

NAV系列——从工业市场到消费市场 据阿路比总经理林焯华介绍，在产品研发上，阿路比针对不同的行业有不同的型号，主要是通过市场的层次分类，对行业需求进行拓展。 在此之上，对产品的功能、接口等方面定义，更好地契合客户群体的需求。目前，阿路比主打产品是NAV系列产品。LPMS-NAV3系列 适用于工业移动机器人和服务机器人，它是基于MEMS传感器的高精度、高稳定性系列姿态传感器 ，其航向角经阿路比的算法特别优化，能保证长时间内的稳定性，因此该系列产品适用于需要精确航向数据的机器人或移动平台应用。

此外，该系列产品内嵌功能强大的处理器，通过整合处理陀螺仪和加速度计等传感器数据，最终提供下列数据输出：原始数据（加速度、角速度等）、姿态角数据（欧拉角和四元数）、校准后的线性加速度和角速度以及温度数据。通讯方面，LPMS-NAV3 系列产品针对不同的应用提供以下五种通讯方式供选择：TTL、RS232、RS422、CAN 或 RS485。

根据市场的层次需求划分，在NAV3之外，阿路比同时研发了NAV2S系列。 该系列内嵌了高精度的单轴陀螺仪和三轴加速度计，是一款基于MEMS 技术的低成本小型姿态传感器，适用于多个领域。 同时该模块运用了稳定的算法，能有效减少数据漂移和误差，输出精确的航向角和角速率，提供可选的波特率和数据输出频率，适用于大范围的嵌入式系统，对主机配置要求低，PCB集成度高，低功耗，主要应用于工业巡检、室内外服务机器人。

NAV系列应用行业

NAV系列的应用范围覆盖了从工业移动机器人到室内服务机器人，中间是工业市场与消费市场的需求划分，而二者的市场差异主要在哪里？林焯华认为，工业级市场与消费级市场的差异主要还是在价格成本方面 ：消费级市场的普遍概念是对性能要求不高，所以价格相对较低，作为供应商的利润也更低，一般是以量取胜。工业级则由于近年的发展加速趋势以及疫情时代影响，前期在模型开发阶段，不太在乎成本问题，后期技术成熟会逐步收紧，要求成本低的同时还要性能好。

林焯华表示，企业的产品始终是要跟随市场走的，市场需求在哪里，产品研发方向就在哪里。

而对于如何衡量传感器的好坏，林焯华表示，最重要的是客户的使用评价。“说明书手册上的数据很多时候都是基于公司本身的测试环境与测试条件去进行得到的数据。但对于客户方面，对方的应用环境要比标准的测试环境更复杂，所以企业提供的数据往往只是作为参考作用，产品真正地应用起来会有怎样的结果，需要客户实际使用，才能最终评定质量的好坏。 ”

目前，阿路比凭借成熟扎实的研发技术与性价比得到广泛客户的认可，已经成为惯导传感器领域的佼佼者企业之一。

市场与标准化的探索

在市场推进方面，当前阿路比的业务以传感器的销售为主。同时，在传感器基础上，阿路比也可为客户提供一体化导航控制系统，包括机器人的控制器、外围传感器、底层算法集成等定制性服务。林焯华介绍，阿路比导航控制系统更倾向于旧机械的改造，瞄准的是传统叉车的市场。

“传统叉车对部分企业而言是昂贵的成本，不会直接抛弃废掉，所以将传统机械进行改造，把完全由人工控制的机械先变成半自动化，再进一步攻克实现自动化，这是我们所看好的市场方向。 ”

国内移动机器人行业爆发以来，带动了不少相关产业链的“野蛮”生长。为了规范行业发展以及保障产品质量，移动机器人产业联盟已经组织发布了关于移动机器人本体及核心零部件的五项团体标准，但AGV传感器作为细分赛道，当前其行业规模尚未明显成形，标准化进程尚在探索，各家传感器企业的品质良莠不齐，没有一个明确的规范，如何去衡量一个传感器的好坏，就成为客户企业最关注的问题。

对此，林焯华认为：早在十多年前开始，国内在导航传感器行业中大部分依托于进口和代理分销，不算是很成熟。近年国内机械行业的蓬勃发展吸引了大批的人才回流，传感器行业面临的技术难题得以攻克，逐步实现产品线国产化，但还没有形成统一明确的行业标准。 目前传感器在移动机器人的使用上更多的是底层数据信息采集及系统集成，这就涉及到接口标准化的问题。“再加上目前移动机器人本体也没有进入标准化阶段，传感器作为移动机器人的核心零部件，现在市场上的一般产品本身也是基于数字性能的描述，如何去定义更多场景或者研发更通用的产品，还需要行业一起去探索。 ”

结语：一个行业的发展离不开企业的共同努力。移动机器人产业联盟始终坚持与各家企业一同维护行业发展，探索标准化进程。其中，以传感器为代表的小型细分赛道，其行业规模尚未成形，未来如何发展，更需要行业的各方齐心协力去探讨推动。

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