慣性導航為何如此重要?
“ 我認為，慣性導航(IMU)或者說MEMS技術，是我們定位安全的最后一道屏障。”ADI亞太區(qū)微機電產品線總監(jiān)趙延輝于12月12日在深圳舉行的ADI中國25周年媒體技術日上說到。
IMU全稱 Inertial Measurement Unit，即慣性測量單元，是測量物體三軸姿態(tài)角(或角速率)以及加速度的裝置。一般由三個單軸的加速度計和三個單軸的陀螺儀組成，加速度計檢測物體在載體坐標系統(tǒng)獨立三軸的加速度信號，而陀螺儀檢測載體相對于導航坐標系的角速度信號，結合高精度地圖，即可解算出載體的準確位置和姿態(tài)。
相對于毫米波雷達、激光雷達、攝像頭以及GNSS來說，IMU能夠完全不受外界環(huán)境的影響地為自動駕駛系統(tǒng)提供連續(xù)的、高精度、高可靠的車輛位置、方向、速度、里程(車載里程計會受到路面打滑等情況的影響)、時間等維度的信息，保障車輛的安全行駛。
另外，值得一提的是，IMU還能夠提供相比衛(wèi)星導航、攝像頭更快的信號更新速度。比如，衛(wèi)星導航一般是一秒鐘更新一次位置信息，現(xiàn)在最快的也只能做到一秒鐘更新幾十次，即便是在一些高端應用上，最多也只能達到秒幾百次更新的級別，遠遠達不到連續(xù)導航的水平(連續(xù)導航至少要達到幾毫秒就更新一次的級別)，特別是在車速較快時，衛(wèi)星導航和攝像頭識別就會有滯后的問題。而IMU則完全沒有這些問題，其能夠輕松做到幾毫秒級的連續(xù)定位。
當然，IMU也有著一些問題，比如在毫米波雷達、激光雷達、攝像頭、GNSS衛(wèi)星定位都失效的情況下，如果IMU的精度本身就不高，那么單獨依靠IMU的時間越長，偏移就會越大。
另外，IMU對溫度的敏感度很高，外界溫度的變化會對器件的靈敏度產生影響，進而產生一定的隨機漂移，因此，IMU通常都需要提出適當?shù)恼`差模型和溫度補償方法，以此來提高整個系統(tǒng)的精度。
趙延輝表示：“大家在做傳感器融合的時候，并不是說你選擇的傳感器越多越好，也不管是什么樣的傳感器，什么樣的性能，如果選擇不當，可能就是拿來的都是一些無用的數(shù)據(jù)，那么自然會導致無用的判斷。我們ADI的IMU主要就是實現(xiàn)在各種極端環(huán)境下，依然給你準確的輸出，這個極端的環(huán)境包括各種高低溫的變化，包括各種顛簸的路面都可以做得到。”
雖然，目前在高精度定位導航領域，除了MEMS慣性導航之外，也還有采用光纖組件和激光組件的方案，但是相比之下，MEMS慣性導航具有體積更小、價格更低、測量范圍更大、使用更方便的優(yōu)點。
“基于光纖的導航系統(tǒng)，便宜的可能都要十萬塊，乘用車是很難采用的。另外，光纖的方案非常不耐碰，靜態(tài)精度很高，但是動態(tài)精度就很低。我個人認為，未來MEMS替代光纖一定是一個大勢所趨。因為MEMS的穩(wěn)定性，特別是長期的穩(wěn)定性，我們已經可以做到1度以內，中低端的光纖也就是這個水平。而MEMS方案還具有體積小、功耗低、成本低的優(yōu)勢。”趙延輝進一步解釋到。
目前ADI擁有很多高性能的IMU產品。趙延輝告訴芯智訊：“之前我們IMU就有用到一些航空航天應用上，有航空航天的認證。”其實目前相當一部分自動駕駛的應用，實際上是把更高端的、更高級的一些行業(yè)的需求適當?shù)慕档秃笱苌舍槍ψ詣玉{駛的IMU。
ADIS1650X系列IMU
而在工業(yè)領域，ADI的IMU應用已經是非常的廣泛。自從2007年ADI推出了首款IMU產品以來，經過十多年的發(fā)展，ADI的IMU產品在性能持續(xù)提升的同時，尺寸也是越來越小?，F(xiàn)在，ADI還推出了芯片級的IMU，比如今年11月正式發(fā)布的ADIS1650X系列。
ADI全新推出的ADIS1650X系列IMU，相比上一代產品來說，其在保持高性能的同時，在尺寸上進一步縮小了40%，并且達到了工業(yè)級的標準，該系列也是經過了全溫測試補償，可以提供高精度的定位，同時，成本和體積都有了很大的優(yōu)化。
從內部結構來看，ADIS1650X系列IMU和過去大的模塊級IMU并沒有什么區(qū)別，里面有傳感器、信號處理，有各種各樣的溫度補償校準。雖然體積較小，但依然內部采用的是差分結構，做到了非常好的振動抑制特性，可以應用于無人機、農業(yè)拖拉機以及自動駕駛等領域。
趙延輝表示，ADIS1650X系列IMU與友商的高精度產品相比，擁有5倍的動態(tài)范圍，可以適應極端情況;2倍的帶寬，可以捕捉急速的變化;10倍以上的振動抑制特性改良;10倍以上的低噪聲加速度傳感器改良。
這里特別需要指出的是，在IMU系統(tǒng)中，振動抑制特性非常的重要。通常來說，IMU可以檢測出汽車/飛機的轉動角度、航向偏離了多少、俯仰角偏了多少、行駛的速度和距離等數(shù)據(jù)。但是，對于傳感器來說，很難分辨出傳感器輸出的數(shù)據(jù)是由載體轉動引起的還是由于載體自身振動引起的，也就是說只要有振動存在就會有誤差引入。而振動抑制特性，就是減少振動對于傳感器的精度的影響。
“雖然消費級的無人機較少采用ADI的IMU，這主要是出于成本和體積考慮，但是目前99%以上的行業(yè)應用無人機，都采用的是ADI的IMU。為什么他們不去用便宜的IMU?因為我們的產品的振動抑制特性非常好。如果這個指標不好的話，無人機就很難懸停住，會朝著一個方向偏移。這在工業(yè)領域里面是不能接受的。”趙延輝舉例介紹到。
小結：
除了IMU技術之外，ADI在自動駕駛領域所涉及的毫米波雷達、激光雷達技術，以及視覺ADAS領域也都有布局。
目前，ADI在雷達領域布局已有超過16年的歷史。目前在24GHz毫米波雷達領域，近半數(shù)車載雷達模組中都有ADI的芯片。在77-79GHz毫米波雷達產品上，ADI也有在有布局。2017年，ADI與瑞薩電子就宣布了在77/ 79GHz汽車雷達技術上展開合作。2018年ADI還收購了一家德國工業(yè)雷達的方案公司SymeoGmbH，可提供高效率雷達的整體解決方案，而不是器件級解決方案
在激光雷達領域，早在2016年，ADI就收購了美國Vescent Photonics公司的固態(tài)激光波束轉向技術，開始重點研發(fā)Flash雷達和固態(tài)激光雷達方案。
在ADAS視覺領域，ADI很早也布局了TOF 3D技術。ADI當前的TOF產品是基于高量子效率的CCD方案@940nm光波長方案，具備抗干擾性強(可以解決同一場景多機相互干擾問題)、窄脈沖高速全局曝光噪聲干擾小、高分辨率(640x480@30fps)、低功耗、探測距離遠(支持最高20m的識別距離)等特點。可應用于車內傳感(手勢識別、駕駛員健康、乘員檢測、體態(tài)識別)、車外近距離人臉識別解鎖、車外遠距離的輔助避障。
據(jù)ADI系統(tǒng)應用工程經理李佳透露，ADI目前的CCD TOF方案是跟另一家合作伙伴合作的，后續(xù)會轉向完全由ADI主導，目前ADI有一款全新的TOF產品正在研發(fā)，將會采用CMOS TOF Sensor，它的性能和分辨率會有很大的提升、并且功耗也會進一步的降低。
總結來說，目前ADI在自動駕駛及ADAS領域已經有了極為全面的產品線布局。
