在自動(dòng)駕駛汽車上，GPS已經(jīng)成行車定位必不可少的技術(shù)。但GPS也有它本身劣勢(shì)，比如信號(hào)差、有誤差、更新頻率低等問(wèn)題，所以僅靠GPS無(wú)法滿足自動(dòng)駕駛的定位需求。這時(shí)我們就需要一種更好的設(shè)備來(lái)彌補(bǔ)GPS的不足。IMU慣性測(cè)量單元擁有更高的更新頻率，而且不受信號(hào)影響，可以很好與GPS形成互補(bǔ)。今天我們要說(shuō)的就是IMU慣性測(cè)量單元，一起看看它是怎么樣工作的吧。

IMU的全稱是inertialmeasurementunit，即慣性測(cè)量單元，通常由陀螺儀、加速劑和算法處理單元組成，通過(guò)對(duì)加速度和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量得出自體的運(yùn)動(dòng)軌跡，在導(dǎo)航中有著很重要的應(yīng)用價(jià)值。我們把傳統(tǒng)的IMU和與車身、GPS等信息融合的算法組合在一起的系統(tǒng)稱為廣義的、針對(duì)自動(dòng)駕駛的IMU。

GPS/IMU傳感系統(tǒng)通過(guò)高達(dá)100Hz頻率的全球定位和慣性更新數(shù)據(jù)，可以幫助自動(dòng)駕駛完成定位。GPS是一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的定位用傳感器，但是它的更新頻率過(guò)低，僅有10Hz，不足以提供足夠?qū)崟r(shí)的位置更新。IMU的有著GPS所欠缺的實(shí)時(shí)性，IMU的更新頻率可以達(dá)到100Hz或者更高。通過(guò)整合GPS與IMU，我們可以為車輛定位提供既準(zhǔn)確又足夠?qū)崟r(shí)的位置更新。

目前的GPS有很多時(shí)候是精度不夠準(zhǔn)確或者無(wú)效的。例如在隧道中，我們經(jīng)常因?yàn)樾盘?hào)不好無(wú)法使用。在市中心的高樓里，GPS信號(hào)容易被折射反射。這個(gè)時(shí)候IMU就可以增強(qiáng)GPS的導(dǎo)航能力。例如，在車道線識(shí)別模塊失效時(shí)，利用失效之前感知到的道路信息和IMU對(duì)汽車航跡的推演，仍然能夠讓汽車?yán)^續(xù)在車道內(nèi)行駛。

GPS和IMU組合，就是為了融合IMU的航向速度、角速度和加速度信息，來(lái)提高GPS的精度和抗干擾能力。IMU相對(duì)GPS來(lái)說(shuō)，不僅能提供一些信息，還能提供補(bǔ)全導(dǎo)航信息，因?yàn)镚PS本身只提供位置信息，IMU還可以提供航向姿態(tài)信息，這個(gè)在車輛控制甚至最基本的車輛控制里也會(huì)遇到的信息。因?yàn)镮MU會(huì)提供不同的角度，我們可以非常敏銳實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)到車輛姿態(tài)的變化，可以更精準(zhǔn)的識(shí)別一些比較復(fù)雜的路況信息。

為什么說(shuō)在自動(dòng)駕駛技術(shù)中，IMU的作用是無(wú)法被替代的呢？首先，IMU的相對(duì)和絕對(duì)位置推演不依賴任何外部設(shè)備，是像飛機(jī)里的黑匣子一樣的完備系統(tǒng)。

其次，由于IMU不需要任何外部信號(hào)，它可以被安裝在汽車底盤等隱蔽位置，這樣就可以避免電子或機(jī)械的攻擊。而視覺(jué)、激光和毫米波等傳感器必須接收來(lái)自汽車外部的電磁波或光波信號(hào)，這樣就很容易被來(lái)自攻擊者的電磁波或強(qiáng)光信號(hào)干擾，從而無(wú)法正常工作。

最后，由于IMU對(duì)角速度和加速度的測(cè)量值之間本就具有一定的冗余性，再加上輪速計(jì)和方向盤轉(zhuǎn)角等冗余信息，使其輸出結(jié)果的置信度遠(yuǎn)高于其它傳感器提供的絕對(duì)或相對(duì)定位結(jié)果。

在自動(dòng)駕駛汽車上，IMU是除了激光雷達(dá)之外，另一個(gè)高成本部件。目前，能夠在GPS信號(hào)丟失后10秒內(nèi)，提供車道級(jí)定位的IMU的價(jià)格在20萬(wàn)元左右且均為進(jìn)口。不過(guò)，國(guó)內(nèi)也有科技公司開(kāi)始研發(fā)針對(duì)自動(dòng)駕駛專用的IMU，有望將其成本降到1萬(wàn)元以下并保持精度不變。

總結(jié)：在自動(dòng)駕駛繁雜的系統(tǒng)中，IMU以完全無(wú)需依賴外部的特性，以及強(qiáng)大的抗干擾能力，解決了自動(dòng)駕駛汽車“我在哪”，“我要去哪”和“我怎么去”的問(wèn)題，為自動(dòng)駕駛的定位系統(tǒng)提供最后一道安全保障。