比雷达/摄像头/GNSS更可靠，自动驾驶最后的安全防线竟是它？

目前在自动驾驶领域，毫米波雷达、激光雷达、摄像头技术是应用较为广泛的三项传感技术，此外还有GNSS卫星定位导航技术。但是，这些技术都会受到外部环境的影响。比如毫米波雷达、激光雷达和摄像头都会受到雨雪雾等恶劣天气的影响，摄像头还会受到光线的影响。而卫星定位同样也会在隧道、地下停车场等场景下丢失信号，即便是有信号，卫星导航也会因为接收机噪声、卫星内部时钟误差、卫星轨道误差、多径效应，对定位的精度产生较大误差。那么在以上传感器都受干扰的情况下，如何来保障自动驾驶的安全呢？

惯性导航为何如此重要？

“ 我认为，惯性导航（IMU）或者说MEMS技术，是我们定位安全的最后一道屏障。”ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉于12月12日在深圳举行的ADI中国25周年媒体技术日上说到。

▲ADI亚太区微机电产品线总监赵延辉

IMU全称 Inertial Measurement Unit，即惯性测量单元，是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般由三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺仪组成，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺仪检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，结合高精度地图，即可解算出载体的准确位置和姿态。

相对于毫米波雷达、激光雷达、摄像头以及GNSS来说，IMU能够完全不受外界环境的影响地为自动驾驶系统提供连续的、高精度、高可靠的车辆位置、方向、速度、里程（车载里程计会受到路面打滑等情况的影响）、时间等维度的信息，保障车辆的安全行驶。

另外，值得一提的是，IMU还能够提供相比卫星导航、摄像头更快的信号更新速度。比如，卫星导航一般是一秒钟更新一次位置信息，现在最快的也只能做到一秒钟更新几十次，即便是在一些高端应用上，最多也只能达到秒几百次更新的级别，远远达不到连续导航的水平（连续导航至少要达到几毫秒就更新一次的级别），特别是在车速较快时，卫星导航和摄像头识别就会有滞后的问题。而IMU则完全没有这些问题，其能够轻松做到几毫秒级的连续定位。

当然，IMU也有着一些问题，比如在毫米波雷达、激光雷达、摄像头、GNSS卫星定位都失效的情况下，如果IMU的精度本身就不高，那么单独依靠IMU的时间越长，偏移就会越大。

另外，IMU对温度的敏感度很高，外界温度的变化会对器件的灵敏度产生影响，进而产生一定的随机漂移，因此，IMU通常都需要提出适当的误差模型和温度补偿方法，以此来提高整个系统的精度。

赵延辉表示：“大家在做传感器融合的时候，并不是说你选择的传感器越多越好，也不管是什么样的传感器，什么样的性能，如果选择不当，可能就是拿来的都是一些无用的数据，那么自然会导致无用的判断。我们ADI的IMU主要就是实现在各种极端环境下，依然给你准确的输出，这个极端的环境包括各种高低温的变化，包括各种颠簸的路面都可以做得到。”

虽然，目前在高精度定位导航领域，除了MEMS惯性导航之外，也还有采用光纤组件和激光组件的方案，但是相比之下，MEMS惯性导航具有体积更小、价格更低、测量范围更大、使用更方便的优点。

“基于光纤的导航系统，便宜的可能都要十万块，乘用车是很难采用的。另外，光纤的方案非常不耐碰，静态精度很高，但是动态精度就很低。我个人认为，未来MEMS替代光纤一定是一个大势所趋。因为MEMS的稳定性，特别是长期的稳定性，我们已经可以做到1度以内，中低端的光纤也就是这个水平。而MEMS方案还具有体积小、功耗低、成本低的优势。”赵延辉进一步解释到。

目前ADI拥有很多高性能的IMU产品。赵延辉告诉芯智讯：“之前我们IMU就有用到一些航空航天应用上，有航空航天的认证。”其实目前相当一部分自动驾驶的应用，实际上是把更高端的、更高级的一些行业的需求适当的降低后衍生成针对自动驾驶的IMU。

ADIS1650X系列IMU

而在工业领域，ADI的IMU应用已经是非常的广泛。自从2007年ADI推出了首款IMU产品以来，经过十多年的发展，ADI的IMU产品在性能持续提升的同时，尺寸也是越来越小。现在，ADI还推出了芯片级的IMU，比如今年11月正式发布的ADIS1650X系列。

ADI全新推出的ADIS1650X系列IMU，相比上一代产品来说，其在保持高性能的同时，在尺寸上进一步缩小了40%，并且达到了工业级的标准，该系列也是经过了全温测试补偿，可以提供高精度的定位，同时，成本和体积都有了很大的优化。

从内部结构来看，ADIS1650X系列IMU和过去大的模块级IMU并没有什么区别，里面有传感器、信号处理，有各种各样的温度补偿校准。虽然体积较小，但依然内部采用的是差分结构，做到了非常好的振动抑制特性，可以应用于无人机、农业拖拉机以及自动驾驶等领域。

赵延辉表示，ADIS1650X系列IMU与友商的高精度产品相比，拥有5倍的动态范围，可以适应极端情况；2倍的带宽，可以捕捉急速的变化；10倍以上的振动抑制特性改良；10倍以上的低噪声加速度传感器改良。

这里特别需要指出的是，在IMU系统中，振动抑制特性非常的重要。通常来说，IMU可以检测出汽车/飞机的转动角度、航向偏离了多少、俯仰角偏了多少、行驶的速度和距离等数据。但是，对于传感器来说，很难分辨出传感器输出的数据是由载体转动引起的还是由于载体自身振动引起的，也就是说只要有振动存在就会有误差引入。而振动抑制特性，就是减少振动对于传感器的精度的影响。

“虽然消费级的无人机较少采用ADI的IMU，这主要是出于成本和体积考虑，但是目前99%以上的行业应用无人机，都采用的是ADI的IMU。为什么他们不去用便宜的IMU？因为我们的产品的振动抑制特性非常好。如果这个指标不好的话，无人机就很难悬停住，会朝着一个方向偏移。这在工业领域里面是不能接受的。”赵延辉举例介绍到。

小结：

除了IMU技术之外，ADI在自动驾驶领域所涉及的毫米波雷达、激光雷达技术，以及视觉ADAS领域也都有布局。

目前，ADI在雷达领域布局已有超过16年的历史。目前在24GHz毫米波雷达领域，近半数车载雷达模组中都有ADI的芯片。在77-79GHz毫米波雷达产品上，ADI也有在有布局。2017年，ADI与瑞萨电子就宣布了在77/ 79GHz汽车雷达技术上展开合作。2018年ADI还收购了一家德国工业雷达的方案公司SymeoGmbH，可提供高效率雷达的整体解决方案，而不是器件级解决方案

在激光雷达领域，早在2016年，ADI就收购了美国Vescent Photonics公司的固态激光波束转向技术，开始重点研发Flash雷达和固态激光雷达方案。

在ADAS视觉领域，ADI很早也布局了TOF 3D技术。ADI当前的TOF产品是基于高量子效率的CCD方案@940nm光波长方案，具备抗干扰性强（可以解决同一场景多机相互干扰问题）、窄脉冲高速全局曝光噪声干扰小、高分辨率（640x480@30fps）、低功耗、探测距离远（支持最高20m的识别距离）等特点。可应用于车内传感（手势识别、驾驶员健康、乘员检测、体态识别）、车外近距离人脸识别解锁、车外远距离的辅助避障。

据ADI系统应用工程经理李佳透露，ADI目前的CCD TOF方案是跟另一家合作伙伴合作的，后续会转向完全由ADI主导，目前ADI有一款全新的TOF产品正在研发，将会采用CMOS TOF Sensor，它的性能和分辨率会有很大的提升、并且功耗也会进一步的降低。

总结来说，目前ADI在自动驾驶及ADAS领域已经有了极为全面的产品线布局。

编辑：芯智讯-浪客剑

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