GNSS+IMU+MM车载组合导航系统解决方案

近年来，随着定位业务的迅速发展，用户对于车载端定位精度提出了越来越高的要求，由原来的导航级逐渐更替到车道级。特别是在城市峡谷环境下（高楼、高架），用户无法接收到GNSS信号或GNSS信号受干扰，导致GNSS无定位结果或定位精度差。这是“有源定位”固有的缺点，无法从算法上来克服。针对这个问题，以GNSS+IMU等多传感器融合方案越来越受到重视，因为“无源定位”的IMU恰好可以弥补卫星定位的短板。

基础原理

导航卫星系统（GNSS）

全球导航卫星系统（Global NavigaTIon Satellite System）是一种依靠卫星卫星的伪距载波、星历、时间以及钟差等信息进行实时定位的空基无线电导航系统，能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息。GNSS系统的优点是精度高、误差稳定不发散，但容易受到周围环境影响，比如树木楼房遮挡，镜面等高反射物体引起的多路径效应。

惯性导航系统（IMU）

惯性导航系统（InerTIal NavigaTIon System）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量（如无线电导航那样）的自主式导航系统，主要使用惯性测量单元IMU（InerTIal measurement unit）。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。惯性导航的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，且把它变换到导航坐标系中，就能够得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息。其优点是工作不需要通时，安装位置随意，定位范围全场景，但定位精度不高，且误差随时间发散。与GNSS导航系统互补。

地图匹配技术（MM）

地图匹配技术MM（Map matching）是结合用户位置信息和地图数据，推算用户在地图上道路的准确位置，辅助车载导航的精准控制。

航位推算法（DR）

航位推算法DR（Dead Reckoning）是一种跟踪导航算法，在获取载体当前时刻坐标位置的前提下，依靠惯性测量单元IMU取得的同周期内载体移动的距离和方位，进而推算下一时刻位置。在此文介绍中，主要讲建立在已有GNSS系统解算下，IMU辅助进行组合导航的算法。

车载定位的痛点

车载导航定位发展已经很久，但随着精度要求越来越高，车载定位的一些问题也逐渐浮现：

偏航重算：是指在高架或城市峡谷，信号遮挡引起位置点漂移；

无法定位：是指在无信号区域（停车场、隧道）推算的精度低，导致出口误差大；

抓路错误：是指主辅路、高架上下抓路错误。

其中偏航重算和无法定位主要是GNSS定位原理决定，GNSS定位精度受观测环境影响，难以改善；对于抓路错误，直接原因是正确道路与误抓道路相隔太近，受定位精度限制无法区分；根本原因是只使用位置信息进行抓路，没有发挥其它数据的价值。

技术方案

以上介绍的关键技术中，在场景覆盖以及精度上，各有所长，互相补充。

技术 优势 局限 GNSS      全局、绝对定位
     定位精度高      信号易受干扰
     不能解决通视问题 IMU      输出连续可靠
     无需外部依赖      误差累计发散
     自身无法定位 MM      位置约束
     场景化      自身无法定位