模组化INS引领车载高精定位发展趋势

在自动驾驶的发展中，车道级的高精度定位是L2+到L5级自动驾驶的关键支撑，而高精度的组合定位系统(INS)是实现高精度定位的核心，可以保证车辆在各种复杂环境下实时知道自己的具体位置。常见的高精度INS组合定位系统由GNSS卫星导航、IMU惯性测量单元和融合算法组成。

自2018年以来，L2和L2+智能驾驶车辆的比例一直在快速上升。尤其是在国内，在封闭半封闭场景下运行的无人商用车已经部分商业化，这些车辆都需要高精度的INS组合定位系统，这也带动了整个行业的不断发展。根据中信证券的报告，到2025年，L3及以上自动驾驶车辆上IMU的装载能力将超过20%，高精度INS组合定位的市场容量将超过130亿。

我们知道INS组合定位系统存在的时间并不长，有很多不同的发展趋势。那么未来车载高精度定位的发展将走向何方？

新纳传感高级副总裁卢伟在“2022第四届自动驾驶测绘定位大会”上分享了新纳的见解和观点。

新纳传感高级副总裁卢伟

性能和安全性都在不断提高。

“首先很明显性能和安全水平都在不断提升。”在谈到性能时，卢伟表示，“INS结合了GNSS和IMU两个重要模块。GNSS芯片从单频单模发展到现在的多频多模，可以更好的实现定位，引入功能安全的概念。

IMU作为提高INS性能的重要环节，也决定了INS性能的上限(在车辆实际行驶过程中，会有很多间歇性的GNSS卫星信号，比如隧道、停车场、高架桥下、林荫大道等。，此时系统更多依靠IMU惯性传感器来计算)。目前它的趋势是在不断提升性能的同时控制成本。

早期的IMU是机械和光纤陀螺。一辆无人车用的是惯性导航系统，甚至需要几十万个光纤陀螺仪，显然不适合大规模部署。目前，基于MEMS技术的惯性测量单元正在不断发展。就新产品线而言，第一代IMU的零偏不稳定性从10°/h提高到了第三代的1.5°/h，几乎高出了一个数量级。同时，新浪研发的下一代IMU产品性能水平接近光纤陀螺IMU，成本可以控制在非常好的水平。"

图片来源:新纳传感

除了性能，INS系统的安全性也在提升。陆伟坦言，目前新公司的INS组合定位系统是基于ISO 26262、GBT34590等规范设计的，新公司的IMU产品也是业界较早进行功能安全设计的。GNSS也在快速追赶，产品使用的GNSS芯片是st推出的首款基于功能安全设计的9100。

模块化INS引领车载高精度定位发展趋势

“除了性能和安全，我主要分享的是模块化INS的趋势，这也是新兵很重要的发展方向。”

那么什么是模块化呢？

卢伟解释说，下图是新的INS401 P-BOX定位盒，这是目前市面上最常见的INS组合定位系统方案。IMU、GNSS、算法集成在一个防尘防水的盒子里，连接车载以太网或车载通信接口传输数据。

试想一下，如果把这个需要单独安装的盒子变成一个贴片芯片模块，直接集成到智能驾驶域控制器中，会为车辆节省一部分，减少相应的接口和线束，简化整车布局。同时，这种高度集成的方式可以减少INS与域控制器之间的通信延迟，从而提高高精度定位的精度。最后，与tr相比……传统的P-BOX，INS模块标定效率更高，硬件简化，自身成本更有优势。

图片来源:新纳传感

模块化INS的大规模应用需要克服两大难点。

模块化优势明显，但在业界还没有得到广泛应用，主要局限于两个挑战。

“一个是高温对IMU模块的影响。现在越来越多的计算能力用在自动驾驶上，传感器的数量和档次也在不断提升，对于大计算能力的芯片来说功耗很大。英伟达等芯片的典型功耗为30-60瓦。目前很多新车都会集成一个域控制器，产生的热量可想而知。对于INS系统来说，其IMU模块是半导体器件，高温对其精度影响很大。要在域控制器等高温挑战越来越大的设备中安装SMD模块，企业必须做好温度补偿和校对工作。”

“另一大挑战是回流焊引起的应力变化。将SMD模块粘在域控制器板上会涉及到焊接，焊接时产生的高温可能会影响IMU元器件，焊点在冷却固化时也会对电路板造成额外的应力。高精度IMU对外界应力非常敏感，电路板的应力可能会影响其测量精度。另外还有一些问题，比如振动、电磁干扰、提高集成度等等。”

图片来源:新纳传感

新型贴片INS组合定位模块RTK330LA实现量产应用。

虽然面临诸多挑战，但基于20多年的技术积累，新纳依然投入大量资源，成功研发出模块化INS系统并投入量产，这就是全新的patch INS组合定位模块RTK330LA。

据卢伟介绍，RTK330LA主要采用ST 9100车载安全芯片和最新研发的RTK算法。IMU模块采用自主研发的IMU算法和全温度校准补偿，采用三重IMU冗余阵列，满足功能安全要求。

RTK330LA的实测性能也有不错的表现。新纳基于固定的测试线路测试性能，覆盖开阔道路、桥梁、高架桥等不同信号强度路段的丰富地理场景，基本达到与市场主流P-BOX相同的水平。在完全没有GNSS信号的场景下，业内优秀的INS系统定位精度在2.5‰左右，即一公里偏差小于2.5米，新增的RTK330LA可以达到2‰，完全满足目前主流L2+汽车对辅助驾驶的要求。

“目前RTK330LA已经应用到地面，集成在头部自动驾驶卡车的域控制器上。已稳定运行1000万公里以上，性能经受住了实际考验。”

最后，卢伟分享了辛纳在定位诚信方面的领先工作。据悉，新纳传感器致力于提供高精度定位软硬件一栈解决方案，从模块到系统、从硬件到算法都具备完整的自研能力。在乘用车、商用车、精准农业自动驾驶等领域得到了广泛的应用和量产验证，被国内外多家领先的乘用车企业指定并实现量产。在自动驾驶的发展中，车道级的高精度定位是L2+到L5级自动驾驶的关键支撑，而高精度的组合定位系统(INS)是实现高精度定位的核心，可以保证车辆在各种复杂环境下实时知道自己的具体位置。常见的高精度INS组合定位系统由GNSS卫星导航、IMU惯性测量单元和融合算法组成。

自2018年以来，L2和L2+智能驾驶车辆的比例一直在快速上升。尤其是在国内，在封闭半封闭场景下运行的无人商用车已经部分商业化，这些车辆都需要高精度的INS组合定位系统，这也带动了整个行业的不断发展。根据……中信证券报告，到2025年，L3及以上自动驾驶车辆上IMU的装载能力将超过20%，高精度INS组合定位市场容量将超过130亿。

我们知道INS组合定位系统存在的时间并不长，有很多不同的发展趋势。那么未来车载高精度定位的发展将走向何方？

新纳传感高级副总裁卢伟在“2022第四届自动驾驶测绘定位大会”上分享了新纳的见解和观点。

新纳传感高级副总裁卢伟

性能和安全性都在不断提高。

“首先很明显性能和安全水平都在不断提升。”在谈到性能时，卢伟表示，“INS结合了GNSS和IMU两个重要模块。GNSS芯片从单频单模发展到现在的多频多模，可以更好的实现定位，引入功能安全的概念。

IMU作为提高INS性能的重要环节，也决定了INS性能的上限(在车辆实际行驶过程中，会有很多间歇性的GNSS卫星信号，比如隧道、停车场、高架桥下、林荫大道等。，此时系统更多依靠IMU惯性传感器来计算)。目前它的趋势是在不断提升性能的同时控制成本。

早期的IMU是机械和光纤陀螺。一辆无人车用的是惯性导航系统，甚至需要几十万个光纤陀螺仪，显然不适合大规模部署。目前，基于MEMS技术的惯性测量单元正在不断发展。就新产品线而言，第一代IMU的零偏不稳定性从10°/h提高到了第三代的1.5°/h，几乎高出了一个数量级。同时，新浪研发的下一代IMU产品性能水平接近光纤陀螺IMU，成本可以控制在非常好的水平。"

图片来源:新纳传感

除了性能，INS系统的安全性也在提升。陆伟坦言，目前新公司的INS组合定位系统是基于ISO 26262、GBT34590等规范设计的，新公司的IMU产品也是业界较早进行功能安全设计的。GNSS也在快速追赶，产品使用的GNSS芯片是st推出的首款基于功能安全设计的9100。

模块化INS引领车载高精度定位发展趋势

“除了性能和安全，我主要分享的是模块化INS的趋势，这也是新兵很重要的发展方向。”

那么什么是模块化呢？

卢伟解释说，下图是新的INS401 P-BOX定位盒，这是目前市面上最常见的INS组合定位系统方案。IMU、GNSS、算法集成在一个防尘防水的盒子里，连接车载以太网或车载通信接口传输数据。

试想一下，如果把这个需要单独安装的盒子变成一个贴片芯片模块，直接集成到智能驾驶域控制器中，会为车辆节省一部分，减少相应的接口和线束，简化整车布局。同时，这种高度集成的方式可以减少INS与域控制器之间的通信延迟，从而提高高精度定位的精度。最后，与传统的P-BOX相比，INS模块具有更高的标定效率、简化的硬件和更大的成本优势。

图片来源:新纳传感

模块化INS的大规模应用需要克服两大难点。

模块化优势明显，但在业界还没有得到广泛应用，主要局限于两个挑战。

“一个是高温对IMU模块的影响。现在越来越多的计算能力用在自动驾驶上，传感器的数量和档次也在不断提升，对于大计算能力的芯片来说功耗很大。英伟达等芯片的典型功耗为30-60瓦。目前很多新车都会集成一个域控制器，产生的热量可想而知。对于INS系统，其IMU ……dule是半导体器件，高温对其精度影响很大。要将SMD模块安装在域控制器等高温挑战越来越大的设备中，企业有必要做好温度补偿和校对工作。"

“另一大挑战是回流焊引起的应力变化。将SMD模块粘在域控制器板上会涉及到焊接，焊接时产生的高温可能会影响IMU元器件，焊点在冷却固化时也会对电路板造成额外的应力。高精度IMU对外界应力非常敏感，电路板的应力可能会影响其测量精度。另外还有一些问题，比如振动、电磁干扰、提高集成度等等。”

图片来源:新纳传感

新型贴片INS组合定位模块RTK330LA实现量产应用。

虽然面临诸多挑战，但基于20多年的技术积累，新纳依然投入大量资源，成功研发出模块化INS系统并投入量产，这就是全新的patch INS组合定位模块RTK330LA。

据卢伟介绍，RTK330LA主要采用ST 9100车载安全芯片和新开发的RTK算法。IMU模块采用自主研发的IMU算法和全温度校准补偿，采用三重IMU冗余阵列，满足功能安全要求。

RTK330LA的实测性能也有不错的表现。新纳基于固定的测试线路测试性能，覆盖开阔道路、桥梁、高架桥等不同信号强度路段的丰富地理场景，基本达到与市场主流P-BOX相同的水平。在完全没有GNSS信号的场景下，业内优秀的INS系统定位精度在2.5‰左右，即一公里偏差小于2.5米，新增的RTK330LA可以达到2‰，完全满足目前主流L2+汽车对辅助驾驶的要求。

“目前RTK330LA已经应用到地面，集成在头部自动驾驶卡车的域控制器上。已稳定运行1000万公里以上，性能经受住了实际考验。”

最后，卢伟分享了辛纳在定位诚信方面的领先工作。据悉，新纳传感器致力于提供高精度定位软硬件一栈解决方案，从模块到系统、从硬件到算法都具备完整的自研能力。在乘用车、商用车、精准农业自动驾驶等领域得到了广泛的应用和量产验证，被国内外多家领先的乘用车企业指定并实现量产。

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