攝影機和雷射雷達很好地回答了一個問題：我周遭有什麼。它們仍然無法回答車輛移動前必須回答的三個問題——我在地圖上的位置、車身指向哪個方向，以及我實際行駛的速度。
這就是 GNSS IMU 車輪速度融合的工作，也是堆疊中在隧道下方出問題前，最不受注意的部分。這是從整合面撰寫：每個感測器的權威範圍、每個感測器在哪些地方默默失敗，以及在程式提交前解決爭論的測試。
GNSS IMU 車輪速度融合：三種感測器，三種真理
大多數團隊都能描述這三種感測器。能說出每個裝置權威範圍的差異較少，而這差異正是融合設計與三個裝置在同一機殼內的差異。
| 感測器 | 權威性 | 速率 | 失敗者 |
|---|---|---|---|
| GNSS / RTK | 地球上的絕對位置 | 1–10 Hz | 失去天空，或接收反射 |
| IMU | 旋轉速率與比重 | 100–200 Hz | 將自身偏置整合進漂移 |
| 車輪速度 | 輪胎通過的距離 | CAN頻道的20–100 Hz | 當輪胎打滑時回報換位情況 |
逐欄閱讀，架構會自動說明：一個感測器沒有漂移但沒有連續性，一個有連續性但沒有參考點，另一個兩者都還沒有，直接測量地面，成本幾乎不高。
GNSS：唯一知道「這裡」位置的感測器
GNSS是唯一能在你沒去過的情況下告訴你位置的感測器。其他一切都是從假設開始的;GNSS 從行星出發。
使用 RTK 校正時，能提供公分級的絕對位置，其機制值得明確說明，因為它後續解釋失效模式：已知座標的參考站測量當前大氣與軌道誤差，將其作為修正發送，接收端則減去。校正的效果取決於傳輸連結的強度和天線上的天空視圖——這也是為什麼RTK對抗PPK這對後製很重要，但對行駛中的車輛沒有幫助。
有兩個性質經常被誤讀。第一是速率：1–10 Hz 是正常範圍，因此車輛在兩個定位點間以 50 公里/小時行駛半公尺，必須有東西填補這個空隙。第二，準確率數字描述的是在既定條件下的分布，而非每一刻的承諾。在都市峽谷中，你得到的位置通常是從反射訊號計算出的乾淨解，這比明顯的定位遺失還要糟糕，因為輸出中沒有任何警告。其機制詳見城市定位中的多徑緩解.
IMU：快速、流暢且錯誤，幾秒鐘內完成
IMU是唯一能知道身體在過去十毫秒內做了什麼的感測器。陀螺儀測量旋轉速率，加速度計測量比推力，兩者結合後得到姿態、速度，最後得到足夠平滑的短期位置。
它也是最常被過度信任的感測器：其輸出看起來從未損壞。沒有中斷，沒有警告標誌，沒有跳躍。賽道只是輕輕地向外彎曲，越往前走，看起來越合理。
算術並不複雜。帶有0.5°/s殘留偏置的陀螺儀若無修正，十秒後產生5°的航向誤差，之後每行駛一公尺方向錯誤。加速度計也有同樣問題，但較為細膩：它無法區分持續加速度與傾斜，因此濾波器需要GNSS或車輪速度來判斷哪個是哪個。
數據表容易引起混淆，因為慣性規格分為三個單位。「公分水平3秒，米水平10秒」是一種立場陳述，可以字面理解。「衛星失效120秒後誤差在5%以內」通常是行駛距離的百分比——兩公里的5%等於一百公尺。同一部分兩者皆可能成立;他們回答的問題不同。
輪速：無人擁有的最便宜觀察器
車輪速度是唯一能透過接觸路面來測量距離的感測器——這在公分RTK下顯得微不足道，這正是它被忽略的原因。
它的解析度比大多數人想像的還要好。其環有48齒，圓周2公尺，一脈衝行程約4公分，每秒數十次以步行速度傳送——正是GNSS多普勒最弱的地方。它也為濾波器提供刻度參考：若沒有獨立的距離測量，慣性解中的刻度誤差只能在 GNSS 返回時修正。
它的弱點同樣簡單。輪速感測器會回報旋轉，而非運動。在制動時、在冰面、碎石上，或輪子鎖死時，旋轉與行程會停止一致，誤差不小——可能是車輛的全速。這就是為什麼有用的訊號是四個車輪轉速，而不是單一平均車速：左右的差異是濾波器判斷某物正在打滑的關鍵。
接著是決定大多數專案的整合現實。在量產車上，四個輪速已經存在於底盤匯流排上，由 ABS 或 ESC 控制器公布。它們不存在於 GNSS 接收器中，且包含我們的 GNSS+INS 模組無法讀取這些訊息。輪速段在融合層或域控制器處連接，透過 CAN 連接，並有其自身的延遲與縮放。如果供應商告訴你他們的模組「熔斷輪速」，合理的問題是它是接在哪個連接器上。
三者如何在真實車輛中融合
融合本身並不華麗：一個能用IMU高速預測、當可靠定位到來時用GNSS校正，並在中間以車輪速度進行限制。不同車輛之間變化的是哪個感測器隨時攜帶解決方案。
| 狀況 | 攜帶解法 | 推薦觀看 |
|---|---|---|
| 開放式公路 | GNSS，經RTK修正 | 沒什麼特別的;這是個簡單的案例 |
| 都市峽谷 | IMU，GNSS則間歇性回歸 | 看起來有效的反射修正 |
| 短隧道 | IMU 加車輪速度 | 入口處再入錯誤 |
| 長隧道或地下 | 車輪速度，IMU 退化 | 比例因子與航向漂移 |
| 低速機動 | 車輪速度加上航向來源 | 航向是否存在於0 km/h時 |
| 低摩擦表面 | IMU，輪速降低配重 | 滑移偵測，而非滑移假設 |
當一條腿缺失時，什麼會斷
拆下感應器是最快查看它在做什麼的方法;這三個特徵足夠明顯，可以從日誌中診斷。
僅限 GNSS：由點組成的軌道
在 5–10 Hz 時，輸出是一系列位置，中間沒有其他位置。在高速彎道中，紀元間的間隔是弦，底盤則沿弧線移動。進入隧道時完全沒有輸出，控制器會停止或回放——這是正確的行為，也是這種配置從未無人駕駛出貨的原因。
僅限IMU：一條禮貌彎曲的賽道
這是危險的，因為它看起來像是運作良好的系統。立場保持平穩，態度合理，錯誤卻無一絲警示地擴大。進入隧道一百公尺時，車輛可能距離系統認為的位置只有一條車道，而信心估計仍是可接受的。
僅輪速：距離無方向
你知道事情轉了多遠，除此之外一無所知。沒有航向，沒有絕對的參考，輪胎一旦失去抓地力，距離就會錯，因為車輪轉得比地面快得多。它是個好觀察者，但導航能力很差。
我們最常看到的五個整合錯誤
這些問題都不是演算法問題;所有資料都能通過資料表審查並顯示在車輛上。
- 槓桿臂是掛在圖紙上，而不是車上。如果天線比後軸前方 1.2 公尺，系統會回報天線的位置，而非軸的位置，且下游所有控制器會繼承這個偏移，直到有人在實際組裝時測量。
- 滾動周長來自輪胎資料表。這個數字是針對未載重輪胎在名義壓力下的。負載半徑、磨損和壓力會改變約1%，即每公里10公尺——足以讓車輛在長隧道中走出車道。測量它：讓車輛在測量線上滾動十個輪圈。
- 其中一種是車輛平均速度，而非四輪速度。平均值會拋棄左右的差異，這是你唯一便宜的滑動指標。
- 時間對齊是假設的，而非刻印。GNSS 以 PPS 邊緣達到 1 Hz;CAN 的轉速顯示延遲約為 10–40 毫秒。在 20 m/s 時，20 毫秒是 40 公分的誤差，且沒有過濾波器調校能消除。
- IMU 安裝在一個會彎曲的裝置上。一個能共振的支架，或靠近喇叭或壓縮器的位置，會將振動轉化為假加速度，並整合進位置。剛性、金屬對金屬，盡可能靠近軸心。
兩個模組涵蓋三條腿中的兩條
當車輛程式要求我們提供這堆疊中的 GNSS 和慣性半邊時，選擇通常取決於隧道箱所需的精確度。以下兩部分皆有雙重用途：天空開放時用RTK，非開放時用慣性。兩輛車都不聲稱第三段屬於底盤。
.png?imageMogr2/format/webp)
JS-C8A — 多頻段 GNSS + INS
- RTK H ±（8 + 10⁻⁶·D） mm， V ±（15 + 10⁻⁶·D） mm
- 3秒訊號損失：公元公尺級;10秒：公尺級
- 陀螺儀 250°/s，偏置 0.5°/s;Accel 4 克，20 毫克
- 22×17×2.8毫米，BDS/GPS/GLONASS/Galileo
.png?imageMogr2/format/webp)
JS-TP26-U — L1+L5 GNSS + INS
- 135 個頻道（L1：75 + L5：60）
- 單點高 1.0 公尺（L1+L5）/ 2.5 公尺（L1）
- 六軸微機系統（MEMS）;無安裝方向限制
- 16.0 × 12.2 × 2.4 毫米，3 × UART
另外兩個系統屬於同一家族，當效能或更新率佔優勢時會被指定：那JS-RK26-U輸出為18–32 mA，輸出為10 Hz，且為單頻段JS-RP26-U頻率為20 Hz。這四項資料均列於以下推算航站模組.
在承諾前如何測試融合
台架測試證明模組可運作。這並不能證明這三個感測器在你的車輛上是可以協同運作的。三個測量就夠了。
- 傳送門重返錯誤。開車穿過你路線實際使用的隧道，然後將出口後的第一個定位點與測量點做比較。記錄偏移量以公尺及其方向，而不是「它一直鎖定」。兩種方式都行：根據航向的誤差指向安裝點或陀螺儀。
- 測量環路的比例因子。以恆定速度計時200公尺直線，並將你的融合輸出與測量結果比對。接著在濕滑或碎石路面重複這個動作。如果誤差隨路面變化，代表你的車輪速度權重過於激進。
- 原始木頭，24小時靜態，還有一次市區跑步。從靜態測試中繪製地標位置散布，然後疊加車輪速度和城市路線上的GNSS定位狀態。幾乎所有被問到的「神秘」跳躍，都顯示那裡是應該被拒絕的修正，或是方向盤通道與其相反方向不符。
買家最常問的問題
一個模組能同時處理三個感測器嗎？
不是在道路車輛上。GNSS+INS 模組涵蓋兩條路段;車輪轉速由底盤公布。標榜這三者的模組會引發一個問題：哪個連接器接收輪速輸入？
IMU 到底能維持多久的公分？
MEMS單元在公分級約需三秒，然後再多幾公尺。任何以分鐘計數的報價，通常指的是不同的數字——通常是行駛距離的百分比。
我們需要雙天線航向源嗎？
如果煙囪在靜止、倒車或慢速停車時需要真方向，是的。單一天線在地面上指示航向，只有在移動時才會確定，且不會告訴你天體指向哪個方向。取捨是多了第二根天線、一個基線和一個安裝工作——涵蓋在雙天線RTK航向.
如果 IMU 品質好，車輪速度值得花那麼多時間嗎？
是的，價格是：它是長距離掩蔽中限制距離誤差最便宜的方法，也是唯一能以步行速度運作的輸入。只值每個輪子和時間戳記;慢速公車的平均速度對IMU已知的資訊幾乎沒有額外影響。
這些都無法取代細緻的 GNSS IMU 車輪速度融合設計，但確實讓供應商的對話更具具體性。從更廣泛的系統角度來看，自駕車的全球導航系統（GNSS）覆蓋周圍建築，在 GNSS 拒絕環境中的 IMU 融合過濾器會更深入。
.png?imageMogr2/format/webp)
.png?imageMogr2/format/webp)
.png?imageMogr2/format/webp)
.png?imageMogr2/format/webp)
