每台 GNSS 接收器，不論多先進，都有一個共同的弱點：它需要與衛星保持清晰的視線。當視線被隧道、停車場、密集的都市峽谷或故意干擾時，定位精度會迅速下降甚至完全失敗。對於自主車輛、送貨無人機及安全關鍵導航系統而言，這些缺口是不可接受的。
解答在於感測器融合：緊密結合GNSS接收器與慣性測量單元（IMU），打造一套在衛星訊號長時間中斷時仍能保持準確的導航系統。本文探討GNSS/IMU融合的技術原理、鬆耦合與緊耦合架構的差異，以及實際應用中重要的性能特性。
理解IMU漂移及為何融合是必要的
IMU利用加速度計和陀螺儀測量比力與角速率。透過將這些測量數據隨時間積分，導航系統可在無需外部參考的情況下計算位置、速度與姿態。然而，這個整合過程會累積錯誤;感測器中的微小偏差會累積成快速擴大的位置誤差，這種現象稱為漂移.
- 加速度計偏差：僅僅60秒純慣性導航後，僅有100微克（1萬分之一重力）的微小偏差，會累積約18公尺的位置誤差。
- 陀螺儀偏差：陀螺儀偏壓每小時1度會導致姿態解傾斜，錯誤地將重力投影到水平面，並產生虛構加速度，迅速破壞位置估計。
- GNSS的角色：GNSS 提供帶有有界誤差的絕對位置定位，使其成為基於 IMU 的推算航法的完美補充。挑戰在於設計融合架構，以最大化兩個感測器的優勢。
單是IMU幾分鐘內就會失明。單靠GNSS在掩護下是盲的。它們若融合得當，便能打造出一套在地球幾乎所有環境中都能運作的強大導航系統。
鬆耦合器與緊接器
GNSS/IMU 融合系統依感測器互動深度分類。這種架構選擇對部分及完全 GNSS 中斷時的效能有深遠影響。
鬆散耦合將 GNSS 與 IMU 視為獨立感測器，將其位置與速度輸出輸入卡爾曼濾波器。雖然實作簡單，但當 GNSS 降至四顆可視衛星以下時，這種架構將完全失效，這是獨立定位所需的最低標準，即使來自較少衛星的原始偽距與載波相位測量仍可能限制 IMU 解決方案。
緊密耦合在測量層級運作，將原始 GNSS 偽準波、多普勒測量及載波相位直接輸入導航濾波器，與 IMU 資料一同傳送。即使只有一兩顆可見衛星，系統也能部分限制位置漂移，大幅延長停電容忍度。
實際效能基準
Jumpstar 緊密耦合的 GNSS/IMU 模組已在挑戰純 GNSS 系統的真實情境中測試。在高速公路隧道中斷45秒的序列中，緊密耦合能維持水平位置的精確度。0.5公尺相較之下，鬆散耦合誤差超過10公尺，純IMU誤差超過50公尺。
對自駕車開發者而言，這些性能差異直接轉化為安全邊際。能在隧道中保持亞米精確度的系統，可在無需駕駛者介入的情況下繼續保持車道維持與自適應巡航。漂移10公尺的系統立即構成安全隱患。
在評估訊號中斷不可避免應用的 GNSS 模組時，緊密耦合並非可選的增強功能;這是安全可靠運作的基本要求。
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