如果無人駕駛系統(tǒng)只使用16線激光雷達(dá)，那么慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是無人駕駛中最昂貴的部件，價格大約在18-20萬之間，至于64線激光雷達(dá)，Velodyne曾經(jīng)說過量達(dá)到一定級別，價格可以不到1萬美元，而Waymo更宣稱自己的64線激光雷達(dá)成本只有Velodyne的10%。也就是不到1萬美元。

而慣性導(dǎo)航系統(tǒng)自從10年前就開始用在街景采集、無人機(jī)、測繪領(lǐng)域、無人駕駛，價格一直未有明顯下降。其原因很簡單，激光雷達(dá)領(lǐng)域競爭激烈，新興激光雷達(dá)公司近百家，而無人駕駛所需要的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其最核心的MEMS IMU模塊，只有ADI和挪威的Sensonor。Sensonor的出貨量極低，主要針對高端市場，其最常見的產(chǎn)品為STIM 300，價格高達(dá)1萬美元，使用這個模塊的慣性導(dǎo)航，價格最少也在5萬美元以上。



上圖為百度無人車，其GPS定位和慣性測量單元都由NovAtel提供，價格大約20-25萬左右，IMU 為NovAtel IMU-IGM-A1 ，GPS接收機(jī)為NovAtelProPak6。 IMU-IGM-A1通過內(nèi)置的微處理器，能夠以最高 200Hz 的頻率，輸出實時的高精度三維位置、速度、姿態(tài)信息，也是目前 NovAtel 產(chǎn)品中體積最小、重量最輕的組合導(dǎo)航產(chǎn)品。該產(chǎn)品還有另一種配置，可作為一個獨立的慣性測量單元（IMU），與 NovAtel 其他具備 SPAN技術(shù)的板卡或接收機(jī)，組成分體式 MEMS 組合導(dǎo)航系統(tǒng)。


上圖為IMU-IGM-A1
一般都與NovAtelProPak6聯(lián)合使用


上圖為堆疊使用

慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要有兩個作用，一個是在GPS信號丟失或者很弱的情況下，暫時填補GPS留下的空缺，用積分法取得最接近真實的三維高精度定位。中國大城市高樓林立，即便是北斗加GPS加GLONASS，衛(wèi)星導(dǎo)航信號還是有很多無法覆蓋的地方，特別是以北京為代表的北方高緯度地區(qū)。北方衛(wèi)星導(dǎo)航仰角都不高，如果仰角不超過48度，衛(wèi)星發(fā)出的信號由于受地面高層建筑物的遮擋，實際只能覆蓋城市面積的30%。而日本的QZSS系統(tǒng)可以保證任何時候日本上空都有一顆仰角超過70度的衛(wèi)星，東京地區(qū)高達(dá)85度，可以覆蓋任何高層樓區(qū)。所以市區(qū)的無人駕駛，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)必不可少。

慣導(dǎo)另一個作用是配合激光雷達(dá)。GPS+慣性導(dǎo)航系統(tǒng)為激光雷達(dá)的空間位置和脈沖發(fā)射姿態(tài)提供高精度定位，建立激光雷達(dá)云點的三維坐標(biāo)系。慣導(dǎo)可用于定位，與其他傳感器融合時，也需要統(tǒng)一到一個坐標(biāo)系下。定位是最常用的，通過 IMU、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、編碼器和 GPS，得到一個預(yù)測的全局位置。當(dāng)激光雷達(dá)實時掃描單次的點云數(shù)據(jù)后，結(jié)合單次的點云數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，并進(jìn)行特征提取。這些特征包括路沿、車道線、高度等周圍點線面的特征。對于高精度地圖，提取過特征與實時提取的特征進(jìn)行匹配，最終得到精準(zhǔn)的車本體速度，這是激光雷達(dá)的定位過程。

便宜的MEMS IMU芯片也不少，比如手機(jī)里面基本都有，價格甚至不到1美元。IMU-IGM-A1使用的是ADI的ADIS 16488。



上圖為ADIS 16488的參數(shù)，于2011年12月推出。這款模塊的價格是驚人的每千片1190美元，如果是低于百片，價格可能1萬美元，所以慣性導(dǎo)航系統(tǒng)才如此昂貴。這是一款戰(zhàn)術(shù)級10自由度(DoF)傳感器，在單封裝中集成一個三軸陀螺儀、一個三軸加速度計、一個三軸磁力計和一個壓力傳感器。新款 MEMS IMU提供最穩(wěn)定、最完整的集成傳感器套件，支持高性能導(dǎo)航和平臺穩(wěn)定控制應(yīng)用的嚴(yán)格要求。除了重要的戰(zhàn)術(shù)級(低于10度 /小時)零偏穩(wěn)定度以外，在重力加速度效應(yīng)、溫度系數(shù)和帶寬等一般更重要的特性方面，ADIS16488同樣超過所有其它同類陀螺儀/IMU產(chǎn)品，改善最多可達(dá)100倍。此外，在對線性加速度和振動加速度抑制方面，新款 i Sensor MEMS IMU甚至超過傳統(tǒng)軍用級 IMU。每個器件均要經(jīng)過獨特而全面的工廠校準(zhǔn)，能夠在最惡劣的環(huán)境下提供無與倫比的精度；工作溫度范圍從零下55度到105度高溫，相對于典型的運動傳感器開發(fā)，設(shè)計的復(fù)雜度、時間、成本和風(fēng)險大大降低。


上圖為ADIS 16488的內(nèi)部框架圖



上圖為幾種IMU的3分鐘累積誤差值。MPU-6000高達(dá)6889米，不過它的價格也很誘人，僅要15美元，VectorNav的VN-200高達(dá)3478米，價格只要2000美元，STIM 300誤差大幅度縮窄至417米，價格要1萬美元。KVH的1750只有202米，價格要25000美元，IMU-IGM-A1與KVH 1750性能接近，價格也接近。



IMU-IGM-A1的性能見上表，10秒單點的水平精度為1.41米，也就是戰(zhàn)術(shù)級精度，無人車要求的精度就是戰(zhàn)術(shù)級精度。


上表為ADI的IMU模塊產(chǎn)品表



ADI的MEMS IMU為何這么貴？實際上相對光纖級IMU，ADI的價格是很低的。光纖級一般都在1萬美元以上。首先，目前無人車級（戰(zhàn)術(shù)級）的MEMS IMU出貨量很低。其次，MEMS IMU的內(nèi)部還包含復(fù)雜的DSP處理（一般是Blackfin處理器嵌入硬核卡爾曼濾波器）。第三，制造工時長，MEMS對振動和溫度非常敏感，每個戰(zhàn)術(shù)級IMU都需要在工廠花一定時間校準(zhǔn)才能出貨。第四，封裝是MEMS的主要成本，對用戶來說，消費級和工業(yè)級MEMS最直接的區(qū)別就在封裝上，一目了然。工業(yè)級絕對不會用塑料封裝的?？葱阅艿幕?，簡單的說，工業(yè)級的長期穩(wěn)定性，經(jīng)歷極端條件后的重復(fù)性都是消費級無法比擬的。

對比工業(yè)級和消費級的數(shù)據(jù)手冊，你也會發(fā)現(xiàn)，消費級器件很多指標(biāo)都不給。汽車是要考慮10年生命周期的。最后，復(fù)雜的封裝導(dǎo)致良率很低，最終導(dǎo)致ADI的MEMS IMU價格較高。這一切都決定了戰(zhàn)術(shù)級MEMS IMU的門檻極高，全球主要就是ADI一家?？峙挛磥硎陜?nèi)都是如此，因為戰(zhàn)術(shù)級MEMS IMU工藝的摸索需要最少需要十年時間。中國企業(yè)只做短平快的事業(yè)，超過五年回報期的基本沒有人會投資。

對ADI這家年收入超過50億美元的公司來說，MEMS IMU所占其總收入比例不到4%，ADI是全球最大的高性能數(shù)字模擬仿真器轉(zhuǎn)換器公司，也是全球最大的射頻/微波通訊公司，全球第二大電源管理，放大器和界面IC公司。這是全球最優(yōu)秀的公司之一，大部分產(chǎn)品毛利率都在70%以上，大部分產(chǎn)品都占據(jù)行業(yè)第一的位置。



從2016年下半年開始，存儲器，功率半導(dǎo)體，模擬IC，被動元件價格瘋漲，指望電子產(chǎn)品量大就降價的邏輯已經(jīng)行不通了，更何況ADI感受不到競爭壓力，也沒有降價的動機(jī)，除非無人駕駛達(dá)到百萬級出貨量，否則ADI恐怕是不會降價的。