惯导技术随想

        最近在做一个可移动机器人项目，我负责的那一部分有关于惯性导航这一方面的。查阅了相当多的技术资料，也调研了一下市场上惯性导航产品的售价。基本上市场上出售的商用惯导产品起步价都在2000元以上，更高的售价都接近30万了。并且，都有着使用局限，每隔一段时间需要重新校正一次。技术原理上以我查阅的资料来看，绝大多数都离不开 卡尔曼滤波、粒子滤波的各种扩展。
       为什么惯导会存在每隔一段时间校准一次，无法减少或者消除累积误差，精度像我们的位移测量那么廉价可靠呢？仔细分析了一下惯导传感器工作原理，私以为，实现惯性导航，应该使用模拟技术与数字技术相结合的方法来解决这个问题。以三轴加速度为例，惯性测量原理大致如下：物体受到外力运动会产生一个加速度，惯导传感器能检测到物体的惯性力，由牛顿定律从而可以得到线性加速度a。目前市场上在售惯导测量芯片，以mpu9250为例，我记得采样速率好像不会超过10Khz。由动量定理，我们可以轻易得出结论：对于惯性力作用时间非常微小的t，例如微秒、纳秒级别。惯导数字采样芯片无能为力，除非数字采样频率能够无穷大，这不可能。所以在惯性力变化非常大时间非常小的的范围，例如震动，官方手册给出的说明是，这种情况下测量出来的数据不是非常可靠的。
       怎么解决这个问题呢，下面就是我提出来的一种新的思路：既然惯性力可以获得，并且这个信号是连续的，只是采样频率限制了信号的连续性，那我们可以设计一个硬件积分电路，对惯性传感器得到的惯性力信号进行积分，显然，选取合适的电路参数，使得惯性力信号与加速度信号成F=A关系，则，一次积分得到速度信号，二次积分得到位移信号。然后根据需要，使用数字信号采样积分得到的信号。显然，使用积分电路会产生积分饱和的问题，但是，我们只需要再设计一个积分清零复位电路，在积分即将饱和前，数字信号累积当前积分结果，然后积分清零。
        这个思路的核心方法是，在初段，利用模拟电路的连续性，消除数字采样测量方法的盲区，能够有效消除或者减少累积误差，在末端，利用数字信号，实时获取积分结果。由于得到的速度及位移全部使用硬件积分解算，并且不需要使用各种卡尔曼及粒子滤波算法，减少的计算量是非常大的。
        从逻辑上看，思路没有任何问题，只不过我是做工程应用的，具体实现得依靠专业的IC设计人员来完成了。