详解 | 精度和分辨率的区别

发布日期:2023/2/10 17:09:06 浏览次数:1625来源:

得益于新型传感器的成熟,2022年我国在售新车L2和L3的渗透率分别为35%和9%,预计2023年将达到51%和20%。

 

而每一辆L3自动驾驶汽车都需要装备至少一个高精度IMU。

 

DAISCH戴世自研的高精度IMU

 

01自动驾驶进步的关键——IMU


自动驾驶汽车的成功所需最重要的进步是在任何环境变化期间,车辆的实时、持续和准确的位置与运动。

 

所有类型的自动驾驶车辆如汽车、卡车、公共汽车、无人机、机器人系统等均必须能在所有天气、温度和场景环境中,以及在无GNSS信号或信号衰减情况下,确定车辆位置和方向。

 

在高阶自动驾驶中,IMU会作为安全防线,保障自动驾驶安全。

 

比如在隧道或者外部天气恶劣的情况下,导航系统失效,或是激光雷达、摄像头等传感器失效时,IMU可以估算出行驶路径,而保障自动驾驶的正常运作。随着L3、L4等高阶自动驾驶逐渐落地,IMU也将会发挥出更重要的作用。

 

卫星信号被遮挡或失锁时IMU用航迹推算能力保证自动驾驶安全

 

02 IMU的认知误区:精度和分辨率

 

客户认知误区

1、混淆精度和分辨率

2、错把分辨率当精度

3、错将分辨率视为IMU性能高低的标准

 

IMU是新型传感器,网络上有大量关于IMU的文章,良莠不齐,以至于一些客户被错误的概念带偏,混淆了精度和分辨率。

 

关于精度

 

精度,是传感器测量值与真实值之间的最大差异数值,又叫测量误差,数值越小,误差越小。IMU集成了加速度计和陀螺仪,也可以集成了磁力计。常见的IMU有3轴、6轴和9轴。在自动驾驶领域通常不需要集成磁力计。

 

加速度计和陀螺仪的精度相关的指标有:

 

确定性误差可以通过标定和补偿进行修正,不确定性部分决定了IMU的精度。IMU的陀螺仪参数和加速度计参数通常会分开列示,较为常用的指标是零偏不稳定性、随机游走和噪声密度。

 

对于陀螺仪来说,零偏不稳定性长久以来被视为陀螺仪规格的绝对标准,它是描述陀螺仪性能的下限。但零偏(不)稳定性对中高性能的惯性器件才有意义。低精度的陀螺仪,稍有旋转,就会产生巨大的误差,零偏(不)稳定性的好坏并无多大意义。

 

零偏不稳定性指标服从正态分布,通常使用典型值(均值)和最大值(1σ)。


 

概率正态分布曲线

 

关于分辨率

 

分辨率是指引起示值改变的最小测量值,或者说是传感器可感受到的被测量的最小变化的能力,最小测量值与精度无关,而是人为设定的。

 

比如某惯性芯片的设计分辨率是256 LSB/°,意思是这款惯性芯片设计的时候把每度分成256个最小测量值(也称最低有效位LSB,Least Significant Bit)。

 

分辨率的倒数是灵敏度。还以某惯性芯片为例,灵敏度=1/256=0.0039°/LSB。同样,灵敏度也是设计的时候人为界定的。


 

精度和分辨率的关系

 

用大家都熟知的尺子为例,讲精度和分辨率之间的关系。

 

分辨率:一把尺子测量的分辨率是1mm,也就是说这把尺子测量的最小刻度是1mm,如果需要测5.5mm的量程,那这把分辨率为1mm的尺子最多只能测到5mm,其中剩下的0.5mm是无法准确测量。

 

精度:还是这把尺子,如果这把尺子的刻度是绝对准确的,那么用来测量一个5mm的长度,测得结果巧合也是5mm,是绝对准确的;但如果这把尺子被拉长100%,那么尺子的刻度是不变的,这时用来测量5mm长度的时候,测得的结果就是5/12=2.5mm,精度就不准了。

所以,分辨率/灵敏度不能用来衡量传感器性能性能,精度能够衡量传感器的精度,而精度指标通常是服从概率分布的。

 

精度决定IMU性能高低

 

IMU一般要安装在被测物体的重心上,陀螺仪和加速度计是IMU的主要元件,分别测量角速度和加速度;我们说的IMU精度其实指的是陀螺仪和加速度计等测量的参数,其数值大小直接体现惯性导航系统的精度。

 

陀螺仪的参数包括:零偏不稳定性(Z轴)、零偏不稳定性(X/Y)、全温零偏、角度随机游走等;加速度计的参数包括:零偏不稳定性、全温零偏、测量范围、速度随机游走等。

 

那么,从用户挑选和使用传感器的角度来看,无需考虑分辨率大小,只需看精度高低就可以了。


 

03 DAISCH戴世高精度IMU


作为车规级处理器芯片和MEMS惯性元件,DAISCH戴世以专有的标定工艺进行全温域标定和校准,符合量产工艺要求的快捷集成接口,优异的全生命周期可靠性表现,极低的零偏噪声和全温域(-40°~85°)高性能运动感知。

IM1A作为DAISCH戴世的战术级惯性测量单元(IMU),专为在多种条件下实现高性能运动感知而设计,同时,针对不同客户对精度需求的不同,戴世都做了不同型号的匹配,涵盖高中低精度近5种型号:

IM1A2690/IM1A2685/IM1A2680/IM1A2670/IM1A2660。


汽车领域、工程机械、AGV、无人机、高精度导航等场景都可以用到IM1A

DAISCH戴世IM1A货架产品序列:


IM1A提供六个自由度运动感知,在独特的冗余设计中集成了三轴MEMS加速度计和三轴MEMS陀螺仪,可将性能发挥到最大。在性能规格方面,IM1A具有出色的陀螺仪和加速度计零偏不稳定性,分别为1.5°/h和25µg,可实现长时间定位推算并保持出色的导航性能。


凭借非常优越的零偏不稳定性,DAISCH戴世IMU的航迹推算性能可以在任何环境下发挥出最佳效用。

 

 


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