GNSS+LiDAR+Camera（双目）+IMU（战术级）的多传感器融合定位-WayFinder

最新推荐文章于 2025-12-11 20:57:05 发布

原创最新推荐文章于 2025-12-11 20:57:05 发布 · 675 阅读

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WayFinder 是一款整合 GNSS、IMU、LiDAR 與攝影機（camera）感測器的「即裝即用」定位模組，特別針對 GNSS 信號弱或完全喪失的環境。
它內建的 LiDAR Boost 演算法能在無 GNSS 或 GNSS 信號不佳場域中，利用 LiDAR 資料進行實時輔助定位。
採用雙天線 (dual-antenna) 四星座 (quad-constellation) GNSS 接收器 + 最新內建 IMU10 感測器。
支援從室外開闊天空到隧道、地下、室內等「環境切換」場景

WayFinder 在不同環境下的數據如下:

環境條件	水平位置 (RMS)	海拔 (RMS)	速度 (RMS)	Roll/Pitch (1σ)	真航向 (1σ)
無 GNSS (純 INS)	0.42 m	0.30 m	0.13 km/h	0.03°	0.08°
無 GNSS (post-process)	0.22 m	0.13 m	0.06 km/h	0.02°	0.05°
LiDAR map aided (準 GNSS環境)	0.03 m	0.03 m	0.05 km/h	0.02°	0.05°
有 GNSS	0.01 m	0.01 m	0.05 km/h	0.02°	0.05°

從這表可以看出：

優點：

需要確認／注意的點：

LiDAR 與攝影機的具體型號、視場（FOV）、量測範圍、點雲密度，在隧道、地下或光照極差情況（夜間或光線缺乏）是否有額外要求。
系統尺寸、重量、功耗：特別是你若將安裝於多種平台（車輛、室外平台、無人機）時需確認 SWaP（Size, Weight, Power）是否適配。
室內／地下沒有 GNSS 時，LiDAR 輔助定位雖可達幾公分，但是否達到你系統要求（例如厘米級甚至亞厘米級）？若是亞厘米級（< 1 cm）可能還需要額外輔助或融合。
若平台移動快速或動態變化大（例如採礦車輛、高速移動、傾斜變化頻繁），需確認 IMU10 與整體系統對動態環境的承受能力。

WayFinder 内部使用的是 OxTS 最新的 IMU10 惯导传感器技术。以下为其主要规格：

参数	数值
加速度计（Accelerometers）满量程	± 8 g
加速度计 Bias（静态偏置）	0.02 m/s²
加速度计 In-run bias stability	5 µg (即 0.005 mg)
加速度计 VRW (velocity random walk)	0.012 m/s/√hr
加速度计 Scale factor (1σ)	0.02%
轴向对齐误差 (Axis alignment)	< 0.01°
陀螺仪（Gyros）满量程	± 490°/s
陀螺仪 Bias	0.03°/s
陀螺仪 In-run bias stability	0.8°/h
陀螺仪 ARW (angle random walk)	0.12°/√hr
陀螺仪 Scale factor (1σ)	0.08%
陀螺仪轴向对齐误差	< 0.05°

此外，系统整体在惯导加融合状态下（即 IMU + GNSS + LiDAR/camera 辅助）可实现 roll/pitch 精度 ~0.02°，航向 (True Heading) ~0.05°（1σ）在最佳环境中。

注意点：

±8g／±490°/s 的量程意味着该 IMU 能够应对较高速、较大角速度的机械平台（例如矿用车、无人车、地下隧道等）使用。
关键是“惯导漂移”控制能力：Bias 、VRW、ARW 这些数值越低，对无 GNSS 或弱 GNSS环境下的定位支撑越强。
虽然 IMU 本身性能较高，但当 GNSS完全丧失且没有足够外部辅助（如 LiDAR、视觉、UWB）时，误差仍会随着时间积累。因此你后续融合方案（LiDAR + UWB +视觉）设计里，IMU只是一个基础环节，仍要考虑融合策略。
在动态环境（振动大、冲击大、温度变化大）下，IMU 的性能可能会降级，需留意安装减振、热环境、校准状态。

WayFinder 所集成的 LiDAR，官方手册中指出为 Hesai XT32M1X 型号（或类似 32 通道型号）预装版本。
以下为其关键规格（手册中摘录）：

参数	数值
通道数 (Number of channels)	32 通道
水平视场 (Horizontal field of view)	360°
垂直视场 (Vertical field of view)	31°（从 -16° 到 +15°）
测距范围 (Range)	0.05 m 到 120 m
典型（厂商）指标（Hesai 官方）	精度 ±1 cm (80 m @10% 反射率)／精度 0.5 cm 1σ 等（针对 XT32 系列）

注意点：

360° 的水平扫描能力意味着系统可在车辆或平台周围建立几何环境感知，这对隧道、地下作业车、矿区等封闭／半封闭环境非常有利。
垂直视场 ±16° 设计适合地面车载平台，但如果你的平台比如无人机搭载（5 m×5 m降落平台、夜间无光环境等），你可能需要考虑更大垂直 FOV 或搭配专门向下看的 LiDAR。
测距最小 0.05 m 表示近距离测量能力很强。对于你提的“在平台上布置反射球、无人机与固态激光雷达”场景，这一点有价值。
虽然规格看起来很强，但实际在隧道／矿区那种光照差、尘土多、镜面反射／水雾环境下，LiDAR 的反射率可能很低，还是要确认实际点云密度、信噪比、遮挡情况。
LiDAR 的定位辅助能力（通过 LiDAR Odometry 或 Map Matching）是 WayFinder 区别于普通 INS + GNSS 的关键：手册中强调“LiDAR Map Aided”模式可达水平位置约 0.03 m。
若应用有高速移动、剧烈振动、反射球／多反射环境（例如矿区钢轨、金属隧道结构），则还需考虑 LiDAR 的抗振、抗灰尘／雾能力、镜头遮挡保护。

WayFinder 集成了两个内置校准 Stereo 相机（“two built-in calibrated 8 MP cameras”）这一点在手册中提到。以下为规格摘录：

参数	数值
分辨率 (Sensor resolution)	3 280 × 2 464 像素
快门类型 (Shutter type)	Rolling shutter（滚动快门）
水平视场 (Horizontal field of view)	62.2°
垂直视场 (Vertical field of view)	48.8°
景深 (Depth of field)	约 10 cm 到 ∞（近景可达约 10 cm）

注意点：

两个相机形成的双目（Stereo）配置，有利于视觉里程计／视觉惯导辅助定位。在“无人机运动捕捉”“平台降落”“UWB 融合定位”等场景中，视觉可以提供额外的姿态和目标检测能力。
Rolling shutter 虽然在大多数地面平台／低速平台中是可接受的，但在高速动态或剧烈振动情况下可能会引入畸变。若你的平台如矿车、吊臂、无人机等运动剧烈，可能需要额外校正或考虑全局快门相机。
62°×48° 的视场对一般车载前视或环境感知足够，但如果你的需求是大范围环视、或者飞机/无人机在高处俯视地面，可能视场稍狭。你可能还要补充额外相机或视觉单元。
在夜间无光／低光环境下，视觉系统的可用性大大下降。虽然 WayFinder 强调 LiDAR 在无 GNSS环境中的角色，但视觉在暗光条件下可能失效。