汽車定位系統(tǒng)是如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位的？

汽車定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位主要依靠多種技術(shù)和設(shè)備的協(xié)同工作。

首先是通過(guò) GPS 衛(wèi)星系統(tǒng)，車輛上的 GPS 接收器接收至少四顆衛(wèi)星發(fā)送的包含時(shí)間戳和軌道信息的信號(hào)，比較信號(hào)到達(dá)時(shí)間來(lái)計(jì)算與衛(wèi)星的距離，從而確定車輛的精確位置。

但衛(wèi)星幾何分布、信號(hào)傳播路徑中的干擾，比如建筑物、樹(shù)木、障礙物導(dǎo)致的信號(hào)反射或衰減，還有大氣條件影響信號(hào)傳播速度等，都會(huì)影響 GPS 定位的準(zhǔn)確性。

為提高可靠性，現(xiàn)代車輛常配備 A-GPS 系統(tǒng)，它能預(yù)加載衛(wèi)星數(shù)據(jù)和利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，在信號(hào)弱或衛(wèi)星可見(jiàn)性差時(shí)也提供更快速準(zhǔn)確的定位服務(wù)。

除了 GPS，還有其他定位方式。比如慣性導(dǎo)航定位，利用慣性傳感器如陀螺儀、加速度計(jì)測(cè)量車輛加速度和角速度，再通過(guò)積分推算位移和航向變化，但精度取決于傳感器精度和初始狀態(tài)確定程度，一般誤差較大。

自動(dòng)駕駛車輛往往采用多傳感器融合定位方式，比如將 RTK GPS 的輸出與 IMU、汽車自身傳感器如輪速計(jì)、方向盤(pán)轉(zhuǎn)角傳感器等融合。IMU 全稱慣性測(cè)量單元，通常由陀螺儀、加速劑和算法處理單元組成，能通過(guò)對(duì)加速度和旋轉(zhuǎn)角度的測(cè)量得出自體運(yùn)動(dòng)軌跡。

組合導(dǎo)航需先對(duì)慣導(dǎo)系統(tǒng)做初始校準(zhǔn)，包括借助參考導(dǎo)航系統(tǒng)給慣導(dǎo)系統(tǒng)初始位置值、速度值，通過(guò) IMU 本身測(cè)量值或借助測(cè)量?jī)x器獲得初始姿態(tài)角，對(duì)四元數(shù)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣進(jìn)行初始化。

此外，高精度定位還采用慣性導(dǎo)航 INS，自動(dòng)駕駛常用基于光纖陀螺的 IMU 精度高但成本高，用于精度要求高的地圖采集車；基于微機(jī)電系統(tǒng)器件的 IMU 體積小、成本低、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)但誤差大，應(yīng)用于自動(dòng)駕駛車輛需復(fù)雜處理。

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) GNSS 是基于測(cè)距的絕對(duì)定位方案，輸出誤差不隨工作時(shí)間和載體運(yùn)動(dòng)變化，其特點(diǎn)是從單頻單系統(tǒng)向多頻多系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，提高了可靠性與可用性，在民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但基于衛(wèi)星定位，定位的影響因子多，信號(hào)易受干擾。

高精地圖與線上激光 lidar 點(diǎn)云匹配定位能實(shí)現(xiàn)絕對(duì)定位和厘米級(jí)高精度，但依賴高精地圖。

里程計(jì)獲取車輪信息分外接和內(nèi)置，外接分辨率和精度高但結(jié)構(gòu)復(fù)雜可靠性難保證，內(nèi)置無(wú)需外接設(shè)備但精度低誤差大，用于自動(dòng)駕駛車輛需多重處理。

結(jié)合車輛運(yùn)動(dòng)特性的運(yùn)動(dòng)約束能保證極端情況下定位結(jié)果不產(chǎn)生極大誤差。

多傳感器融合定位包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、基于激光雷達(dá)數(shù)據(jù)和高精地圖的匹配定位、四個(gè)核心模塊、安全相關(guān)模塊等。