GNSS和自动驾驶

发布于:2023-01-22 ⋅ 阅读:(15) ⋅ 点赞:(0) ⋅ 评论:(0)

本文主要想讲一下自动驾驶对GNSS的需求,GNSS在自动驾驶中承担了什么角色。笔者也是初学者,错误地方敬请指正。

自动驾驶模块

一般的自动驾驶方案算法层面简单来说,主要有以下三个模块:定位-感知-规划控制。

定位:知道车在哪以及车的姿态

感知:知道车周围有什么

规划控制:告诉车该怎么走

定位模块的主要任务是给到其他模块车在坐标系下的精确位置以及车的姿态。所谓车的姿态就是车子的朝向以及车子的左右前后倾斜程度。位置和姿态一般简称为位姿。这些都是感知和规划控制所必须的输入量。

比如只有知道了车的精确位置,算法才可以将车与虚拟的高精度地图联系起来,即使在大雪天气无法识别车道线的情况下,汽车依然可以在指定车道正常行驶。除了在行车中需要用到较高的定位精度,在离线生产高精度地图时对定位的要求更高。

高精度地图制作主要依赖采集车来进行数据采集,然后进行离线处理。离线处理过程中,车在每个时刻位置的足够精确才能保证多帧之间拼接的连续与正确。

GNSS

而GNSS就是定位模块中核心传感器之一,而且GNSS是在高精度地图生产过程中唯一可以提供绝对位置的传感器。所以现在的自动驾驶方案都会有GNSS传感器的身影。

但是GNSS传感器有其天生的劣势,它需要接收来自卫星微弱的信号来实现定位,很容易受环境的影响;城市峡谷或者林荫路会导致定位精度的急速下降,甚至在隧道等场景下完全不可用。单独的GNSS传感器肯定无法满足我们L4/L5级别的自动驾驶需求。

所以一般的定位模块中还包含视觉、Lidar、Ins等传感器。视觉/Lidar+高精度地图匹配,也可以实现绝对定位,可以在城市峡谷/林荫道路/隧道等场景下持续提供稳定可靠高精度的位姿输出。

但基于地图匹配的技术面临地图与实际场景不符的情况,比如道路开挖/环境变更等,导致匹配失败。所以定位模块中包含了多种传感器,多传感器融合技术基本可以保证持续无间断的输出高可靠性高精度的位姿信息。

GNSS定位技术

GNSS传感器可以提供高精度位置的技术主要有两种:差分定位(RTK)和精密单点定位(PPP)。

RTK技术

RTK定位技术是接收机除了需要接收处理卫星信号,还需要接收差分信息。

通过作差的方式消除电离层/对流层等大气误差,以及消除卫星轨道卫星钟误差,实现双差的模糊度固定,进而获得高精度的位置;

PPP技术除了需要处理卫星信号,也需要接收服务商提供的精密卫星轨道钟差/伪距载波偏差/大气改正信息,修正后固定单差模糊度,进而获得高精度的位置。

RTK定位技术已经非常成熟,而且国内也存在多家差分数据提供商以及国内外存在不下数十家的定位模组提供商,简单配置即可获得绝对的高精度位置,存在大量的商业应用案例;

PPP技术

PPP定位技术,或者说延伸的PPP-RTK定位技术,个人看到的明显优于RTK技术的两个方面:

第一,可以在没有网络的情况下依然可以获取高精度位置;

第二,存在比较明朗的完好性技术路线。

对于RotoTaxi的无人驾驶方案,基本不存在没有网络的情况,完好性的需求也没有那么强烈。所以基本还都选择RTK技术作为GNSS定位的主要技术。

当然也有部分主机厂,选择使用PPP-RTK技术。PPP-RTK技术可以认为是PPP的高级形态,也有人认为是PPP与RTK的融合,更有人吹嘘说是下一代的定位技术,暂时没有一个很明确的定义。

PPP-RTK技术

研究PPP的学者,一般将PPP-RTK定义为PPP的第三层。

第一层是仅使用精密轨道钟差和伪距偏差产品;第二层是在第一层的基础上增加使用载波偏差产品;第三层是在前两层的基础上,增加电离层和对流层产品的使用;第三层的定位精度以及收敛速度逐渐更优。具体的GNSS技术选择,可能还有其他更深层次的考量。

综上

GNSS传感器基本上是自动驾驶不可或缺的硬件之一,RTK技术基本上是现在的主流自动驾驶采用的定位技术,也存在部分厂家采用了成本相对较高的PPP-RTK技术。

本文首发于个人公众号 GNSS和自动驾驶