智能网联汽车导航定位技术(1)

互推小编 2024-02-29

导航定位的定义

导航定位是利用电、磁、光、力学等科学原理与方法，通过测量与运动物体每时每刻位置有关的参数，从而实现对运动物体的定位，并正确地将其从出发点沿着预定的路线，安全、准确、经济地引导到目的地。

定位是导航的第一步，导航是定位的一个连续过程，导航涉及路径规划和决策引导。所以，定位是导航的关键，其核心指标就是定位精度。

智能网联汽车的导航定位技术是指通过全球导航卫星系统(GNSS)、惯性导航以及激光SLAM、视觉SLAM等，获取智能网联汽车的位置和航向信息。

全球导航卫星系统(GNSS)包括美国的全球定位系统(GPS)、中国的北斗卫星导航定位系统(BDS)、俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS) 卫星定位系统以及欧洲空间局的伽利略(GALILEO)卫星定位系统。

定位分为绝对定位、相对定位和组合定位。绝对定位是指通过全球导航卫星系统实现，采用双天线，通过卫星获得车辆在地球上的绝对位置和航向信息;相对定位是指根据车辆的初始位姿，通过惯性导航获得车辆的加速度和角加速度信息，将其对时间进行积分，得到相对初始位姿的当前位姿信息;组合定位是将绝对定位和相对定位进行结合，以弥补单一定位方式的不足，甚至与高精度地图相结合，实现高精度定位。

按照定位精度，分为导航级精度和车道级精度。LI和L2级别的智能网联汽车，主要实现ADAS功能，定位的精度只需要导航级精度即可: L3级别以上的智能网联汽车，就要求在高速公路、停车场泊车等特殊场景实现全自动驾驶，这需要高精度定位技术实现厘米级的定位，才能真正做到在高速公路上变道超车、上下匝道以及定点泊车等功现，无人驾使汽车的导航定位精度应控制在10cm以内，才能保障无人驾驶汽车的行驶安全。

导航定位的方法

导航定位的方法主要有全球定位系统(GPS)、差分全球定位系统(DGPS)、北斗卫星导航系统(BDS)、惯性导航系统(INS)、航迹推算(DR)技术、视觉传感器定位、激光雷达定位以及组合定位等。

1.全球定位系统

全球定位系统(GPS)是一种以空中卫星为基础的高精度无线电导航的定位系统，是一种绝对位姿估算方法。该方法通过GPS来进行车辆定位。基于GPS的定位方法优点在于可全天候连续定位，且适用于全局定位;缺点是受环境影响较大，高楼、树木、隧道等都会屏蔽GPS信号，而且GPS定位精度低、更新周期长，远远不能满足自动驾驶的需求。

2.差分全球定位系统

差分全球定位系统(DGPS) 是在GPS的基础上利用差分技术使用户能够从GPS系统中获得更高的精度。其基本原理就是车辆在行驶过程中用GPS作为基准，在GPS更新的时候，通过差分辅助完成车辆厘米级的精确定位。

3.北斗卫星导航系统

北斗卫星导航系统(BDS) 是我国自行研制的全球卫星导航系统，目前在汽车领域还没有大面积推广应用，但在国家制定的智能汽车发展规划中，已明确提出要大力推广北斗卫星导航系统在智能网联汽车和无人驾驶汽车中的应用。

4.惯性导航系统

惯性导航系统(INS)由陀螺仪、加速度传感器及软件构成，通过测量运动载体的角速度和加速度数据，并将这些数据对时间进行积分运算，从而得到运动载体的速度、位置和姿态。汽车在驶入深山隧道时，汽车上安装的惯性导航系统的定位导航作用会非常显著。

5.航迹推算技术

航迹推算(DR) 技术是利用载体上一时刻的位置，结合无人驾驶汽车的航向、速度等信息，推算出当前时刻的位置。DR导航是一种自主式导航，一般不会受到外界环境的干扰，但其定位误差会随着时间增长而累计，因此不能长时间独立工作，一般用来辅助其他导航。

6.视觉传感器定位

视觉传感器提供了丰富的颜色和图像信息，处理这些信息正是深度学习技术的强项。通过深度学习模型识别车道线、道路上文字、停止线等固定的标识，并与高精度地图数据进行对比，从而获取车辆的当前位置。它的优势在于成本低，缺点在于精度低、误差大，并且在强光、逆光、黑夜场景下的效果不好。

7.激光雷达定位

事先通过采集车采取道路的3D点云地图数据，在智能网联汽车行驶过程中实时利用激光雷达采集点云数据，并与事先采集的点云数据进行比较，从而获取当前的车辆位置。它的优势在于探测精度高、探测距离远且对GPS的初值依赖度低，在没有GPS号的场景下也能实现精准的车辆定位。缺点在于基于点云的地图数据时效性差，维护成本高。

8.组合定位

高精度定位是无人驾驶汽车的核心关键技术。所谓高精度是指定位精度要达到厘米级，上述任何一种定位方法都很难达到要求，因此，无人驾驶汽车必须使用组合定位。

百度Apollo系统使用了CNSS、激光雷达、IMU (惯性测量单元)等多种传感器融合加上一个误差状态卡尔曼滤波器，使定位精度可以达到5～ 10cm，具备高可靠性和精确性，在市区允许最高时速超过60km/h。

德国博世公司发布了一套自动驾驶精准定位解决方案，如图所示，这套系统将采用厘米级定位技术，让自动驾驶更加安全。博世现已开发用于自动驾驶车辆精确定位的卫星定位智能传感器，这款新型传感器内置一个高性能的GNSS信号接收器，来自GNSS的信号能够帮助车辆确定自己的绝对位置。