智能網(wǎng)聯(lián)汽車高精度定位技術(shù)及發(fā)展趨勢

姜國凱　和福建　季國田　田曉笛

【摘? 要】本文主要闡述智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位系統(tǒng)的重要性，對目前的定位技術(shù)方案進行分析，最后提出智能網(wǎng)聯(lián)汽車對高精度定位的新需求和發(fā)展趨勢。

【關(guān)鍵詞】智能網(wǎng)聯(lián)汽車；高精度；定位技術(shù)

中圖分類號：U463.675? ? 文獻標志碼：A? ? 文章編號：1003-8639（ 2023 ）09-0001-02

High Precision Positioning Technology and Development Trend of Intelligent Connected Vehicle

JIANG Guokai HE Fujian JI Guotian TIAN Xiaodi

（1. CATARC Software Testing（Tianjin）Co.，Ltd.，；2. CATARC Automotive Test Center（Tianjin）Co.，Ltd.；

3. China Automotive Technology and Research Center Co.，Ltd.，Tianjin 300300，China）

【Abstract】This paper expounds the importance of the intelligent connected vehicle positioning system，analyzes the current technical scheme of positioning，and finally puts forward the new demand and development trend of high-precision positioning for the intelligent connected vehicle.

【Key words】intelligent connected vehicle；high precision；positioning technology

作者簡介

和福建（1993—），男，工程師，碩士，研究方向為導(dǎo)航定位及V2X測試評價技術(shù)。

1? 智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位系統(tǒng)重要性

汽車的電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化、共享化正在加速汽車產(chǎn)業(yè)的變革，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展已成為全球汽車產(chǎn)業(yè)競爭的重要戰(zhàn)略目標。智能網(wǎng)聯(lián)汽車從技術(shù)層面分為智能化和網(wǎng)聯(lián)化。智能化主要是指車輛通過自身配置的傳感器（攝像頭、激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達等）能夠自主獲取和分析車輛內(nèi)外部的信息，為駕駛員提供輔助決策或者進行自主決策。網(wǎng)聯(lián)化主要是指車輛采用移動通信技術(shù)（LTE-V、5G等）實現(xiàn)車輛位置、車速等信息的交互。

對智能網(wǎng)聯(lián)汽車來說，安全、穩(wěn)定、可靠的位置信息是車輛運動決策的基礎(chǔ)，是安全行駛的保證[1-2]。高精度定位模塊是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的核心模塊，也是車輛自主導(dǎo)航的重要支撐。對智能網(wǎng)聯(lián)汽車高精度定位技術(shù)的研究對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展和產(chǎn)業(yè)落地有著重大的意義。

2? 高精度定位技術(shù)方案

智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位技術(shù)按照定位技術(shù)原理不同，可以分為3種：基于衛(wèi)星信號的定位、航跡推算、環(huán)境特征匹配[3-4]。

2.1 基于衛(wèi)星信號的定位

基于衛(wèi)星信號的定位是指通過接收衛(wèi)星信號來進行定位。目前衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)主要有中國的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）、美國的全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System，GPS）、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLObal NAvigation Satellite System，GLONASS）、歐盟的伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo Navigation Satellite System，Galileo）。普通的衛(wèi)星單點定位精度在5～10m，為了達到更高的衛(wèi)星定位精度，可以采取基于RTK（Real Time Kinematic）的衛(wèi)星增強定位技術(shù)。RTK的原理是通過基準站不斷接收衛(wèi)星定位信號，然后將得到的載波相位測量值發(fā)送給移動站，移動站將自身的載波相位測量值與接收到的載波相位測量值進行實時處理，計算得到移動站的精確位置，載波相位差分的定位精度可以達到厘米級。該技術(shù)方案的優(yōu)點是全天候可用、定位精度高、操作簡便，但在使用過程中也有一些問題，如外界電磁干擾、信號遮擋、信號多徑效應(yīng)、傳輸網(wǎng)絡(luò)差等導(dǎo)致定位精度變差。同時需要在地面建立多個基準站，建設(shè)成本及后期維護成本偏高。

2.2 航跡推算

通過慣性測量單位（Inertial Measurement Unit，IMU），主要包含陀螺儀和加速度計。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)原理如圖1所示，在運動過程中可以測量出運動物體的角速度和加速度，然后對時間積分可以得到運動物體的移動距離和方位，進而得到當前的位置。該技術(shù)方案的優(yōu)點是不依賴外界信息，也不與外界進行交互，自主導(dǎo)航，輸出頻率高，可以短時提供高精度。但不足之處是誤差會隨著時間不斷累積，導(dǎo)致誤差偏大，且高性能IMU價格昂貴[5]。

2.3 環(huán)境特征匹配

環(huán)境特征匹配定位技術(shù)主要是指通過實時感知環(huán)境特征與已經(jīng)確定的基準數(shù)據(jù)進行比對得到車輛當前位置。在應(yīng)用中，需要其他定位系統(tǒng)給出初始位置信息，減少特征值的匹配計算量。在智能網(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)用中使用較多的方案是基于激光點云匹配和基于圖像匹配的定位方案。基于激光點云匹配的定位方案，優(yōu)點是定位精度較高，可以達到厘米級，缺點就是成本昂貴，對環(huán)境變化比較敏感，道路改造、雨雪天氣等都會影響定位的結(jié)果。基于圖像匹配的定位方案（圖2），優(yōu)點是成本低，缺點是由于攝像頭自身局限性，在逆光、夜晚等場景存在技術(shù)瓶頸。

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位技術(shù)方案中，往往采用多傳感器融合的方法實現(xiàn)優(yōu)勢互補，提高穩(wěn)定性和可靠性。目前常用的有衛(wèi)星定位、激光雷達、毫米波雷達、攝像頭、超聲波雷達等。不同傳感器在定位方面優(yōu)點與不足如表1所示。多傳感器融合的定位終端常見系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖3所示。

3? 智能網(wǎng)聯(lián)汽車對高精度定位的新需求及發(fā)展趨勢

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的不斷發(fā)展，對導(dǎo)航定位系統(tǒng)提出了更高的要求。

1）定位系統(tǒng)根據(jù)具體功能需求，需要提供車道級別甚至厘米級的高精度定位。

2）地圖信息需要更豐富、更準確的道路環(huán)境信息，用來實現(xiàn)輔助環(huán)境感知和路徑規(guī)劃。

3）路徑規(guī)劃相比于傳統(tǒng)的米級定位精度需要規(guī)劃出高精度、連續(xù)的軌跡。

4）定位的實時性——對時間同步的需求，實時性不好會降低定位的精度。

5）定位的可靠性，要求在復(fù)雜場景依然有較高的定位精度。

6）對GNSS防欺騙的需求，保障行駛安全。

7）對功能安全的需求。

由于每種定位技術(shù)的技術(shù)原理不同，單一定位技術(shù)無法滿足高級別自動駕駛車輛對全天候復(fù)雜環(huán)境下高精度定位及安全冗余的需求。多傳感器融合高精度定位終端融合高精度地圖匹配、圖像識別、IMU慣性導(dǎo)航、5G NR +V2X通信等多項技術(shù)于一體的定位是未來的發(fā)展趨勢，為高級別自動駕駛提供定位感知融合能力。

參考文獻：

[1] 鄧天民，楊其芝，方芳，等. 基于非線性自適應(yīng)回歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的GPS/IMU組合導(dǎo)航方法[J]. 科學(xué)技術(shù)與工程，2019，19（24）：274-280.

[2] 王藝帆. 自動駕駛汽車感知系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)綜述[J]. 汽車電器，2016（12）：12-16.

[3] 李曉暉，方芳，鄧天民. 基于RNN的智能網(wǎng)聯(lián)汽車高精度定位方法[J]. 汽車工程學(xué)報，2019，9（4）：260-267.

[4] 趙佳，劉清波. 自動駕駛汽車高精定位導(dǎo)航技術(shù)路線分析[J]. 客車技術(shù)與研究，2018，40（4）：8-10.

[5] 杜習(xí)奇. GPS與捷聯(lián)慣導(dǎo)組合導(dǎo)航系統(tǒng)研究[D]. 南京：南京理工大學(xué)，2004.

（編輯? 凌? 波）