作者/Thomas Nigg u-blox产品战略、产品中心定位高档总监
为了让全主动驾驭成为实际，几项技能需求开展完善并一同推出。其间一项就是价格亲民、可扩展的牢靠性高精度定位技能。
曩昔几十年来，全球导航卫星体系(GNSS)技能的功用得到大幅改进。2000年头，获取首个准确方位的时刻从几分钟缩短至30秒。2005-2010年，接纳器的灵敏度显着进步——从130 dBm进步到167 dBm。到2015年，功用性定位卫星星座的数量现已从2000年的一个全球星座(即美国的GPS)增至四个(GPS、俄罗斯的GLONASS、我国的斗极和欧盟的伽利略)。除此以外，还包含两大区域体系(印度的NAVIC和日本的QZSS)。这为多星座GNSS接纳器打开了大门。卫星信号也现已完成了现代化，到2018年，多频段GNSS的价格将变得实惠。这些开展为GNSS的下一严重主题奠定了根底：完成分米级或厘米级的精度。
GNSS接纳器经过核算自己与至少四颗卫星的间隔来确认其方位。由于接纳器依据卫星信号抵达的时长核算该间隔，即便存在最小的差错(少至几十亿分之一秒)，也会对精度产生负面影响。卫星轨迹方位的差错会导致精度呈现约2.5米的精度丢失。卫星时钟的过错也会产生1.5米的精度丢失。此外，对流层和电离层的扰动会别离添加1米和5米的精度丢失，假如卫星挨近地平线或处于太阳活动激烈的时期，则精度丢失会更大。到现在为止，最大的差错是由多径效应引起的，卫星信号运用多径效应经过多个或直接轨迹抵达接纳器，例如在城市峡谷中的建筑物墙壁上反射。在开阔的天空条件下，规范精度的GNSS接纳器能准确至两米左右。
运用GNSS校对数据消除GNSS差错，高精度GNSS体系大幅进步了精度。取得这种数据的一种办法是监测从已知方位的基站宣布的GNSS信号。观测与基站方位的偏移状况，然后将其发送至配有GNSS接纳器的有人或无人车辆，以此取得更为准确的方位信息。在有利的状况下，假如基站和车辆之间的间隔不是太远，则能够运用这种办法抵达厘米级的精度。
不过，并非一切GNSS差错都能经过这种办法来消除。由于抵达基站的卫星信号同抵达车辆的许多差错类似，所以能够运用校对数据来消除卫星方位、时钟差错和大气差错。可是，车辆的邻近环境(如邻近的楼房)形成的多径差错，则有必要经过接纳器自身来处理。
高精度GNSS并不是什么新鲜事儿。勘察者和其他专业人士现已触摸这项技能数十年了。但昂扬的器材本钱以及对高价校对服务的依靠阻止了这项技能从利基商场向外扩张。最新的状况是，咱们现在具有的技能能够使高精度GNSS对群众商场产生吸引力，然后能够完成比如车道准确导航、增强实际、空中无人机精准飞翔和下降、无人割草机和拖拉机以及车联网(V2X)通讯，即联网车辆同其他车辆和根底设施进行无线通讯然后防止产生磕碰。毫无疑问，跟着技能的开展，将会呈现更多的运用。
1为群众商场带来高精度的定位
校对服务供给商能够经过两种办法将GNSS差错数据传输给车辆;但现在只要一种能扩展至满意群众商场的需求。在这两种办法中，第一种是根据观测空间表明(OSR)，在这种办法中，校对服务供给商核算每个车辆地点方位的预期观测差错，然后将这些信息无线传输给车辆。根据状况空间表明(SSR)的办规律与之相反，观测到的GNSS信号差错被用于状况空间模型的物理建模，模仿整个区域的差错。描绘任何给定时刻的状况空间模型的参数然后被发送到建模区域上的车辆。
2高精度GNSS定位的校对服务
高精度定位服务有必要扩展至能支撑全球群众商场运用。关于GNSS校对数据依然选用观测空间表明(OSR)的传统供给商来说，他们的服务难以扩展。这也是它们会被现代服务所替代的原因地点，现代服务根据状况空间表明(SSR)，能够向全球数百万用户发送GNSS校对数据。
图1 观测空间表明(OSR)与状况空间表明(SSR)
现在，实时动态技能(RTK)和网络RTK卫星导航用于厘米级，乃至毫米级定位精度要求的设置中，而这两者都运用OSR。基站同车辆的间隔在30公里规模以内时，这两种办法较为准确。根据OSR的办法需求车辆同校对服务供给商之间进行双向通讯。假如运用人数很多，移动通讯网络简直很难坚持稳定的通讯水平，因而其难以习惯群众商场的运用。根据SSR的办法经过向整个服务区域的悉数车辆发送单一的校对数据流处理了这一问题。这种通讯办法不只简略，并且能够在参阅站密度相对较低的状况下(150-250公里)供给稳健的服务，因而成为群众商场运用(如高度辅佐驾驭)的仅有可行办法。
功用得到进步的另一点原因在于，接纳器选用了也源于先进硬件，能够从卫星接纳更多的信息。尽管第一代GNSS卫星只能在一个频段传输其信号，但当今的现代导航卫星体系能够在多达三个独立频段发送其信号。例如，美国的GPS体系，别离在L1、L2和L5频段上发送信号，中心频率别离为1575 MHz、1227 Mhz和1176 MHz。俄罗斯的GLONASS只在L1和L2频段上传输信号，我国的斗极也是如此。高精度的GNSS接纳器能够运用单一星座的多个频段来大幅缩短其完成高精度的时刻。这样一来，定位功用显着愈加强壮，并终究为用户供给更牢靠的服务。
图2 单频段GNSS和双频段GNSS之间的功用比较(运用SSR校对数据)
未来的高精度GNSS体系将由多种元素构成，其间现在在轨的GNSS星座将起主导作用。在地面上，GNSS参阅站将实时监控GNSS信号差错。校对服务将选用SSR办法经过互联网和地球同步卫星发送差错部分。除了装置双频GNSS接纳器外，车辆还将装置经过互联网接纳校对数据流的移动调制解调器，以及用于接纳卫星校对数据流的L频段接纳器。
3主动驾驭的高精度定位
尽管今日的车依然悉数由其驾驭员驾驭，可是越来越多的车辆至少开端供给一些辅佐驾驭功用。向全主动驾驭改变将需求逐步进步特别运用状况下的主动化水平，如高速公路或泊车。尽管现在驾驭员或许从辅佐驾驭(下图中的1级)中获益，但他们仍需求进行车道坚持和车道改换操作。今日，路途上的有些车辆现已处于2级主动化驾驭水平，它们装备的部分主动化体系能够在特别运用状况下主动履行这些操作。而在高度主动化驾驭(3级)水平，驾驭员将能在特别运用状况下不掌控方向盘，但在必要的状况下，将需求预备接收车辆。全主动驾驭(4级)将不再需求驾驭员，即便在特别运用状况下。只要抵达前面4种级别后，咱们才干够扩展无人驾驭车辆的适用性到一切运用状况(5级)。
图3 主动驾驭蓝图
满意主动驾驭的安全要求需求结合选用各种技能。现在，结合运用摄像机图画、激光雷达、雷达数据和高清地图能够让车辆在地图上完成高精度(大约10厘米)的自定位，以及在许多运用状况下进行障碍物勘探。也就是说，这些体系自身的安全性还不足以筛选驾驭员。在向全主动驾驭改变的过程中，车辆的准确方位将决议是否能够敞开主动驾驭形式。恶劣的环境条件或缺少显着地标或许导致光学体系无法正确确认运用状况——关于驾驭员在某些状况下能够彻底甩手车辆操控的4级体系来说，这无疑是一大难题!
在这种状况下，将高精度GNSS和轿车惯性导航结合起来——结合卫星导航数据、各车轮转速、陀螺仪和加速度计信息，在无GNSS的状况下供给准确认位——能够作为彻底独立的方位来历。它供给的准确认位不只要助于辨认高清地图和地舆围栏重要区域(如减速)的正确部分，并且能够用于校准车辆的传感器。只要装备这样的体系，才干满意ISO 26262中规则的主动驾驭车辆的安全要求。其间包含功用性安全、车辆安全呼应差错的才干(无论是固件或硬件)，以及保证乘客的安全。
功用性安满是安全主动驾驭车辆的先决条件。可是，仅这一项还远远不够。功用性安全以车辆为中心，它仅处理车辆或许产生的毛病。关于定位来说，首要的过错源头包含卫星时钟和方位、多径效应或校对数据流的潜在小毛病，它们是车辆的外部要素。因而，功用性安全的车辆无疑会承受有缺点的数据。鉴于具有此类外部过错，咱们需求一个更齐备的办法，能够称为“整体性”。与功用性安全相反，整体性将从齐备视角处理悉数技能，包含各种传感器、V2X根底设施和各级其他安全体系。它要求包含GNSS在内的一切技能能让用户有必定的决心，以警示何时应运用其他技能。
要完成进步路途安全的先进驾驭辅佐体系(ADAS)和全主动驾驭，完成高GNSS精度的途径是要害。作为独立的定位信息来历，高精度GNSS(运用多频段接纳器和SSR校对数据来完成)在各种状况下将能牢靠地供给车辆的正确方位信息。终究，它在疏通的高速公路大将需求准确到分米级，在更为杂乱的城市高速公路上需求准确到亚米级，才干保证陈述的方位不只准确，并且根本确凿无疑。此外，要商场掩盖面广的话，它还有必要具有质量牢靠和价格实惠的特色。
2016年，u-blox推出了NEO-M8P，该模块是现在商场上体积最小、功耗最低的RTK接纳器，u-blox由此踏上了高精度GNSS之路。2017年，u-blox、博世、三菱电机和 Geo++联合组成合资公司Sapcorda，供给价格公道、与群众商场运用相容的全球GNSS校对服务。放眼未来，u-blox致力于添补阻止高度全主动体系(特别是主动驾驭)的一系列空白。
