自動駕駛定位已知方式

街心與果子狸發表於2020-12-22

1. GNSS加IMU的組合導航

導航系統種類

目前使用最多的導航衛星系統主要是這四種,美國的全球定位系統( Global Positioning Systen,GPS)、俄羅斯的 格洛納斯衛星導航系統( Global Navigation Satellite System,GLONASS)、中國的北斗衛星導航系統( Beidou Navigation Satellite System,BDS)與歐盟的伽利略衛星導航系統( Galileo Satellite Navigation System, GALILEO)並稱為全球4大導航衛星系統。導航系統通常都是由21顆GPS工作衛星和三顆在軌備用衛星構成21+3形式的衛星工作星座。24顆GPS衛星在離地面2萬200千米的高空上,以12小時的週期環繞地球執行,使得在任意時刻,在地面上的任意一點都可以同時觀測到4顆以上的衛星。

GNSS定位原理 GNSS的定位原

理非常簡單,三點定位原理。由於衛星的位置精確可知,在GPS觀測中,我們可得到衛星到接收機的距離,利用三維座標中的距離公式,利用3顆衛星,就可以組成3個方程式,解出觀測點的位置(X,Y,Z)。
從GNSS進行定位的基本原理可以看出,GNSS定位方法的實質,即測量學的空間後方交會。由於GNSS採用單程測距,且難以保證衛星鐘與使用者接收機鐘的嚴格同步,因此觀測站和衛星之間的距離均受兩種時鐘不同步的影響。衛星鐘差可用導航電文中所給的有關鐘差引數進行修正,而接收機的鐘差大多難以精準確定,通常採用的優化做法是將其作為一個未知引數,與觀測站的座標一併求解,即一般在一個觀測站上需求解4個未知引數(3個點位座標分量和一個鐘差引數)因此至少需要4個同步偽距觀測值,即需要同時觀測4顆以上衛星。

GNSS誤差來源和種類

衛星導航系統的誤差從來源上可以分為4類:與訊號傳播有關的誤差、與衛星有關的誤差、與接收機有關的誤差以及與地球轉動有關的誤差與訊號傳播有關的誤差包括電離層延遲誤差、對流層延遲誤差及多徑效應誤差(1.5-15m)。與衛星有關的誤差包括衛星星曆誤差、衛星時鐘誤差、相對論效應等(1.5-15m)。與接收機有關的誤差包括接收機時鐘誤差、(接收機天線相位中心相對於測站標識中心的)位置誤差和天線相位中心位置的偏差(1.5-5m)。與地球轉動有關的誤差包括來自地球潮汐地球自轉的影響(1m)。
1.電離層延遲誤差
衛星導航系統的誤差從來源上可以分為4類:與訊號傳播有關的誤差、與衛星有關的誤差、與接收機有關的誤差以及與地球轉動有關的誤差與訊號傳播有關的誤差包括電離層延遲誤差、對流層延遲誤差及多徑效應誤差。與衛星有關的誤差包括衛星星曆誤差、衛星時鐘誤差、相對論效應等。與接收機有關的誤差包括接收機時鐘誤差、(接收機天線相位中心相對於測站標識中心的)位置誤差和天線相位中心位置的偏差。與地球轉動有關的誤差包括來自地球潮汐地球自轉的影響。
2.多徑效應誤差
接收機接收訊號時,如果接收機周圍物體所反射的訊號也進入天線,並且與來自衛星的訊號通過不同路徑傳播且於不同時間到達接收端,反射訊號和來自衛星的直達訊號相互疊加干擾,使原本的訊號失真或者產生錯誤,造成衰落。這種由於多徑訊號傳播所引起的衰落被稱作多徑效應,也稱多路徑效應。多徑效應誤差是衛星導航系統中一種主要的誤差源,可造成衛星定位精確度的損害,嚴重時還將引起訊號的失鎖,改進措施通常包括將接收機天線安置在遠離強發射面的環境、選擇抗多徑天線、適當延長觀測時間、降低週期性影響改進接收機的電路設計、改進抗多徑訊號處理和自適應抵消技術。
3.衛星星曆誤差
由星曆所給出的衛星位置與衛星實際位置之差稱為衛星星曆誤差。衛星星曆誤差主要由鐘差、頻偏、頻漂等產生,針對衛星在運動中受到的多種攝動力的綜合影響,對於目前的技術來說,要求地面監測站實現準確、可靠地測出這些作用力,並掌握其作用規律是比較困難的,因此衛星星曆誤差的估計和處理尤為關鍵。改進措施通常包括忽略軌道誤差、通過軌道改進法處理觀測資料、採用精密星曆和同步觀測值求差。
4.GNSS時間同步誤差(接收機時鐘誤差)導致定位不準
由於GNSS接收器侷限於成本原因,時間同步不能使用其原子鐘之類的精密儀器保證時間和衛星同步,所以無論再如何精準,在絕對時間上還是存在一定誤差,這樣就導致衛星和GNSS接收器之間的距離測算存在誤差,從而導致定位不準確。
5.其他(如環境干擾)
環境的複雜性,衛星訊號會受到多方條件的訊號干擾甚至是線路干擾,導致GNSS接收器不能得到準確的訊號。

已知提高GNSS定位精度的方法

1.星基增強系統
2.地基增強系統
3.差分GNSS技術

2. 高精地圖的配合

**高精地圖的就是比普通導航地圖有著更高的精度和更多的資料維度。**更高的精度是相對於普通導航地圖的米級精度高精地圖實現釐米級的精度,更多的資料維度體現在除了道路資訊,還存在更多的與交通訊息相關的靜態資訊及其動態資訊。靜態資訊包括道路層,車道層,交通設施層等,動態層包括實時路況層,道路交通訊息層。
對與自動駕駛車輛的定位,由於GNSS的定位會有一定誤差,不能持續給出穩定的位置和姿態,這時候就需要高精地圖內的特徵地圖配合slam匹配演算法給出車道內精確的位置和朝向,2

3. 短波無線通訊輔助定位

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