Positionierungstechnologie für autonomes Fahren, GNSS-Positionierung

Die Positionierungstechnologie für autonomes Fahren ist eine der Schlüsseltechnologien zur Realisierung des autonomen Fahrens.

Vereinfacht ausgedrückt lautet das grundlegende Problem, das autonomes Fahren lösen muss: Wo befinden Sie sich gerade? Wohin fahren Sie? Welchen Weg sollen Sie einschlagen?

Die Frage „Wo befinden Sie sich gerade?“ ist die Positionierungstechnologie, die wir heute besprechen werden. Ein autonomes Fahrzeug kann nur dann entscheiden, wohin es als Nächstes fährt, wenn es seinen Standort kennt und anschließend die Informationen zur Umgebung und zum Zielort kombiniert.

Derzeit werden drei Arten von hochpräzisen Positionierungstechnologien für autonomes Fahren eingesetzt:

1Positionsbestimmung mittels elektronischer Signale, wie z. B. des globalen Satellitennavigationssystems GNSS;

2Die Track Reckoning-Technologie, die auf der IMU-Inertialmesseinheit basiert, schätzt die aktuelle Position und Richtung anhand der Position und Richtung im vorherigen Moment;

3Die Zuordnung von Umgebungsmerkmalen, d. h. die Positionierung auf Basis von Lidar- und visuellen Sensoren, wie z. B. Lidar-Matching, erfordert zunächst die Erstellung einer Punktwolkenkarte und anschließend den Abgleich der vom Lidar in Echtzeit erfassten Daten mit der Punktwolke, um die aktuellen Standortinformationen des Fahrzeugs zu bestimmen.

Jede dieser drei Methoden hat ihre eigenen Vorteile. Heute werden wir uns zunächst die GNSS-Positionierungstechnologie ansehen.

GNSS ist Ihnen vielleicht nicht geläufig, aber wenn Sie über GPS oder Beidou (BDS) sprechen, kennen Sie es.

GNSS (Globales Navigationssatellitensystem) ist verfügbarglobales Navigationssatellitensystemist ein Oberbegriff, der GPS in den Vereinigten Staaten, BDS in China, GLONASS in Russland, GALILEO in Europa usw. umfasst.

Das Prinzip ist leicht zu verstehen, das heißtBestimmen Sie die Position eines Bodenempfängers mithilfe von vier Satelliten mit bekannten Positionen.Wir verwenden GPS als Beispiel, um das Prinzip der Satellitenpositionierung zu erklären.

Jeder im Universum operierende GPS-Satellit sendet ständig seine aktuellen Positionskoordinaten über Satellitensignale an die Welt. Jeder GPS-Empfänger kann diese Informationen problemlos über seine Antenne empfangen und auslesen.Die räumlichen Koordinaten der vier Satelliten sind bekannt.

Wenn der Satellit die Standortinformationen sendet, fügt er dem Datenpaket auch einen Zeitstempel hinzu. Nachdem der GPS-Empfänger das Datenpaket empfangen hat, subtrahiert er die im Zeitstempel enthaltene Zeit von der aktuellen Zeit (die natürlich nur vom GPS-Empfänger selbst ermittelt werden kann). Dies entspricht der Zeit, die das Datenpaket für die Übertragung in der Luft benötigt. Multipliziert man die Übertragungszeit des Datenpakets mit der Übertragungsgeschwindigkeit, erhält man die Entfernung, die das Datenpaket in der Luft zurücklegt – also die Entfernung zwischen Satellit und GPS-Empfänger.Die Entfernungen der vier Satelliten zum GPS-Empfänger sind bekannt..

Auf Basis der Kenntnisse der Festkörpergeometrie können die aktuellen Positionsinformationen des GPS-Empfängers ermittelt werden.

Diese Positionierungsmethode wird auch alsEinzelpunktpositionierungorabsolute Positionierung.

Das größte Problem bei der GPS-Positionierung ist die Fehlerberechnung. Positionsfehler können viele Ursachen haben, beispielsweise die Ionosphäre, Empfangsgeräte, Hindernisse und Mehrwegeausbreitung. Bei einer Verdeckung können Satellitensignale nicht empfangen werden. Mehrwegeausbreitung bedeutet, dass nicht nur die direkt vom Satelliten ausgesendeten Signale nicht empfangen werden, sondern auch die von hohen Gebäuden reflektierten Signale. Dadurch wird die Laufzeit falsch berechnet, und somit ist auch die Positionsberechnung fehlerhaft.

Um die Genauigkeit der GPS-Positionierung zu verbessern und Fehler zu reduzieren, fügen die Benutzer einen Parameter mit bekannten Koordinaten hinzu.Testen Sie den GPS-Empfänger, um die Positionsgenauigkeit zu verbessern.Differentialpositionierung, auch genanntRelative Positionierung.

Ein bodengestütztes Ergänzungssystem, üblicherweise als Basisstation bezeichnet, wird an einem bekannten Koordinatenpunkt installiert. Die Basisstation empfängt Satellitensignale, berechnet anhand dieser Signale die Koordinatenwerte und vergleicht sie mit den bekannten Koordinaten, um die Abweichung zu ermitteln. Diese Abweichung wird dann in Echtzeit über eine Datenübertragungsverbindung (eine drahtlose Datenverbindung) oder ein Mobilfunknetz an den zu positionierenden GPS-Empfänger gesendet. Der GPS-Empfänger korrigiert seine Position anhand der empfangenen Informationen und verbessert so die Positionsgenauigkeit.

Die Trägerphasendifferenztechnologie (Real-Time Kinematic, RTK) ist ein Differenzverfahren, das Trägerphasenmessungen zweier Messstationen in Echtzeit verarbeitet. Vereinfacht gesagt, sendet sie die von der Basisstation erfasste Trägerphase an den Empfänger des unbemannten Fahrzeugs. Dieser berechnet die Differenz zwischen den Trägerphasenmessungen des Fahrzeugs und der Basisstation, um die Koordinaten zu ermitteln. Da die meisten Fehler zwischen Empfänger und Basisstation zeitlich und räumlich korreliert sind, können sie größtenteils kompensiert oder reduziert werden. Bei geringen Abständen zwischen den beiden Stationen ermöglicht die Trägerphasendifferenz eine Positioniergenauigkeit im Zentimeterbereich.

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