Tecnologia di posizionamento per la guida autonoma Posizionamento GNSS

La tecnologia di posizionamento per la guida autonoma è una delle tecnologie chiave per la realizzazione della guida autonoma.

In parole semplici, il problema fondamentale che la guida autonoma deve risolvere è: Dove ti trovi ora? Dove stai andando? Quale strada prendere?

La domanda "dove ti trovi ora?" è la tecnologia di posizionamento di cui parleremo oggi. Un'auto a guida autonoma può decidere dove andare solo se conosce la propria posizione e combina le informazioni sull'ambiente circostante con quelle sulla destinazione.

Attualmente, per la guida autonoma vengono utilizzate tre tipologie di tecnologie di posizionamento ad alta precisione:

1Posizionamento basato su segnali elettronici, come il Sistema Globale di Navigazione Satellitare (GNSS);

2Il track reckoning, una tecnologia basata sull'unità di misura inerziale IMU, stima la posizione e la direzione attuali in base alla posizione e alla direzione del momento precedente;

3La corrispondenza delle caratteristiche ambientali, ovvero il posizionamento basato su sensori lidar e visivi, come ad esempio la corrispondenza lidar, richiede innanzitutto la creazione di una mappa di nuvole di punti e successivamente la corrispondenza dei dati raccolti dal lidar in tempo reale con la nuvola di punti per determinare le informazioni sulla posizione corrente del veicolo.

Ciascuno di questi tre metodi presenta dei vantaggi specifici. Oggi analizzeremo innanzitutto la tecnologia di posizionamento GNSS.

Potresti non avere familiarità con il GNSS, ma se parli di GPS o Beidou (BDS), allora lo conosci bene.

GNSS (sistema satellitare di navigazione globale)sistema globale di navigazione satellitareè un termine generico che include GPS negli Stati Uniti, BDS in Cina, GLONASS in Russia, GALILEO in Europa, ecc.

Il principio è facile da capireDeterminare la posizione di un ricevitore terrestre utilizzando quattro satelliti con posizioni note.Prendiamo il GPS come esempio per spiegare il principio del posizionamento satellitare.

Ogni satellite GPS operante nell'universo trasmette costantemente al mondo le informazioni sulle coordinate della sua posizione attuale tramite segnali satellitari. Qualsiasi ricevitore GPS può facilmente ricevere queste informazioni tramite la sua antenna ed essere in grado di leggerle, cioèLe coordinate spaziali dei quattro satelliti sono note.

Quando il satellite invia le informazioni sulla posizione, allega anche il timestamp quando il pacchetto di dati viene inviato. Dopo che il ricevitore GPS riceve il pacchetto di dati, sottrae il tempo sul timestamp dal tempo corrente (ovviamente il tempo corrente può essere determinato solo dal ricevitore GPS stesso), che è il tempo impiegato dal pacchetto di dati per essere trasmesso nell'aria. Moltiplicando il tempo di trasmissione del pacchetto di dati nell'aria per la velocità di trasmissione, è possibile ottenere la distanza percorsa dal pacchetto di dati nell'aria, che è la distanza dal satellite al ricevitore GPS. In questo momento,Sono note le distanze dei quattro satelliti dal ricevitore GPS.

Grazie alla conoscenza della geometria solida, è possibile ottenere le informazioni sulla posizione attuale del ricevitore GPS.

Questo metodo di posizionamento viene anche chiamatoPosizionamento a punto singoloorposizionamento assoluto.

Il problema più difficile da risolvere nel posizionamento GPS è l'errore. Esistono molte cause di errori di posizionamento, come quelle dovute alla ionosfera, ai problemi delle apparecchiature di ricezione, alle ostruzioni e agli effetti multipath. L'occlusione impedisce la ricezione dei segnali satellitari. L'effetto multipath fa sì che non solo i segnali inviati direttamente dal satellite non vengano ricevuti, ma anche quelli riflessi dagli edifici alti. In questo modo, il tempo di propagazione risulterà errato e di conseguenza anche la posizione calcolata sarà errata.

Per migliorare la precisione del posizionamento GPS e ridurre gli errori, si aggiunge un parametro con coordinate noteTesta il ricevitore GPS per migliorare la precisione del posizionamento, questo èPosizionamento differenziale, Anche chiamatoposizionamento relativo.

Un sistema di aumento a terra, comunemente noto come stazione base, viene installato in un punto di coordinate noto. La stazione base può ricevere segnali satellitari, calcolare i valori delle coordinate in base a questi segnali e confrontarli con le coordinate note per ottenere lo scostamento. Tale scostamento viene quindi inviato in tempo reale al ricevitore GPS da posizionare tramite un collegamento di trasmissione dati (equivalente a una linea dati, ma senza fili) o una rete di comunicazione mobile. Il ricevitore GPS da posizionare effettuerà le correzioni necessarie in base alle informazioni ricevute, migliorando così la precisione del posizionamento.

La tecnologia di differenza di fase della portante (Real Time Kinematic, RTK) è un metodo differenziale che elabora in tempo reale le misurazioni di fase della portante di due stazioni di misura. In parole semplici, invia la fase della portante raccolta dalla stazione base al ricevitore del veicolo senza pilota, e il ricevitore calcola la differenza tra le osservazioni di fase della portante del veicolo e della stazione base per calcolare le coordinate. In generale, la maggior parte degli errori tra il ricevitore e la stazione base presenta una correlazione temporale e spaziale, quindi la maggior parte degli errori può essere compensata o ridotta. Quando la distanza tra i due non è elevata, la differenza di fase della portante può consentire di raggiungere una precisione di posizionamento a livello centimetrico.

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