自動運転測位技術 GNSS測位

自動運転における位置情報技術は、自動運転を実現するための重要な技術の一つである。

分かりやすく言うと、自動運転が解決しなければならない根本的な問題は、「あなたは今どこにいるのか？」「あなたはどこへ向かっているのか？」「どちらの方向へ進むべきか？」ということです。

本日は、「あなたは今どこにいますか？」という問いに対する答えとなる位置情報技術について解説します。自動運転車は、自身の位置を把握し、周囲の環境情報と目的地情報を組み合わせることで初めて、次にどこへ行くべきかを判断できるのです。

現在、自動運転に使用されている高精度測位技術には、以下の3種類がある。

1・全地球衛星航法システム（GNSS）などの電子信号に基づく測位。

2トラックレコニングは、IMU（慣性計測ユニット）に基づく技術で、直前の位置と方向に基づいて現在の位置と方向を推定します。

3環境特徴マッチング、つまり、ライダーマッチングなどのライダーと視覚センサーに基づく位置特定では、まず点群マップを作成し、次にライダーによってリアルタイムで収集されたデータを点群と照合して、車両の現在位置情報を決定する必要があります。

これら3つの方法にはそれぞれ利点があります。今回はまず、GNSS測位技術について見ていきましょう。

GNSSという言葉は聞き慣れないかもしれませんが、GPSや北斗（BDS）について話すなら、ご存知でしょう。

GNSS（全地球測位衛星システム）とは全地球航法衛星システムは、米国のGPS、中国のBDS、ロシアのGLONASS、ヨーロッパのGALILEOなどを含む一般的な用語です。

原理は簡単に理解できます。位置が既知の4つの衛星を使用して、地上受信機の位置を特定する。衛星測位の原理を説明するために、GPSを例に挙げます。

宇宙で稼働しているすべてのGPS衛星は、衛星信号を介して常に現在位置座標情報を世界に発信しています。GPS受信機はアンテナを介してこの情報を簡単に受信し、読み取ることができます。4つの衛星の空間座標は分かっている。

衛星が位置情報を送信する際、データパケット送信時のタイムスタンプも付加します。GPS受信機はデータパケットを受信すると、タイムスタンプの時刻を現在時刻（もちろん、現在時刻はGPS受信機自身でしか判断できません）から差し引きます。これがデータパケットが空中を伝送されるのにかかる時間です。データパケットの空中伝送時間に伝送速度を掛けることで、データパケットが空中を伝送される距離、つまり衛星からGPS受信機までの距離が得られます。現在、4つの衛星からGPS受信機までの距離は既知である。。

立体幾何学の知識に基づいて、GPS受信機の現在位置情報を取得できる。

この位置決め方法は、一点位置決めor絶対位置。

GPS測位において最も解決が難しい問題は誤差です。測位誤差の原因は、電離層、受信機器、障害物、マルチパス効果など多岐にわたります。遮蔽とは、衛星信号を受信できない状態を指します。マルチパス効果とは、衛星から直接送信される信号だけでなく、高層ビルなどで反射された信号も受信してしまう状態を指します。このように伝搬時間がずれると、計算される位置もずれてしまいます。

GPS測位の精度を向上させ、誤差を減らすために、既知の座標を持つパラメータを追加する。GPS受信機をテストして測位精度を向上させます。差動位置決めとも呼ばれ、相対的な位置。

地上設置型の補強システム（一般に基地局と呼ばれる）は、既知の座標点に設置されます。基地局は衛星信号を受信し、これらの信号に基づいて座標値を計算し、既知の座標と比較して偏差を求めます。この偏差は、データ伝送リンク（データ伝送リンクはデータ回線に相当しますが、無線です）または移動体通信ネットワークを介して、リアルタイムで測位対象のGPS受信機に送信されます。測位対象のGPS受信機は、受信した情報に基づいて補正を行い、測位精度を向上させます。

搬送波位相差技術（リアルタイムキネマティック、RTK）は、2つの測量ステーションの搬送波位相測定値をリアルタイムで処理する差分方式です。簡単に言うと、基地局で収集した搬送波位相を無人車両の受信機に送信し、受信機は無人車両と基地局の搬送波位相観測値の差を計算して座標を算出します。一般的に、受信機と基地局間の誤差のほとんどは時間的・空間的に相関しているため、ほとんどの誤差を相殺または低減できます。両者の距離が近い場合、搬送波位相差を用いることで測位精度をセンチメートルレベルまで高めることができます。

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