เทคโนโลยีระบุตำแหน่งการขับขี่อัตโนมัติ การระบุตำแหน่ง GNSS

เทคโนโลยีระบุตำแหน่งสำหรับการขับขี่อัตโนมัติเป็นหนึ่งในเทคโนโลยีสำคัญที่จะทำให้การขับขี่อัตโนมัติเป็นจริงได้

กล่าวโดยง่าย ปัญหาพื้นฐานที่ระบบขับขี่อัตโนมัติต้องแก้ไขคือ: ตอนนี้คุณอยู่ที่ไหน? คุณกำลังจะไปที่ไหน? และคุณจะไปทางไหน?

คำถามที่ว่า "ตอนนี้คุณอยู่ที่ไหน" คือเทคโนโลยีระบุตำแหน่งที่เราจะมาพูดคุยกันในวันนี้ รถยนต์ไร้คนขับจะสามารถตัดสินใจว่าจะไปที่ไหนต่อไปได้ก็ต่อเมื่อมันรู้ตำแหน่งของตัวเอง จากนั้นจึงนำข้อมูลสภาพแวดล้อมโดยรอบและข้อมูลจุดหมายปลายทางมาประกอบกัน

ปัจจุบันมีเทคโนโลยีระบุตำแหน่งความแม่นยำสูง 3 ประเภทที่ใช้สำหรับการขับขี่อัตโนมัติ:

1การระบุตำแหน่งโดยใช้สัญญาณอิเล็กทรอนิกส์ เช่น ระบบนำทางด้วยดาวเทียมทั่วโลก (GNSS)

2การคำนวณตำแหน่งและทิศทางปัจจุบันด้วยเทคโนโลยีที่ใช้หน่วยวัดความเฉื่อย (IMU) จะประมาณตำแหน่งและทิศทางปัจจุบันโดยอิงจากตำแหน่งและทิศทางในขณะก่อนหน้า

3การจับคู่คุณลักษณะด้านสิ่งแวดล้อม ซึ่งก็คือการระบุตำแหน่งโดยใช้เซ็นเซอร์ไลดาร์และเซ็นเซอร์ภาพ เช่น การจับคู่ไลดาร์ จำเป็นต้องสร้างแผนที่จุดเมฆก่อน จากนั้นจึงจับคู่ข้อมูลที่รวบรวมโดยไลดาร์แบบเรียลไทม์กับจุดเมฆเพื่อกำหนดข้อมูลตำแหน่งปัจจุบันของยานพาหนะ

แต่ละวิธีในสามวิธีนี้ต่างก็มีข้อดีของตัวเอง วันนี้เราจะมาดูเทคโนโลยีการระบุตำแหน่งด้วย GNSS กันก่อน

คุณอาจไม่คุ้นเคยกับ GNSS แต่ถ้าคุณพูดถึง GPS หรือ Beidou (BDS) คุณก็จะคุ้นเคยกับมัน

GNSS (ระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลก)ระบบดาวเทียมนำทางทั่วโลกเป็นคำทั่วไปที่รวมถึง GPS ในสหรัฐอเมริกา, BDS ในจีน, GLONASS ในรัสเซีย, GALILEO ในยุโรป เป็นต้น

หลักการนั้นเข้าใจง่าย กล่าวคือกำหนดตำแหน่งของเครื่องรับสัญญาณภาคพื้นดินโดยใช้ดาวเทียมสี่ดวงที่มีตำแหน่งที่ทราบแล้วเราจะใช้ GPS เป็นตัวอย่างเพื่ออธิบายหลักการของการระบุตำแหน่งด้วยดาวเทียม

ดาวเทียม GPS ทุกดวงที่โคจรอยู่ในจักรวาลจะส่งข้อมูลพิกัดตำแหน่งปัจจุบันของตนไปทั่วโลกอย่างต่อเนื่องผ่านสัญญาณดาวเทียม เครื่องรับสัญญาณ GPS ใดๆ ก็สามารถรับข้อมูลนี้ได้ง่ายๆ ผ่านเสาอากาศและสามารถอ่านค่าได้ เช่นพิกัดเชิงพื้นที่ของดาวเทียมทั้งสี่ดวงเป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้ว.

เมื่อดาวเทียมส่งข้อมูลตำแหน่ง มันจะแนบเวลาที่ระบุในแพ็กเก็ตข้อมูลไปด้วย หลังจากที่เครื่องรับ GPS ได้รับแพ็กเก็ตข้อมูลแล้ว มันจะลบเวลาที่ระบุในเวลาดังกล่าวออกจากเวลาปัจจุบัน (แน่นอนว่าเวลาปัจจุบันนั้นสามารถกำหนดได้โดยเครื่องรับ GPS เท่านั้น) ซึ่งจะเป็นเวลาที่ใช้ในการส่งแพ็กเก็ตข้อมูลในอากาศ โดยการคูณเวลาในการส่งแพ็กเก็ตข้อมูลในอากาศด้วยความเร็วในการส่ง คุณก็จะได้ระยะทางที่แพ็กเก็ตข้อมูลถูกส่งไปในอากาศ ซึ่งก็คือระยะทางจากดาวเทียมไปยังเครื่องรับ GPS ในตอนนี้ทราบระยะห่างของดาวเทียมทั้งสี่ดวงจากเครื่องรับสัญญาณ GPS แล้ว.

โดยอาศัยความรู้ด้านเรขาคณิตทรงสามมิติ เราสามารถหาข้อมูลตำแหน่งปัจจุบันของเครื่องรับ GPS ได้

วิธีการกำหนดตำแหน่งนี้เรียกอีกอย่างว่าการกำหนดตำแหน่งจุดเดียวorตำแหน่งสัมบูรณ์.

ปัญหาที่ยากที่สุดในการแก้ไขในระบบระบุตำแหน่งด้วย GPS คือ ข้อผิดพลาด สาเหตุของข้อผิดพลาดในการระบุตำแหน่งมีมากมาย เช่น เกิดจากชั้นบรรยากาศไอโอโนสเฟียร์ อุปกรณ์รับสัญญาณ สิ่งกีดขวาง และผลกระทบจากสัญญาณสะท้อนหลายเส้นทาง การบดบังหมายความว่าไม่สามารถรับสัญญาณจากดาวเทียมได้ ผลกระทบจากสัญญาณสะท้อนหลายเส้นทางหมายความว่าไม่เพียงแต่สัญญาณที่ส่งโดยตรงจากดาวเทียมเท่านั้นที่ไม่ได้รับ แต่ยังรวมถึงสัญญาณที่สะท้อนจากอาคารสูงด้วย ด้วยวิธีนี้ เวลาในการส่งสัญญาณจะผิดพลาด และตำแหน่งที่คำนวณได้ก็จะผิดพลาดเช่นกัน

เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการระบุตำแหน่งด้วย GPS และลดข้อผิดพลาด ผู้คนจึงเพิ่มพารามิเตอร์ที่มีพิกัดที่ทราบแล้วเข้าไปทดสอบตัวรับสัญญาณ GPS เพื่อปรับปรุงความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง นี่คือการกำหนดตำแหน่งที่แตกต่างกันหรือที่เรียกว่าตำแหน่งสัมพัทธ์.

ระบบเสริมความแม่นยำภาคพื้นดิน หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่าสถานีฐาน จะถูกติดตั้ง ณ จุดพิกัดที่ทราบ สถานีฐานยังสามารถรับสัญญาณจากดาวเทียม คำนวณค่าพิกัดจากสัญญาณเหล่านั้น แล้วเปรียบเทียบกับพิกัดที่ทราบเพื่อหาค่าเบี่ยงเบน จากนั้นค่าเบี่ยงเบนจะถูกส่งไปยังเครื่องรับ GPS ที่ต้องการระบุตำแหน่งแบบเรียลไทม์ผ่านลิงก์การส่งข้อมูล (ลิงก์การส่งข้อมูลเทียบเท่ากับสายส่งข้อมูล แต่สายส่งข้อมูลนี้เป็นแบบไร้สาย) หรือเครือข่ายการสื่อสารเคลื่อนที่ เครื่องรับ GPS ที่ต้องการระบุตำแหน่งจะทำการแก้ไขตามข้อมูลที่ได้รับ ซึ่งจะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง

เทคโนโลยีความแตกต่างของเฟสคลื่นพาหะ (Real Time Kinematic, RTK) เป็นวิธีการเชิงอนุพันธ์ที่ประมวลผลการวัดเฟสคลื่นพาหะของสถานีวัดสองแห่งแบบเรียลไทม์ กล่าวโดยง่ายคือ จะส่งเฟสคลื่นพาหะที่รวบรวมได้จากสถานีฐานไปยังตัวรับสัญญาณของยานไร้คนขับ และตัวรับสัญญาณจะคำนวณความแตกต่างระหว่างการสังเกตเฟสคลื่นพาหะของยานและสถานีฐานเพื่อคำนวณพิกัด โดยทั่วไปแล้ว ข้อผิดพลาดส่วนใหญ่ระหว่างตัวรับสัญญาณและสถานีฐานมีความสัมพันธ์กันทั้งในด้านเวลาและพื้นที่ ดังนั้นข้อผิดพลาดส่วนใหญ่จึงสามารถชดเชยหรือลดลงได้ เมื่อระยะห่างระหว่างทั้งสองไม่ไกลมาก ความแตกต่างของเฟสคลื่นพาหะสามารถทำให้ความแม่นยำในการระบุตำแหน่งสูงถึงระดับเซนติเมตรได้

บทความนี้พิมพ์ซ้ำจาก "Automotive Technology Fresh Chat" ซึ่งสนับสนุนการคุ้มครองสิทธิ์ในทรัพย์สินทางปัญญา โปรดระบุแหล่งที่มาและผู้เขียนต้นฉบับเมื่อพิมพ์ซ้ำ หากพบการละเมิดลิขสิทธิ์ โปรดติดต่อเราเพื่อลบออก