Công nghệ định vị GNSS cho xe tự lái

Công nghệ định vị trong lái xe tự hành là một trong những công nghệ then chốt để hiện thực hóa việc lái xe tự hành.

Nói một cách đơn giản, vấn đề cơ bản mà xe tự lái cần giải quyết là: Bạn đang ở đâu? Bạn sẽ đi đâu? Nên đi hướng nào?

Câu hỏi "Bạn đang ở đâu?" chính là công nghệ định vị mà chúng ta sẽ thảo luận hôm nay. Một chiếc xe tự lái chỉ có thể quyết định điểm đến tiếp theo nếu nó biết vị trí hiện tại của mình, sau đó kết hợp thông tin về môi trường xung quanh và thông tin về điểm đến.

Hiện nay có ba loại công nghệ định vị chính xác cao được sử dụng cho xe tự lái:

1Định vị dựa trên tín hiệu điện tử, chẳng hạn như Hệ thống Định vị Vệ tinh Toàn cầu (GNSS);

2Công nghệ định vị dựa trên cảm biến quán tính IMU (Track reckoning) ước tính vị trí và hướng hiện tại dựa trên vị trí và hướng ở thời điểm trước đó;

3Việc khớp các đặc điểm môi trường, tức là định vị dựa trên lidar và cảm biến hình ảnh, chẳng hạn như khớp lidar, yêu cầu trước tiên phải thiết lập bản đồ đám mây điểm, sau đó khớp dữ liệu được thu thập bởi lidar trong thời gian thực với đám mây điểm để xác định thông tin vị trí hiện tại của phương tiện.

Mỗi phương pháp trong ba phương pháp này đều có những ưu điểm riêng. Hôm nay, chúng ta sẽ xem xét công nghệ định vị GNSS trước tiên.

Có thể bạn chưa quen với GNSS, nhưng nếu bạn nói về GPS hoặc Beidou (BDS), thì bạn chắc chắn đã biết đến chúng.

GNSS (Hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu)hệ thống vệ tinh dẫn đường toàn cầu"BDS" là thuật ngữ chung bao gồm GPS ở Hoa Kỳ, BDS ở Trung Quốc, GLONASS ở Nga, GALILEO ở châu Âu, v.v.

Nguyên tắc rất dễ hiểu, đó làXác định vị trí của một trạm thu mặt đất bằng cách sử dụng bốn vệ tinh có vị trí đã biết.Chúng ta sẽ lấy GPS làm ví dụ để giải thích nguyên lý định vị vệ tinh.

Mỗi vệ tinh GPS hoạt động trong vũ trụ đều liên tục phát sóng thông tin tọa độ vị trí hiện tại của nó ra thế giới thông qua tín hiệu vệ tinh. Bất kỳ thiết bị thu GPS nào cũng có thể dễ dàng nhận được thông tin này thông qua ăng-ten của nó và có thể đọc được nó, tức làTọa độ không gian của 4 vệ tinh đã được biết.

Khi vệ tinh gửi thông tin vị trí, nó cũng sẽ đính kèm dấu thời gian khi gói dữ liệu được gửi đi. Sau khi bộ thu GPS nhận được gói dữ liệu, nó sẽ trừ thời gian trên dấu thời gian khỏi thời gian hiện tại (tất nhiên thời gian hiện tại chỉ có thể được xác định bởi chính bộ thu GPS), đó là thời gian cần thiết để gói dữ liệu được truyền trong không khí. Bằng cách nhân thời gian truyền gói dữ liệu trong không khí với tốc độ truyền, bạn có thể nhận được khoảng cách mà gói dữ liệu được truyền trong không khí, đó là khoảng cách từ vệ tinh đến bộ thu GPS. Hiện tại,Khoảng cách từ bốn vệ tinh đến bộ thu GPS đã được biết..

Dựa trên kiến ​​thức về hình học không gian, thông tin về vị trí hiện tại của thiết bị thu GPS có thể được xác định.

Phương pháp định vị này còn được gọi làĐịnh vị điểm đơnorđịnh vị tuyệt đối.

Vấn đề khó giải quyết nhất trong định vị GPS là sai số. Có nhiều nguyên nhân gây ra sai số định vị, chẳng hạn như do tầng điện ly, do thiết bị thu, vật cản và hiệu ứng đa đường truyền. Vật cản có nghĩa là tín hiệu vệ tinh không thể được thu nhận. Hiệu ứng đa đường truyền có nghĩa là không chỉ tín hiệu được vệ tinh gửi trực tiếp không được thu nhận, mà cả tín hiệu phản xạ từ các tòa nhà cao tầng cũng được thu nhận. Bằng cách này, thời gian truyền sóng sẽ bị sai lệch, và vị trí tính toán cũng sẽ sai lệch.

Để cải thiện độ chính xác của định vị GPS và giảm thiểu sai số, người ta thêm một tham số với tọa độ đã biết.Kiểm tra bộ thu GPS để cải thiện độ chính xác định vị, đây làĐịnh vị khác biệt, Còn gọi làvị trí tương đối.

Một hệ thống tăng cường tín hiệu mặt đất, thường được gọi là trạm gốc, được triển khai tại một điểm tọa độ đã biết. Trạm gốc có thể nhận tín hiệu vệ tinh, tính toán giá trị tọa độ dựa trên các tín hiệu này, sau đó so sánh chúng với tọa độ đã biết để thu được độ lệch. Độ lệch này sau đó được gửi đến bộ thu GPS để định vị theo thời gian thực thông qua đường truyền dữ liệu (đường truyền dữ liệu tương đương với đường dây dữ liệu, nhưng đường dây dữ liệu này là không dây) hoặc mạng truyền thông di động. Bộ thu GPS sẽ thực hiện hiệu chỉnh dựa trên thông tin nhận được, từ đó cải thiện độ chính xác định vị.

Công nghệ chênh lệch pha sóng mang (Định vị động thời gian thực, RTK) là một phương pháp vi sai xử lý các phép đo pha sóng mang của hai trạm đo trong thời gian thực. Nói một cách đơn giản, nó gửi pha sóng mang được trạm gốc thu thập đến bộ thu của phương tiện không người lái, và bộ thu sẽ tính toán sự khác biệt giữa các quan sát pha sóng mang của máy và trạm gốc để tính toán tọa độ. Nói chung, hầu hết các sai số giữa bộ thu và trạm gốc đều có tương quan về thời gian và không gian, do đó hầu hết các sai số có thể được bù trừ hoặc giảm thiểu. Khi khoảng cách giữa hai điểm không quá xa, chênh lệch pha sóng mang có thể giúp độ chính xác định vị đạt mức centimet.

Bài viết này được đăng lại từ "Automotive Technology Fresh Chat", một trang web ủng hộ việc bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Vui lòng ghi rõ nguồn và tác giả khi đăng lại. Nếu phát hiện vi phạm bản quyền, vui lòng liên hệ với chúng tôi để gỡ bỏ.