自动驾驶定位技术 GNSS定位

自动驾驶定位技术是实现自动驾驶的关键技术之一。

通俗地说，无人驾驶需要解决的根本问题是：你现在在哪里？你要去哪里？该往哪个方向走？

我们今天要讨论的定位技术就是“你现在在哪里”。自动驾驶汽车只有在知道自身位置后，才能结合周围环境信息和目的地信息来决定下一步的行驶方向。

目前用于自动驾驶的高精度定位技术主要有三种：

1基于电子信号的定位，例如全球卫星导航系统 (GNSS)；

2航迹计算是一种基于惯性测量单元 (IMU) 的技术，它根据前一时刻的位置和方向来估计当前的位置和方向；

3环境特征匹配，即基于激光雷达和视觉传感器的定位，如激光雷达匹配，需要先建立点云地图，然后将激光雷达实时采集的数据与点云进行匹配，以确定车辆的当前位置信息。

这三种方法各有优势。今天我们先来了解一下GNSS定位技术。

你可能不熟悉GNSS，但如果你谈到GPS或北斗（BDS），你肯定很熟悉。

GNSS（全球导航卫星系统）就是全球导航卫星系统是一个通用术语，包括美国的 GPS、中国的 BDS、俄罗斯的 GLONASS、欧洲的 GALILEO 等。

这个原理很容易理解，也就是说利用四颗位置已知的卫星，确定地面接收器的位置。我们以GPS为例来解释卫星定位的原理。

宇宙中运行的每一颗GPS卫星都在不断地通过卫星信号向世界广播其当前位置坐标信息。任何GPS接收器都可以通过其天线轻松接收并读取这些信息。这四颗卫星的空间坐标已知。

当卫星发送位置信息时，它会在数据包上附加发送时间戳。GPS接收器接收到数据包后，会用当前时间（当然，当前时间只能由GPS接收器自身确定）减去时间戳上的时间，所得结果即为数据包在空中传输所需的时间。将数据包在空中传输的时间乘以传输速度，即可得到数据包在空中传输的距离，也就是卫星到GPS接收器的距离。目前，已知四颗卫星到GPS接收器的距离。

根据立体几何知识，可以得到GPS接收机的当前位置信息。

这种定位方法也称为单点定位or绝对定位。

GPS定位中最难解决的问题是误差。定位误差的成因有很多，例如电离层遮挡、接收设备故障、信号遮挡以及多径效应等。遮挡是指无法接收到卫星信号。多径效应是指不仅无法接收到卫星直接发送的信号，还会接收到高层建筑反射的信号。这样一来，传播时间就会出现误差，进而导致定位结果出现偏差。

为了提高GPS定位精度并减少误差，人们会添加一个已知坐标的参数。测试GPS接收器以提高定位精度，这是差动定位，也被称为相对定位。

地面增强系统（通常称为基站）部署在已知坐标点。基站可以接收卫星信号，并根据这些信号计算坐标值，然后将其与已知坐标进行比较以获得偏差。该偏差随后通过数据传输链路（数据传输链路相当于数据线，但此数据线是无线的）或移动通信网络实时发送到待定位的GPS接收器。待定位的GPS接收器将根据接收到的信息进行修正，从而提高定位精度。

载波相位差分技术（实时动态定位，RTK）是一种实时处理两个测量站载波相位测量值的差分定位方法。简而言之，它将基站采集到的载波相位发送给无人车的接收机，接收机计算自身和基站载波相位观测值的差值，从而确定车辆坐标。一般来说，接收机和基站之间的误差大多具有时空相关性，因此大部分误差可以通过载波相位差分技术进行补偿或减小。当两者距离较近时，载波相位差分技术可以使定位精度达到厘米级。

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