北斗升空當口，GNSS高精度定位如何賦能智能駕駛？

近日，北斗第 55 顆衛(wèi)星完成在軌測試，正式入網(wǎng)。

信息化時代，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅在國家信息安全領(lǐng)域有重要意義，在商業(yè)應(yīng)用方面也舉足輕重。北斗三號具備導(dǎo)航定位和通信數(shù)傳兩大功能，據(jù)了解，北斗系統(tǒng)全球范圍定位精度優(yōu)于 10 米、測速精度優(yōu)于 0.2 米 / 秒、授時精度優(yōu)于 20 納秒、全球服務(wù)可用性 99%以上。

中國衛(wèi)星導(dǎo)航定位協(xié)會發(fā)布的《中國衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展白皮書（2020）》顯示，北斗對導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)的核心產(chǎn)值貢獻率超過 80%。隨著北斗系統(tǒng)的全面建成開通，GNSS 高精度定位技術(shù)成為大眾關(guān)注的問題。

在交通和自動駕駛領(lǐng)域的快速發(fā)展趨勢下，GNSS 高精度應(yīng)用需求加速釋放。

智能駕駛為什么需要 GNSS 高精度定位？

眾所周知，自動駕駛是一個非常復(fù)雜的技術(shù)實現(xiàn)過程，隨著汽車智能化的提升，對于功能、安全、責(zé)任方面的需求日益增加。車輛不僅要知道自己的位置，還要知道周圍車輛的位置和道路環(huán)境情況。

實現(xiàn)高度自動駕駛需要突破厘米級導(dǎo)航定位、環(huán)境感知、決策控制、路徑規(guī)劃等技術(shù)瓶頸。從目前車載定位技術(shù)現(xiàn)狀來看，其在可用性、安全性、成本等方面存在較多問題。

圖源：千尋位置（點擊圖片，可看高清大圖，下同）

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因此，面對車載定位技術(shù)的種種瓶頸，以及車輛對定位精度和功能安全需求的日益嚴格，GNSS 定位技術(shù)變得愈發(fā)不可或缺。

GNSS 定位也從單 GPS 衛(wèi)星定位 - 傳感器融合（DR）- 多頻多衛(wèi)星，到單頻 RTK- 多頻 RTK 等方向優(yōu)化和發(fā)展，提高功能安全性保障。

GNSS 高精度定位的優(yōu)勢與趨勢

GNSS（全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)）技術(shù)，是通過捕獲來自中國北斗、美國 GPS、歐盟 GALILEO、俄羅斯 GLONASSA 等多個不同衛(wèi)星系統(tǒng)的衛(wèi)星，有效衛(wèi)星數(shù)的提升可以大幅提高定位的精度和穩(wěn)定性。

其中，美國的 GPS 憑借其“先行者”的優(yōu)勢，一直占據(jù)著世界前列的位置?；?GPS 近乎壟斷的地位，中國一直以來都希望建設(shè)屬于自己的衛(wèi)星系統(tǒng)，實現(xiàn)“衛(wèi)星自由”。

北斗導(dǎo)航衛(wèi)星在國內(nèi)科研人員走了 23 年的艱苦歷程后，完成了從依賴他國技術(shù)到完成自主研發(fā)占領(lǐng)科技高地的蛻變。近日正式完成全球組網(wǎng)之后，成為了第四個擁有獨立的全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)的國家。

• GNSS 高精度定位的優(yōu)勢

那么，GNSS 能提供什么？GNSS 更多提供的是車道級，高可靠性、高完整性的位置信息，GNSS 獨特的特點是提供的位置信息是絕對位置，不是相對位置。提供絕對的 UTC（國際協(xié)調(diào)時間），絕對的車速以及絕對的航向信息。

圖源：千尋位置

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這一特點的好處是，在任何的前提條件下或雨雪霧環(huán)境中都可以提供信息，可以在更小的范圍內(nèi)進行地圖匹配，降低地圖匹配所需的算力，進而降低地圖成本。同時可以為其他傳感器提供很好的支撐, 共同協(xié)作，達到功能安全。

具體來看，GNSS 高精度定位可從多個方面為自動駕駛汽車賦能，比如提升感知系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。目前主流的自動駕駛傳感器，如攝像頭、亳米波雷達、激光雷達，雖然具備相對定位能力，但由于它們在實際應(yīng)用過程中均有各自的缺陷，導(dǎo)致這些傳感器的定位能力會隨之受到天氣、環(huán)境、地形等各因素的影響

圖源：千尋位置

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比較之下，GNSS 高精度定位技術(shù)可以避免受到外界因素干擾，即使在惡劣天氣、非視距場景和其他車載傳感器弱衛(wèi)星信號覆蓋下，依舊能夠為自動駕駛汽車提供精準、穩(wěn)定、可靠的定位信息，幫助車輛判斷當前所處位置，從而對目前的環(huán)境進行整體認知，便于車輛進行下一步的決策。

然而，在 GNSS 高精度定位眾多優(yōu)勢之余，也存在其不足之處——在城市、隧道及天橋等遮擋環(huán)境下表現(xiàn)較差。

對此，GNSS 定位技術(shù)可以通過與 DR(慣性導(dǎo)航)、RTK(載波相位差分)等不同定位技術(shù)融合來避免受到外界因素干擾，

即使在惡劣天氣、非視距場景和其他車載傳感器弱衛(wèi)星信號覆蓋下，依舊能夠為自動駕駛汽車提供精準、穩(wěn)定、可靠的定位信息，幫助車輛判斷當前所處位置，從而對目前的環(huán)境進行整體認知，便于車輛進行下一步的決策。

慣性導(dǎo)航技術(shù)（DR）

GNSS 衛(wèi)星定位雖然方便，但容易受客觀條件的影響。例如隧道、森林等路段，GNSS 信號容易中斷。此時，就需要臨時采用其它的輔助手段。

DR（Dead Reckoning，航位推算）就是一種自主式的慣性導(dǎo)航技術(shù)。該技術(shù)結(jié)合了 GNSS 和傳感器信息，通過采用加速度傳感器和陀螺儀傳感器，結(jié)合航位推算專用算法，可以根據(jù)車輛的初始位置信息以及傳感器獲得的信息，可有效的優(yōu)化多徑效應(yīng)帶來的定位偏移，推算出用戶終端在盲區(qū)位置的高精度導(dǎo)航數(shù)據(jù)。

載波相位差分技術(shù)（RTK）

RTK（Real-time kinematic），稱為載波相位差分技術(shù)，又稱為實時動態(tài)差分法，是實時處理兩個測量站載波相位觀測量的差分方法，包括傳統(tǒng) RTK 和網(wǎng)絡(luò) RTK。

RTK 定位原理為：GNSS 接收機接收衛(wèi)星信號，通過基準站基于載波相位差分技術(shù)計算公共誤差并發(fā)送到云端，然后 GNSS 接收機利用衛(wèi)星的載波相位觀測值和云端接收的修正數(shù)據(jù)計算出精確到厘米級的定位結(jié)果。

RTK 原理

不僅如此，通過將 GNSS 高精度定位和攝像頭、高精雷達等融合應(yīng)用，還可以實現(xiàn)很好的感知冗余。GNSS 高精度定位服務(wù)與智能攝像頭等傳感器形成多重冗余，使得車輛在行駛過程中遇到車道線不規(guī)則、車道線短暫覆蓋、道路無明顯標志物、彎道曲率過大等情況，而相對定位方案又失效的時候，仍然可以繼續(xù)為車輛提供環(huán)境感知支持。

總結(jié)一下，目前沒有一種傳感器能夠在任何時間、任何地點都能獲得一個準確的位置信息。當前車輛進行高精度定位除了基于視覺攝像頭等車載傳感器進行相對定位，還要借助高精度 GNSS、蜂窩網(wǎng)定位、高精度慣導(dǎo)測量單元(IMU)和 RTK、高精地圖等技術(shù)來實現(xiàn)。

多徑效應(yīng)何解？

遮擋環(huán)境中表現(xiàn)較差之外，多徑效應(yīng)也是 GNSS 定位的主要影響因素之一。

多徑效應(yīng)：理想狀態(tài)下，衛(wèi)星信號將沿最短路徑直接達到接收機天線。而如果天線附近有反射物，接收機天線幾乎同時收到衛(wèi)星的直接信號與反射信號，兩種信號的疊加將使觀測值產(chǎn)生附加時延量，使得定位設(shè)備所接收到的衛(wèi)星信號還包含各種反射和折射信號的影響，這就是多徑效應(yīng)。

那么，應(yīng)該如何解決這一問題，降低多徑效應(yīng)對測量精度的影響？

一般來說，上述 DR 慣性導(dǎo)航技術(shù)可有效優(yōu)化多徑效應(yīng)帶來的定位偏移之外，多頻段 / 雙頻技術(shù)也可以有效抑制城市環(huán)境中的多徑效應(yīng)，削弱大氣層誤差，提高定位精度。

所謂雙頻，就是 GNSS 模組同時支持多個不同 GNSS 系統(tǒng)的不同頻段，以此增強信號的接收能力。目前全球衛(wèi)星導(dǎo)航的一個顯著的特點是由單頻單系統(tǒng)向多頻多系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，逐漸提升導(dǎo)航系統(tǒng)的可靠性與可用性。

GNSS 系統(tǒng)頻段

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對于 GNSS 高精度定位市場的發(fā)展趨勢，移遠通信 GNSS 產(chǎn)品總監(jiān)宋鐵理強調(diào)，“隨著國家政策扶持和產(chǎn)業(yè)鏈共同推廣，未來三年內(nèi)，中國市場 70%的定位類應(yīng)用都會轉(zhuǎn)到雙頻和高精度市場，GNSS 高精度定位模組的價格也會逐漸下降?！?

寫在最后

據(jù) GSA 數(shù)據(jù)統(tǒng)計，未來十年全球 GNSS 設(shè)備出貨量將持續(xù)增長，從 2019 年的 18 億臺預(yù)計增長至 2029 年的 28 億臺。

事實上，在逐漸成型且龐大的自動駕駛產(chǎn)業(yè)體系中，高精度定位的作用已被廣泛認識。

經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，GNSS 系統(tǒng)從當初的 GPS 一家獨大，到現(xiàn)在變成 GPS、北斗、GLONASS、GALILEO 等多系統(tǒng)共存，取得了長足的進步。如今的 GNSS 系統(tǒng)，已經(jīng)具備提供全方位、全天候、高精度、高速率定位導(dǎo)航服務(wù)的能力。

隨著 GNSS 融合定位技術(shù)的快速發(fā)展，支持 GNSS、DR 和 RTK 等融合定位技術(shù)，進一步提高了定位精度，為未來高精度 GNSS 定位提供了有力的技術(shù)支持，也正在逐漸成為自動駕駛領(lǐng)域最主流的高精度定位方式。

以上。
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