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分米级定位精度对自动驾驶意味着什么

时间:2019-05-30 作者:邵乐峰 阅读:
ZED-F9K是瑞士u-blox公司日前发布的一款高精度惯性导航模块,据称可以实现连续的车道精确定位,精确度达到了分米级,比标准定位技术精度提高了十倍,除了提升车载导航日常使用的体验外,它主要还可以满足驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶市场不断发展的需求。
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ZED-F9K是瑞士u-blox公司日前发布的一款高精度惯性导航模块,据称可以实现连续的车道精确定位,精确度达到了分米级,比标准定位技术精度提高了十倍,除了提升车载导航日常使用的体验外,它主要还可以满足驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶市场不断发展的需求。6fbEETC-电子工程专辑

u-blox惯性导航产品经理Alex Ngi认为ZED-F9K的独特之处在于,在单个模块中集成了从 GNSS 接收器到惯性测量单元以及相关的惯性导航算法在内的多种技术,可以确保其在整个客户产品开发周期的性能。6fbEETC-电子工程专辑

他表示,自动驾驶对于高精度有着天然的追求,这点十分容易理解。但除此之外,还有些新的服务也对GNSS系统提出了更高的要求:其一是毫秒级的实时响应与定位。在传统的地图导航中,可能每一秒或者每两秒才会刷新一次定位,但这一指标对自动驾驶来说是不可接受的;其二是对于车道的精准识别;其三则是通用时标和位置参考,即对于时间和地理定位的分享机制。传统意义上,驾驶员只需要了解自己车辆位置即可,但在车联网时代,新应用层出不穷,需要车与车,车与交通基础设施之间去共享时间和定位信息。6fbEETC-电子工程专辑

ZED-F9K高精度惯性导航模块基于u-blox F9产品平台,这款产品内置了惯性传感器,支持多频段卫星导航系统,组合了最新一代GNSS接收器技术、信号处理算法和校正服务,可以在20毫秒之内实现迅速的修正,并在数秒钟内将精度提升至分米级。6fbEETC-电子工程专辑

多频段、多卫星系统实时动态(RTK)接收模块则可以接收来自所有轨道导航卫星系统的信号,更多的卫星数量可以在部分遮挡的条件下提高定位性能。同时,ZED-F9K高精度惯性导航模块不仅支持网络传输差分数据,还支持L-band,即使在缺少地面差分数据源的环境下也可实现分米级高精度定位。6fbEETC-电子工程专辑

在频段的选择上,F9K支持两个频段选项:A选项和B选项,首颗产品支持选项A,选项B产品会在稍晚发布。可以看到,在采用了选项A的频段之后,ZED-F9K能够接收所有L1频段、L2频段的信号和部分L5频段的信号,意味着它可以在非常宽的频段当中接收来自所有不同GNSS星座的通讯信号。6fbEETC-电子工程专辑

6fbEETC-电子工程专辑

F9K支持高精度GNSS系统6fbEETC-电子工程专辑

下图中黑色虚线标示的是如果想要提供分米乃至厘米级精度的定位服务,最少需要的卫星数量,绿色线段则是F9K所能覆盖的卫星数量。值得一提的是,表示B选项频段覆盖的红色线段意味着能够接收到的L5信号,随着GPS、GLONASS、伽利略和北斗系统的不断完善,会有越来越多的L5频段的信号可供接收,所以未来能够专门面向L5信号频段的选项B频段方案将变得极具竞争力。6fbEETC-电子工程专辑

20190530-002.jpg6fbEETC-电子工程专辑

Alex Ngi对《电子工程专辑》记者解释说,u-blox设计人员在F9K中加载了两颗芯片,一颗负责接收L1频段的信号,另外一颗负责接收L2、L5频段的信号,并同时加载了自有的滤波器来确保信号质量,就是希望通过相对较好的信号隔离,能够实现对于不同频道的覆盖。未来进一步的趋势当然是通过单芯片来实现整个解决方案,但是作为第一款能够推广到大众市场中去应用的产品,这种面向两个不同频段的双芯片设计仍不失为一种创新。6fbEETC-电子工程专辑

他特别强调了F9K对于北斗卫星系统,尤其是北斗三代系统的支持,并认为在当前几个不同的GNSS系统中,北斗系统的可靠性正变得越来越强。6fbEETC-电子工程专辑

“u-blox的科学家利用我们的全球网点分别在欧洲、澳大利亚、日本、新加坡等地对北斗系统进行了评测,总体评价是相当高的,它的系统设计、准确度、可靠性和安全性都值得赞赏。”但他也坦承,目前在欧洲,GLONASS的知名度比北斗要高,欧洲客户更多认为北斗只是一个针对于中国本土的导航系统,当北斗系统全球运营的时候,这种局面将有望被改写。6fbEETC-电子工程专辑

在Alex Ngi展示的哥德堡的性能测试中,由于建筑物对卫星信号造成了一定的干扰,使得卫星与地面形成了60°的夹角,在不调用惯性导航的条件下,ZED-F9K的平均精准度达到了38.8厘米。也就是说,当车辆在城市峡谷中穿行时,没必要再担心卫星信号导致的定位服务丢失。6fbEETC-电子工程专辑

20190530-003.jpg6fbEETC-电子工程专辑

与此前发布的F9P产品不同的是,F9K系列除了包括校正服务、陀螺仪、加速计外,还增加了轮速脉冲和动态模型等功能,当车辆位于停车场、隧道等卫星信号受阻的情况下,ZED-F9K中的惯性传感器能够持续监控车辆轨迹的变化,从而继续提供精确的车道定位。当卫星信号恢复时,该模块又将惯性传感器数据与导航卫星系统的信号结合,快速实现分米级定位。6fbEETC-电子工程专辑

此外,该模块的准确性和低延迟性(低于10毫秒)可能也让它成为汽车厂商V2X(车联网)系统的不错选择,比如通过与其他交通参与者不间断的共享位置,可以有助于提高道路的整体安全性,减少交通拥堵。而自动驾驶和车联网都需要比较低的延迟,否则收到“过去时”的信息将造成交通管理混乱等问题。6fbEETC-电子工程专辑

可以做一个简单的数学计算。如果延迟为10毫秒,当汽车以30km/h的速度在行驶时,就会产生8.3厘米的位置差异;如果车速增加到120km/h时,因延迟产生的误差将达到33厘米。目前,V2X应用对于整个系统的延迟是100-150毫秒,所以对芯片来说,再高的延迟标准也不过分。6fbEETC-电子工程专辑

除了在硬件中整合射频滤波器、传感器融合、IMU组件、闪存、GNSS接收器/基带外,u-blox方面在F9K的软件系统中还整合了导航引擎、歧义解析器、以及与GNSS采集和跟踪服务相关的软件。同时,ZED-F9K是完全不依赖于主机的运算能力和内存的,完全可以在互相隔离的条件下实现自主运行。6fbEETC-电子工程专辑

尽管F9K模块基于F9产品平台,但Alex Ngi表示,与F9平台其它产品主要面向无人机或货场堆车不同,它们的使用场景更多是在开阔地域,信号接收更加理想,所以精准度达到了厘米级水平。而F9K主要面向汽车类应用,所以在设计时对算法层面进行了优化,以牺牲一定精准度的代价,换回了对场景复杂性的适配。6fbEETC-电子工程专辑

而在客户的自动驾驶方案中,考虑到他们的做法首先是通过高精度地图获得一个比较准确的位置,然后再和3D地图做匹配,匹配成功之后,通过毫米波雷达、激光雷达和摄像头来判断车和周围障碍物的相对位置,所以业界目前普遍也认同20厘米左右的精度是够的。如果做碰撞测试的话,更多的会是依赖雷达和摄像头,因此尽管在F9K中牺牲了一部分的精度,但这部分正好是汽车设计中所不需要的。6fbEETC-电子工程专辑

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邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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