怎么解決自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)隧道信號(hào)丟失問(wèn)題

蘑菇說(shuō)：日常駕駛中，每當(dāng)開進(jìn)地庫(kù)、隧道、山區(qū)，最頭疼的事就是信號(hào)沒(méi)了。自動(dòng)駕駛汽車進(jìn)隧道會(huì)丟信號(hào)嗎？怎么解決信號(hào)丟失問(wèn)題？本期蘑菇說(shuō)為你解答。

城市中的高樓大廈、綠樹成蔭的道路、隧道、地下通道和橋梁……它們有一個(gè)共同點(diǎn)：GPS信號(hào)弱。在這些場(chǎng)景中，高樓會(huì)導(dǎo)致無(wú)線電波從周圍環(huán)境反射形成多條信號(hào)路徑，干擾衛(wèi)星信號(hào)，地面阻隔會(huì)帶來(lái)信號(hào)衰減。

在無(wú)法獲得衛(wèi)星提供的定位與導(dǎo)航信息時(shí)，手機(jī)會(huì)失聯(lián)，自動(dòng)駕駛汽車的情況會(huì)更糟糕：偏離軌道，直接帶來(lái)安全隱患。

接下來(lái)就是INS（慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，簡(jiǎn)稱“慣導(dǎo)”）出場(chǎng)的時(shí)候。相較于GPS依賴于與3顆以上的衛(wèi)星信號(hào)連接，慣導(dǎo)是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。

慣導(dǎo)的歷史最早可追溯到1940年代調(diào)整飛行中火箭方位角的嘗試。它的原型包括一臺(tái)模擬計(jì)算機(jī)、一個(gè)加速度計(jì)和兩個(gè)陀螺儀。

加速度計(jì)用于測(cè)算車輛帶方向的位移，也就是行程。牛頓第二定律告訴我們加速度=速度/時(shí)間。由此，行程與時(shí)間的關(guān)系也顯而易見(jiàn)：速度=行程/時(shí)間。這就將加速度與行程聯(lián)系在一起了。

行程和速度通常不能直接通過(guò)儀器測(cè)量獲得，但加速度可以通過(guò)加速度計(jì)測(cè)量。只要有瞬時(shí)加速度，就能知道每時(shí)每刻的行程了。

但現(xiàn)實(shí)世界是三維立體的，加速度無(wú)法判斷車輛的空間姿態(tài)。所以還需要一個(gè)測(cè)量角度加速度的傳感器——陀螺儀。陀螺儀形成一個(gè)導(dǎo)航坐標(biāo)系，使加速度計(jì)的測(cè)量軸穩(wěn)定在坐標(biāo)系中，并且測(cè)量載體的角速度，得出運(yùn)動(dòng)朝向。

不需要任何外部信號(hào)的慣導(dǎo)系統(tǒng)是自動(dòng)駕駛汽車定位的最后一道安全防線。不過(guò)，即使靠慣導(dǎo)填上高樓、隧道衛(wèi)星信號(hào)丟失的坑，自動(dòng)駕駛的GPS定位還有一個(gè)歷史遺留問(wèn)題：精確度不夠。

GPS定位的原理是測(cè)量衛(wèi)星到車載天線的距離，綜合多顆衛(wèi)星數(shù)據(jù)算出接收車輛位置。萬(wàn)里高空的信號(hào)傳輸天然存在時(shí)差。在開闊的天空條件下，手機(jī)GPS信號(hào)精度能精確到2米左右。但自動(dòng)駕駛對(duì)定位精度的要求是厘米級(jí)的。

這時(shí)就輪到地面上的衛(wèi)星定位系統(tǒng)——RTK高精度定位發(fā)揮作用。RTK利用地面基準(zhǔn)站與流動(dòng)站之間的觀測(cè)誤差，實(shí)時(shí)校正地表接收衛(wèi)星信號(hào)的天然時(shí)差。

目前大部分自動(dòng)駕駛定位方案都采用GPS+RTK+INS，三者互為冗余。這時(shí)更大的挑戰(zhàn)變成了讓高精定位模塊低成本、大規(guī)模部署。一座RTK地面基站通常只能覆蓋周邊10-20公里，這也意味著高精定位要伴隨自動(dòng)駕駛方案落地逐步完善。

INS與RTK在過(guò)去大多用于專業(yè)測(cè)繪或軍事領(lǐng)域。能夠在GPS丟失后10秒內(nèi)提供車道級(jí)定位的慣導(dǎo)價(jià)格普遍在數(shù)十萬(wàn)，成為除激光雷達(dá)之外自動(dòng)駕駛汽車的另一個(gè)成本瓶頸。

一些自動(dòng)駕駛公司對(duì)關(guān)鍵定位部件的研發(fā)已經(jīng)取得突破。蘑菇車聯(lián)自研的RTK高精定位基站采用高性能板卡和高精度陀螺儀，將厘米級(jí)高精定位的行業(yè)平均成本壓縮50%。這將幫助它在一些落地城市快速投入運(yùn)營(yíng)。

伴隨著整個(gè)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)向高安全、高集成、大批量部署的方向發(fā)展，自動(dòng)駕駛的高精定位系統(tǒng)也將在實(shí)踐中扮演好一座“行走的信號(hào)塔”的角色。

編輯：jq