如何對RTK高精度定位算法進行驗證

實時動態(tài)定位（Real Time Kinematic，RTK）是一種基于載波相位觀測值的相對定位技術(shù)。RTK高精度定位方法可以消除接收機及衛(wèi)星鐘差、削弱衛(wèi)星軌道、大氣層延遲等誤差源對定位的影響，獲得厘米級定位精度，因此得到了廣泛應(yīng)用。仿真驗證技術(shù)正成為智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)開發(fā)和驗證的重要手段，對高精度定位技術(shù)的要求也不斷提升。定位算法作為高精度定位技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，那么在仿真環(huán)境下如何對RTK高精度定位算法進行有效的驗證與評價呢？

什么是RTK高精度定位技術(shù)？

RTK高精度定位技術(shù)是GNSS系統(tǒng)獲取高精度實時動態(tài)定位的重要手段，RTK定位主要由三部分組成，分別是基準(zhǔn)站接收機、移動站接收機以及兩站之間數(shù)據(jù)傳輸鏈路。RTK基準(zhǔn)站將修正數(shù)據(jù)或采集的載波相位觀測值通過數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送給建設(shè)在其數(shù)據(jù)傳輸范圍內(nèi)的移動站，移動站接收機接收到的衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)站發(fā)送的數(shù)據(jù)進行相位差分定位的過程，即為RTK定位過程。

圖1RTK原理框圖

RTK定位方法使用基準(zhǔn)站和移動站的同步觀測數(shù)據(jù)，但基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)傳輸存在延遲，導(dǎo)致獲得的定位結(jié)果滯后。通常的解決辦法是利用前一時刻移動站位置及接收的觀測數(shù)據(jù)，進行短時間延遲處理，作為虛擬基站的觀測數(shù)據(jù)，與當(dāng)前時刻移動站接收的觀測數(shù)據(jù)，一起進行RTK定位解算。定位算法及數(shù)據(jù)處理流程如下圖所示：

圖2 RTK定位算法框圖

如何進行RTK算法驗證？

中汽數(shù)據(jù)RTK高精度定位算法驗證系統(tǒng)是基于場景仿真軟件搭建虛擬的車輛行駛場景，同時利用衛(wèi)星信號模擬器模擬出衛(wèi)星信號及RTK基準(zhǔn)站仿真的通信環(huán)境，進而對RTK高精度定位算法進行驗證與評價。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示，其中包括場景仿真軟件、衛(wèi)星信號模擬器、RTK被測算法運行模塊、高性能上位機等。該驗證系統(tǒng)通過場景仿真軟件構(gòu)建三維虛擬交通場景測試用例，在上位機中實時顯示測試場景中的三維信息及測試用例狀態(tài)，然后對場景數(shù)據(jù)進行篩選與分類，再將主車位置平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)，與主車其它運動狀態(tài)信息一并以UDP的形式發(fā)送至衛(wèi)星信號模擬器。模擬器根據(jù)以上信息對BDS/GPS等衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航定位信號進行模擬，同時對RTK基準(zhǔn)站的差分觀測數(shù)據(jù)進行仿真，并以標(biāo)準(zhǔn)的RTCM數(shù)據(jù)協(xié)議格式輸出數(shù)據(jù)。RTK定位算法運行模塊接收到以上數(shù)據(jù)后，由被測算法進行解算和處理，處理完成的結(jié)果數(shù)據(jù)再發(fā)送到上位機與場景仿真軟件的原始數(shù)據(jù)進行對比分析，進而對定位算法的測試與驗證進行客觀的評價，至此完成算法驗證的整個過程。

圖3RTK算法驗證系統(tǒng)架構(gòu)

RTK算法驗證系統(tǒng)構(gòu)成

場景仿真軟件

基于成熟的場景仿真軟件平臺，如VTD、Prescan、CarMaker等，設(shè)計并搭建交通場景，場景設(shè)計元素包含主車、遠車、其他交通參與者等模型，以及道路、環(huán)境及交通流等。

圖4場景仿真軟件VTD及其測試用例

數(shù)據(jù)處理插件

數(shù)據(jù)處理插件將場景仿真軟件構(gòu)建的三維虛擬交通場景數(shù)據(jù)進行篩選與分類，然后將主車位置的平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)，與主車其它運動狀態(tài)信息一并以UDP的形式發(fā)送至衛(wèi)星信號模擬器。

圖5數(shù)據(jù)處理插件關(guān)鍵代碼

GNS衛(wèi)星信號模擬器

衛(wèi)星信號模擬器具有先進的GNSS系統(tǒng)星座模型和多載體/多天線/多目標(biāo)模擬，支持差分、定向、測姿和模擬編隊測試能夠模擬復(fù)雜多變的驗證環(huán)境/場景，根據(jù)不同的測試需求可對場景星座環(huán)境、信號模擬、載體軌跡模型等參數(shù)配置，以實現(xiàn)弱信號、高動態(tài)、多徑干擾或者特定測試環(huán)境的呈現(xiàn)。

圖6 衛(wèi)星信號模擬器控制與顯示終端

RTK算法驗證系統(tǒng)功能介紹

中汽數(shù)據(jù)RTK高精度定位算法驗證系統(tǒng)通過將場景仿真軟件、數(shù)據(jù)處理插件等軟件與GNSS衛(wèi)星信號模擬器、算法運行模塊等硬件相結(jié)合，同時借助配套的控制與顯示終端，對BDS、GPS等多制式系統(tǒng)全頻點衛(wèi)星導(dǎo)航信號及RTK基準(zhǔn)站觀測值數(shù)據(jù)進行模擬，實現(xiàn)對高精定位算法的驗證與評價。

該驗證系統(tǒng)可用于RTK高精度定位算法驗證、GNSS HIL驗證等應(yīng)用與研究，可在實驗室的環(huán)境下對相關(guān)軟硬件進行測試與驗證。此方法通過仿真驗證手段可大幅降低開發(fā)成本，在加快產(chǎn)品開發(fā)速度的同時，也能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

中汽數(shù)據(jù)具有完整的RTK高精定位算法驗證系統(tǒng)、OTA功能驗證、TBOX功能驗證、V2X數(shù)據(jù)采集、V2X仿真驗證等設(shè)備及解決方案，目前已與行業(yè)內(nèi)多家企業(yè)展開相關(guān)合作與研究，共同推進相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的落地與應(yīng)用，促進智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智慧交通體系的新模式和新形態(tài)發(fā)展。

審核編輯：湯梓紅