無(wú)人車為什么需要高精度的定位系統(tǒng)？

按定位技術(shù)原理不同可分為三類。第一類，基于信號(hào)的定位，代表就是GNSS定位，即全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)；第二類，航跡推算，依靠IMU等，根據(jù)上一時(shí)刻的位置和方位推斷現(xiàn)在的位置和方位；第三類是環(huán)境特征匹配，基于LiDAR的定位，用觀測(cè)到的特征和數(shù)據(jù)庫(kù)中的特征和存儲(chǔ)的特征進(jìn)行匹配，得到現(xiàn)在車的位置和姿態(tài)。

無(wú)人車為什么需要高精度的定位系統(tǒng)？

對(duì)于無(wú)人駕駛而言，位置和姿態(tài)用于路徑規(guī)劃和車輛控制，高精度和高魯棒性的定位系統(tǒng)至關(guān)重要。我們先來(lái)了解一下不同的定位類型，以百度Apollo多傳感器融合定位為例，其包含三類定位技術(shù)：

智能駕駛的三類定位定姿技術(shù)

按定位技術(shù)原理不同可分為三類。第一類，基于信號(hào)的定位，代表就是GNSS定位，即全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)；第二類，航跡推算，依靠IMU等，根據(jù)上一時(shí)刻的位置和方位推斷現(xiàn)在的位置和方位；第三類是環(huán)境特征匹配，基于LiDAR的定位，用觀測(cè)到的特征和數(shù)據(jù)庫(kù)中的特征和存儲(chǔ)的特征進(jìn)行匹配，得到現(xiàn)在車的位置和姿態(tài)。

三類定位技術(shù)各有優(yōu)劣，第一類GNSS定位，通過(guò)GNSS信號(hào)接收完成定位，優(yōu)點(diǎn)是全球、全天候、全天時(shí)高精度厘米級(jí)定位，缺點(diǎn)是依賴可視衛(wèi)星顆數(shù)、易受電磁環(huán)境干擾、多路徑效應(yīng)等影響；第二類慣性定位，利用慣性測(cè)量單元（陀螺儀和加速度計(jì)）測(cè)量得到載體相對(duì)于慣性空間角運(yùn)動(dòng)和線運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并通過(guò)慣性導(dǎo)航解算得到載體速度、位置、姿態(tài)，優(yōu)點(diǎn)是輸出頻率非常高（大于100Hz），短時(shí)精度高，缺點(diǎn)是誤差隨著時(shí)間累積，且高性能IMU價(jià)格昂貴；第三類點(diǎn)云定位，激光點(diǎn)云定位需要預(yù)先制作地圖，然后用實(shí)時(shí)點(diǎn)云和地圖進(jìn)行匹配，來(lái)計(jì)算激光雷達(dá)的位置和姿態(tài)，再通過(guò)激光雷達(dá)與IMU之間的外參，得到IMU的位置和姿態(tài)，優(yōu)點(diǎn)是在沒(méi)有GNSS情況下也可以工作，魯棒性比較好，缺點(diǎn)是需要預(yù)先制作地圖同時(shí)要定期更新地圖（環(huán)境會(huì)發(fā)生變化），雨雪天氣也會(huì)受到影響（折射較多，回收點(diǎn)云數(shù)據(jù)變少）。

百度Apollo2.0多傳感器融合的定位系統(tǒng)

基于以上三種定位技術(shù)，百度提出了多傳感器融合的定位系統(tǒng)，既做到優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，也提高了穩(wěn)定性并增強(qiáng)了定位精度。

(圖片來(lái)源于網(wǎng)絡(luò))

上圖為百度無(wú)人車，其GNSS定位和慣性測(cè)量單元都由NovAtel提供， IMU 為NovAtel IMU-IGM-A1 ，GNSS接收機(jī)為NovAtel ProPak6，構(gòu)成 NovAtel SPAN-IGM-A1分體式組合導(dǎo)航系統(tǒng)，能夠以最高 200Hz 的頻率，輸出實(shí)時(shí)的高精度、高可靠的三維位置、速度、姿態(tài)信息，作為Apollo推薦的參考硬件單元。

NovAtel SPAN組合導(dǎo)航系統(tǒng)有三大優(yōu)勢(shì)技術(shù)，非常適合智能駕駛應(yīng)用。

SPAN? 技術(shù)

SPAN? 技術(shù)是 NovAtel 公司推出的高精度 GNSS 和 IMU 深耦合組合導(dǎo)航技術(shù)，通過(guò) GNSS 衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)和 INS 慣性導(dǎo)航技術(shù)的相互補(bǔ)充，既能保證在小于 4 顆衛(wèi)星信號(hào)時(shí)，利用 INS 數(shù)據(jù)持續(xù)地得到高精度的位置、速度和姿態(tài)信息，也能保證在 INS 系統(tǒng)誤差變大的情況下，利用 GNSS 數(shù)據(jù)對(duì) INS 系統(tǒng)進(jìn)行修正，以持續(xù)輸出高精度的位置信息和姿態(tài)信息。

Interference Toolkit（ITK）

Interference Toolkit（ITK）是NovAtel OEM7新推出的干擾抑制技術(shù)，當(dāng)下復(fù)雜的電磁環(huán)境或其他電子設(shè)備易對(duì)GNSS信號(hào)產(chǎn)生干擾，ITK技術(shù)利用監(jiān)視器和濾波算法，可有效量化和剔除干擾信號(hào)，避免導(dǎo)航解算性能受到影響。

NovAtel PwrPak7D-E1一體式

MEMS 組合導(dǎo)航系統(tǒng)

NovAtel PwrPak7D-E1一體式 MEMS 組合導(dǎo)航系統(tǒng)，采用SPAN深耦合組合導(dǎo)航算法，支持SPAN Land Vehicle陸地車輛技術(shù)，支持ITK干擾抑制技術(shù)，555個(gè)GNSS信號(hào)跟蹤通道，支持GPS、Glonass、北斗、Gaileo全系統(tǒng)多頻解算，支持RTK和Terrastar星站差分技術(shù)，內(nèi)置WiFi和16GB存儲(chǔ)，支持雙天線和輪速傳感器功能，具有豐富的通訊接口，串口、USB、CAN、以太網(wǎng)等，易于客戶安裝集成。

SPAN Land Vehicle陸地車輛技術(shù)

SPAN Land Vehicle陸地車輛技術(shù)是NovAtel OEM7代產(chǎn)品在SPAN技術(shù)基礎(chǔ)上，利用車輛運(yùn)動(dòng)模型和專利天線相位檢測(cè)技術(shù)，針對(duì)智能駕駛等地面輪式車輛應(yīng)用中低速、城市峽谷、長(zhǎng)期失鎖等場(chǎng)景進(jìn)行了大量?jī)?yōu)化，顯著提升導(dǎo)航性能，滿足高精度定位要求的同時(shí)，通過(guò)算法提升來(lái)降低系統(tǒng)對(duì)IMU器件精度的要求，適合智能駕駛降成本的發(fā)展趨勢(shì)。