8 月 25 日，由蓋世汽車主辦、中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟自動(dòng)駕駛地圖與定位工作組協(xié)辦的“2020 第二屆自動(dòng)駕駛地圖與定位大會(huì)”隆重召開。本次會(huì)議主要聚焦高精地圖、高精度定位等自動(dòng)駕駛關(guān)鍵技術(shù)，共探產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展之路。下面是u-blox中國(guó)區(qū)資深市場(chǎng)經(jīng)理梅景浩在本次論壇上的發(fā)言。

首先我介紹一下u-blox，u-blox是一家總部在瑞士的公司，已經(jīng)成立20多年了，在全球有1千多名員工，它是以GPS的產(chǎn)品起家，我們現(xiàn)在已經(jīng)有了三條產(chǎn)品線，一個(gè)是定位產(chǎn)品線，一個(gè)是移動(dòng)通信產(chǎn)品線，還有一個(gè)是短距離產(chǎn)品線，這三條產(chǎn)品線都在汽車上有廣泛的應(yīng)用，其中應(yīng)有最多的是我們的定位產(chǎn)品，到2019年我們的定位接收機(jī)總計(jì)銷售了5億片。

我們今天來討論一下GNSS的精度主要來自于哪里。這里有一個(gè)比較簡(jiǎn)單的關(guān)于定位原理的描述，左邊和右邊分別有一個(gè)信號(hào)發(fā)射塔，發(fā)射出來信號(hào)就是圖上藍(lán)色的箭頭，右邊的發(fā)射塔發(fā)射出來一個(gè)橘黃色的信號(hào)，這兩個(gè)信號(hào)都會(huì)被接收機(jī)接收到，當(dāng)這兩個(gè)塔同時(shí)發(fā)射信號(hào)的時(shí)候， 接收機(jī)接收到信號(hào)會(huì)出現(xiàn)時(shí)間差，這就表征了接收距離上的差值。根據(jù)這個(gè)差值， 并且當(dāng)我們已知這兩個(gè)發(fā)射塔位置的時(shí)候，就可以根據(jù)右下角的公式算出來接收機(jī)的位置。 當(dāng)然這里是一維的結(jié)果。 這就是定位最基本的原理。 現(xiàn)在我們GPS的定位是這樣算的，包括手機(jī)無線定位也是這樣的原理，現(xiàn)在各種室內(nèi)定位方案也是根據(jù)信號(hào)傳輸時(shí)間來做的。

再進(jìn)一步解釋一下GNSS定位系統(tǒng)，因?yàn)樗谝粋€(gè)3D空間里面去找到它的經(jīng)度緯度以及它的海拔高度，同時(shí)因?yàn)镚PS接收機(jī)并不知道自己準(zhǔn)確的時(shí)間，所以說還有一個(gè)時(shí)間的差值，總共有4個(gè)未知數(shù)，那至少需要有4顆衛(wèi)星來列帶有4個(gè)未知數(shù)的方程，獲得一個(gè)準(zhǔn)確的定位解。 但是在實(shí)際的應(yīng)用中， 因?yàn)樘焐系男l(wèi)星距地球的高度是非常高的，衛(wèi)星的高度在2萬公里以上，那意味著什么呢？它們的高度是地球的赤道周長(zhǎng)的一半還要多，所以衛(wèi)星信號(hào)到達(dá)地面的時(shí)候，它的功率是非常低的。低到什么程度呢？低到現(xiàn)在手機(jī)信號(hào)的萬分之一甚至更低，這樣的話就對(duì)GPS的信號(hào)接收造成了比較大的挑戰(zhàn)。如果要達(dá)到一個(gè)比較高的定位精度的話，單靠4顆衛(wèi)星是很難的，通常需要更多的衛(wèi)星才能達(dá)到比較高的精度。

這里我們說一下GNSS是如何在這么弱的信號(hào)下面來獲取位置的。 首先是發(fā)射端的信號(hào)，它經(jīng)過了擴(kuò)頻，變成了1.023Mbps的碼流，然后在1.5G上面進(jìn)行調(diào)制。 接收端是一個(gè)逆向的過程，BPSK信號(hào)經(jīng)過解調(diào)， 恢復(fù)出基帶信號(hào)， 1.023Mbps，利用這個(gè)碼元， 在碼相位上面進(jìn)行追蹤，這樣的話就可以得到比較準(zhǔn)確的時(shí)間信息，利用時(shí)間信息和時(shí)間信息的差值，我們可以算出來接收機(jī)的位置。

這里有一個(gè)問題就是在GPS的信號(hào)結(jié)構(gòu)中，一個(gè)碼源的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的時(shí)間是比較短的，但是因?yàn)楣馑俸芨撸?碼元換算出來距離的話就變得非常長(zhǎng)，293米。 我們利用相位跟蹤技術(shù)，可以做到GPS的精度是3米左右，這也是傳統(tǒng)的手機(jī)以及車載導(dǎo)航里面的定位精度，這是GPS本身設(shè)計(jì)的精度。 但是這個(gè)精度對(duì)于自動(dòng)駕駛是不夠的，我們用一個(gè)3米左右的尺子去量我們的道路，這樣顯然不夠，必須要做到分米級(jí)的定位精度。

這個(gè)時(shí)候我們必須要在其他的地方想辦法，我們的GNSS專家們想出來的辦法就是載波技術(shù)，一個(gè)1.5G載波的波長(zhǎng)大概是19厘米，在載波上做相位追蹤可以做到更高的精度，就是我們常說的厘米級(jí)精度。但是剛才我們有提到過， 之所以要用擴(kuò)頻技術(shù)是因?yàn)槲覀兊男盘?hào)接收功率是非常低的，如果不做擴(kuò)頻的話很難達(dá)到好的效果。如果我們?cè)谳d波這一級(jí)進(jìn)行計(jì)算， 就沒有擴(kuò)頻的優(yōu)勢(shì)了，擴(kuò)頻的增益就全都沒有了。所以通過載波雖然解決了定位精度的問題，也必然引入另外一個(gè)問題， 就是信號(hào)強(qiáng)度，要在信號(hào)比較好的時(shí)候才能把載波恢復(fù)出來。

剛才我們討論的是GPS怎么樣才能達(dá)到一個(gè)更好的解析度，除此以外GPS本身在整個(gè)傳輸過程當(dāng)中并不是很理想，存在各種各樣的傳輸誤差，我們把誤差做了一個(gè)總結(jié)，大概分為兩部分，第一部分是共性的誤差，就是和衛(wèi)星發(fā)射相關(guān)的誤差，這是肯定會(huì)遇到的。 其中一個(gè)是衛(wèi)星軌道的誤差，衛(wèi)星軌道會(huì)有漂移，這個(gè)誤差大概在2.5米左右，同時(shí)衛(wèi)星上發(fā)射信號(hào)的時(shí)鐘也會(huì)有一些誤差，這個(gè)誤差大概在1.5米。

衛(wèi)星發(fā)射之后會(huì)經(jīng)過地球大氣層，大氣層中會(huì)有兩個(gè)方面的誤差，一個(gè)是由于電離層造成的誤差，電離層就是地球的外層大氣受到太陽風(fēng)的影響，被太陽風(fēng)電離形成了一個(gè)電離層，它很高，并且是在不斷變化的，因?yàn)樘栵L(fēng)在不斷變化，各個(gè)區(qū)域是不均勻的，當(dāng)前位置的電離層可能和幾十公里外的電離層不一樣，它的誤差大概在5米左右。另外就是對(duì)流層，這個(gè)層也會(huì)帶來一些誤差，主要是因?yàn)樘鞖猬F(xiàn)象帶來的折射和延遲造成的，它在1米左右，這些誤差在一定的范圍之內(nèi)是均勻的，我們可以說是在幾十平方公里的一個(gè)范圍內(nèi)是比較均勻的。

還有一部分是跟微觀環(huán)境相關(guān)的誤差，一個(gè)是由于地形地貌導(dǎo)致的多徑誤差，這個(gè)是導(dǎo)航和自動(dòng)駕駛中主要考慮的因素，因?yàn)樗恼`差比較大，而且在城市環(huán)境中這個(gè)誤差很難避免，誤差范圍可能在2到20米，有的情況下甚至可以到達(dá)上百米。 另外一個(gè)是接收機(jī)的噪聲，一個(gè)好的接收機(jī)噪聲可能在0.5米左右，這是我們現(xiàn)在對(duì)系統(tǒng)中誤差的分析。

總結(jié)一下，首先要能達(dá)到比較高精度要用載波技術(shù)。同時(shí)為了獲得更高精度我們必須盡量減少這里所列出的誤差。

我們來看看如何解決第一部分這些通用誤差，通用誤差的解決方法一般分為兩大類，一類是OSR， 也就是觀測(cè)域的校正服務(wù)，現(xiàn)在大家比較熟悉的RTK服務(wù)就是屬于這一類。 這一類的它的做法是什么呢？首先在地面上建很多個(gè)觀測(cè)站，這些觀測(cè)站的位置是已知的，根據(jù)這些已知的觀測(cè)站接收下來信號(hào)，就知道衛(wèi)星信號(hào)傳輸?shù)臅r(shí)候它應(yīng)該的傳輸時(shí)間和實(shí)際觀測(cè)到的傳輸時(shí)間，這兩個(gè)傳輸時(shí)間的差值就是修正信息，這就是常見RTK方法。這個(gè)做法是比較簡(jiǎn)單粗暴一點(diǎn)的，直接就把所有的誤差放在一起，不區(qū)分誤差是由衛(wèi)星引起的還是其他引起的，就放在一起形成一個(gè)修正數(shù)據(jù)，針對(duì)每個(gè)衛(wèi)星的修正數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到移動(dòng)端，移動(dòng)端不管是車還是其他的設(shè)備， 把誤差進(jìn)行修正，就可以得到一個(gè)比較高精度的定位。

這個(gè)辦法是比較簡(jiǎn)單有效的，但是有一個(gè)要注意的問題，因?yàn)樗菂^(qū)域性， 只給出當(dāng)前位置對(duì)流層、電離層的狀態(tài)修正值是怎么樣的，它無法給出針對(duì)比較大區(qū)域的修正值。 也就意味著，當(dāng)一個(gè)車開幾百公里的時(shí)候必須要經(jīng)過多個(gè)不同的參考站進(jìn)行修正，這個(gè)時(shí)候車必須要把自己的位置上報(bào)給RTK服務(wù)，RTK服務(wù)給出來針對(duì)當(dāng)前位置定制化的修正數(shù)據(jù)， 所以負(fù)荷比較大。 比如說上海這樣的大型城市里面有那么多車在走，可能對(duì)于通信網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器定制化的數(shù)據(jù)發(fā)送都會(huì)造成比較大的壓力。另外一個(gè)遇到的問題是覆蓋度。 在人員密集的地方應(yīng)該沒問題，基本上都會(huì)覆蓋到。但是在人員不是那么密集的地方，第一個(gè)是RTK本身基站的覆蓋可能不是很完整的，移動(dòng)新網(wǎng)絡(luò)的覆蓋也不一定完整，這兩者都會(huì)造成缺失RTK的修正數(shù)據(jù)。

除了OSR的方式以外還有另外一種方式，我們叫它SSR，是針對(duì)狀態(tài)空間域的修正。 它對(duì)于整個(gè)區(qū)域范圍、整體狀態(tài)做一個(gè)描述。 它同樣要建一些基站，比RTK要少不少，SSR服務(wù)商會(huì)根據(jù)這些基站來綜合建立一個(gè)比較寬泛的范圍中，比如說整個(gè)中國(guó)的修正模型，把這個(gè)模型的參數(shù)提取出來，通過IP網(wǎng)絡(luò)或者通過衛(wèi)星進(jìn)行廣播撥發(fā)。 它不再是定制化的數(shù)據(jù)，而是普適的，對(duì)于整個(gè)區(qū)域都是有效的數(shù)據(jù)。在接收機(jī)端通過L-band衛(wèi)星接收機(jī)把所有的參數(shù)接收后， 代入模型去恢復(fù)出來當(dāng)前接收機(jī)位置所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，可以得到一個(gè)比較準(zhǔn)確的位置。

SSR的好處是覆蓋比較好，進(jìn)行衛(wèi)星信號(hào)廣播就可以覆蓋廣大的區(qū)域。其次它也可以做到比較準(zhǔn)確的精度，不需要雙向通信，對(duì)于隱私起到了保護(hù)的作用。 現(xiàn)在，它有一個(gè)還不是很好的地方，就是每一家SSR服務(wù)商提供的模型和算法都是自有的，不像RTK一樣有一個(gè)通用的接口格式。

根據(jù)SSR服務(wù)播發(fā)的數(shù)據(jù)，它可以分為PPP、PPP-AR和PPP-RTK，PPP-AR是全球的覆蓋方案，它的定位時(shí)間大概在30分鐘左右，可以達(dá)到的精度是20厘米。 PPP-RTK比較適合我們現(xiàn)在自動(dòng)駕駛應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)大陸級(jí)的覆蓋，能夠在10秒鐘左右做到5到20厘米的定位精度，這個(gè)我們認(rèn)為在汽車上面是足夠的。

所以說我們認(rèn)為PPP-RTK是比較適合車載的SSR服務(wù)。針對(duì)這一技術(shù)我們推出了我們的NEO-D9S的接收機(jī)，它能夠接收到L-band衛(wèi)星信號(hào)，根據(jù)不同的參數(shù)配置可以接收不同頻段的信號(hào)， 配置起來很靈活。 同時(shí)它的尺寸比較小，功耗也比較低，比較適合大規(guī)模的市場(chǎng)應(yīng)用。

接下來看一下在自動(dòng)駕駛的場(chǎng)景下面，整個(gè)接收機(jī)的框架大概是什么樣子的。這里首先是一個(gè)SSR的校正服務(wù)，校正服務(wù)可以通過Internet或者衛(wèi)星廣播出去，D9S接收機(jī)將衛(wèi)星廣播的信號(hào)進(jìn)行接收，送到應(yīng)用處理器里面去做模型恢復(fù)和算法計(jì)算，然后把得到的修正數(shù)據(jù)傳送給GNSS接收機(jī)。 GNSS接收機(jī)可以利用這個(gè)數(shù)據(jù)獲得高精度定位。這是在衛(wèi)星信號(hào)比較好但是通信網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不是很好的情況下使用。 如果在一個(gè)城市環(huán)境中， 遮擋比較厲害，這時(shí)可能移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的效果更好，我們可以用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)將信號(hào)接收下來，做相同的解碼和定位操作。 這樣比較適合自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，因?yàn)樾Ｕ龜?shù)據(jù)有比較好的的覆蓋， 不同傳輸方式互為備份。

我們剛才討論了通用的誤差修正，而在一個(gè)城市環(huán)境里面，在一些比較有挑戰(zhàn)的環(huán)境下面，如何解決多徑誤差呢？ 前面提到過， 對(duì)于RTK或者SSR算法來說要達(dá)到高精度必須要用到載波相位，必須用非常好的信號(hào)。 第一個(gè)它的信號(hào)強(qiáng)度要高，第二它不應(yīng)該是一個(gè)經(jīng)過反射的信號(hào)，經(jīng)過反射以后信號(hào)就不準(zhǔn)了，信號(hào)的傳輸距離變了。另外一個(gè)要求是雙頻信號(hào)，這樣對(duì)它的定位精度和收斂時(shí)間都是有比較大的幫助。

現(xiàn)在市面上有兩種方案，一種是L1+L2的雙頻方案，一種是L1+L5的雙頻方案，我們推薦的是跨越了L2和L5的option A方案。 在L2上面它接收了GPS和GLONASS的衛(wèi)星， 這里有兩點(diǎn)提到的，在GLONASS的信號(hào)里面只有L2信號(hào)，而沒有L5信號(hào)的，對(duì)于GPS來說L2的信號(hào)是比較成熟的，L5的信號(hào)還在建設(shè)中，所以L2的信號(hào)更多一些。在L5上面 我們支Galileo的E5b和北斗的B2I以及我們未來會(huì)支持的B2b信號(hào)。通過這樣的一個(gè)option A，其實(shí)我們可以達(dá)到4個(gè)系統(tǒng)里面每個(gè)系統(tǒng)都是雙頻信號(hào)進(jìn)行接收的，這樣接收的衛(wèi)星數(shù)量可以達(dá)到最多。

在典型的城市環(huán)境下，RTK要做到直射的信號(hào)達(dá)到9個(gè)甚至更多，這樣才能達(dá)到比較良好的接收效果。我們計(jì)算了一下在歐洲的城市環(huán)境下面，不是很高的樓那種環(huán)境，我們能夠看到天上的衛(wèi)星數(shù)量：

曲線上面的這一條淺紅色是我們現(xiàn)在的option A能夠接收到的衛(wèi)星數(shù)量，這個(gè)里面還不包括今年北斗會(huì)正式運(yùn)營(yíng)的B2b信號(hào)，等到北斗B2b信號(hào)出來了以后整體的衛(wèi)星數(shù)量還要比現(xiàn)在的這一條線更高一些。下面的紅線是option B，它是L1+L5的方案，這里面缺乏了一部分的GPS雙頻信號(hào)全部GLONASS的雙頻信號(hào)，這樣對(duì)于高精度的RTK不是非常友好。

這里面很多人會(huì)問兩個(gè)問題。第一個(gè)問題就是為什么大家都在問L5的信號(hào)？我覺得L5的信號(hào)大家知道比較多是從手機(jī)先開始的，因?yàn)槭謾C(jī)是在碼相位那一級(jí)進(jìn)行處理，L5上面的確會(huì)有一些幫助，但是對(duì)于RTK來說，是否L5并不重要。 它必須要用直射信號(hào)，它對(duì)于碼相位并不是很關(guān)心，它要用載波相位，這個(gè)時(shí)候我們覺得第一重要的還是衛(wèi)星的數(shù)量，尤其是城市環(huán)境下面，受遮擋環(huán)境下面的雙頻衛(wèi)星數(shù)量，因?yàn)槌鞘协h(huán)境下衛(wèi)星數(shù)量是不足的。

同時(shí)還有另外一個(gè)問題，是不是衛(wèi)星數(shù)量越多越好呢？可以說衛(wèi)星數(shù)量的確是越多越好，但是這個(gè)里面也有邊際效應(yīng)的考慮。 如果衛(wèi)星數(shù)量超過了一定的數(shù)值，比如說超過20個(gè)，我們統(tǒng)計(jì)下來衛(wèi)星數(shù)量增加帶來的效益是可以忽略不計(jì)的，這個(gè)時(shí)候我們要去選取那些信號(hào)最好的衛(wèi)星以及它的幾何構(gòu)形，就是在天上分布，最優(yōu)的衛(wèi)星，這樣可以提高定位精度。所以通過我們的頻段和星系的選擇可以部分解決城市道路的遮擋問題。

這里我們有一個(gè)測(cè)試數(shù)據(jù)，這是我們?cè)跉W洲做的測(cè)試，在一個(gè)稍微開闊一點(diǎn)的城市環(huán)境里面做的測(cè)試，右圖是我們現(xiàn)在北斗在全球的覆蓋，在中國(guó)、歐洲以及美洲絕大部分的地區(qū)達(dá)到了6顆或者以上的衛(wèi)星， 可以做到基本的定位了，所以說北斗全球覆蓋其實(shí)是蠻好的。 我們?cè)跉W洲做測(cè)試的時(shí)候可以看出來如果GPS+GLONASS和GPS+GLONASS+Galileo+北斗進(jìn)行對(duì)比的話，這個(gè)區(qū)別還是很明顯的。不僅定位精度了有了提升， RTK fix rate有了明顯的提升。 所以我們推薦盡量用多系統(tǒng)解決方案， 尤其是北斗和Galileo兩個(gè)新系統(tǒng)， 很多人現(xiàn)在覺得這兩個(gè)系統(tǒng)還沒有完善， 但實(shí)際使用中的效果非常好。

除了多星系多頻段意外， 我們還在系統(tǒng)里增加了慣導(dǎo)方案，通過使用陀螺儀， 加速計(jì)， 輪速脈沖和我們專有的汽車動(dòng)態(tài)模型， 這樣的慣導(dǎo)方案可以在信號(hào)比較弱和信號(hào)中斷的情況下持續(xù)獲得車道級(jí)的定位，這就是我們的ZED-F9K解決方案，外面的展臺(tái)有相關(guān)的介紹，大家可以去參考一下。

這里是我們有一個(gè)在不同場(chǎng)景下面的測(cè)試數(shù)據(jù)，我們的ZED-F9K在開闊環(huán)境下可以達(dá)到一個(gè)厘米級(jí)的定位精度，CEP95是0.13米，這個(gè)對(duì)于自動(dòng)駕駛肯定是足夠了的。在城市環(huán)境下是在歐洲的一個(gè)小鎮(zhèn)上面，當(dāng)?shù)氐慕ㄖ锎蟾旁谖辶鶎?，但是建筑物之間的距離比較窄，大概就是雙向單車道，再加上旁邊人行道這樣的寬度，所以說天空的可視度并不是很高，這樣的環(huán)境下可以看到CEP 95是在0.54米， 也是可以支持自動(dòng)駕駛的。

最右邊一張圖是在巴黎的現(xiàn)代化區(qū)域，那邊的GPS信號(hào)其實(shí)很多時(shí)候是受遮擋非常嚴(yán)重的，沒有辦法進(jìn)行定位的，這個(gè)時(shí)候我們會(huì)切換到純慣導(dǎo)的定位，CEP95精度是1.7m，這個(gè)時(shí)候綜合其他的視覺或者是高精度地圖的輔助融合定位算法， 也可以很好的進(jìn)行定位。

綜合一下，通過我們的多星多頻GNSS系統(tǒng)和慣導(dǎo)，配合地基或者星基增強(qiáng)服務(wù)，我們u-blox可以提供整體的解決方案，做到一個(gè)自動(dòng)駕駛可用的分米級(jí)車道定位。
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