刘祥云
上海华测导航技术股份有限公司 上海市青浦区201702
【摘要】：导航技术为自动驾驶汽车技术发展中的主要技术，利用导航目标解算目前运动状态与位置，导航系统使目标状态相关参数为自动驾驶仪提供，以此实现导航目标正确控制与路线指引。针对现有导航技术，高精度定位导航方式成本比较高。在自动驾驶汽车应用研究商业化发展过程中，要是成本降低，从而开拓应用市场。所以，开发应用在自动驾驶汽车中低成本、高精度的定位导航技术尤为重要。北斗RTK技术在汽车自动驾驶中使用的精度比较高，具有重要实用价值。以此，本文就会自动驾驶中的北斗RTK技术使用进行分析。
【关键词】：北斗RTK技术；自动驾驶
在自动驾驶过程中，定位精度要精准到厘米级别，从而保证汽车与其他设备的安全性。但是，目前只是通过单一GPS定位的快速静态、动态测量要事后解算才能够得到厘米级精度，从而导致实时定位误差比较大，在驾驶过程中会出现安全事故。以此，本文分析基于北斗RTK技术在自动驾驶中的使用，利用实时动态定位RTK定位技术对测站点在指定坐标系三位定位结果进行分析，并且达到厘米级精度。
1自动驾驶汽车的定义
自动驾驶汽车又称智能汽车、自主汽车、自动驾驶汽车或轮式移动机器人，是一种通
过计算机实现自动驾驶的智能汽车。目前对于自动驾驶汽车的研究有两条不同的技术路线：一条是渐进提高汽车驾驶的自动化水平；另一条是“一步到位”的无人驾驶技术发展路线。由 SAE J3016 标准可以看出，通 常大家谈论的无人驾驶汽车对应该标准的 Level 4 和 Level 5 级。无人驾驶汽车是自动驾驶的一种表现形式，它具有整个道路环境中所有与车辆安全性相关的控制功能，不需要驾驶员对车辆实施控制。在我国，与无人驾驶汽车这个术语相关的概念还有智能汽车。相对于无人驾驶汽车概念，智能汽车定义涵盖的范围更广。无人驾驶汽车是一个复杂的、软硬件结合的智能自动化系 统，运用到了自动控制技术、现代传感技术、计算机技术、信息与通信技术以及人工智能等。
2商业RTK定位模块
由于光速的值很大，即使是少量的时间误差也会在计算过程中造成巨大的误差，所以每颗卫星都配备了高精度的原子钟。为了使误差降低，我们可以使用 RTK（实时运动定位）。
RTK 需要在地面上建立几个基站，每个基站都知道自己精确的地面位置，同时每个基站也通过 GPS 测量自己的位置，已知的地面位置与通过 GPS 测量的位置之间的偏差为 GPS 测量结果中的误差，然后基站将这个误差传递给其他 GPS 接收器，以供其调整自身位置的定位结果，使用RTK技术能够使GPS定位误差限制在10cm之内。
RTK技术主要发展技术为利用微处理器搭载RTK程序实现RTK定位结果结算，并且对动态定位计算，提供小型RTK模块应用到无人汽车中实现定位服务。目前欧美公司推出Piksi Multi开源板卡，实现汽车定位。EMLID推出REACH板卡，设置惯性单元，支持Wifi和蓝牙传输。此产品都能够使微处理器和接收机封装成为整体，部分产品还能够集成Wifi和蓝牙模块。在实际使用过程中以差分GPS原理，通过板卡使接收星天线作为基准站和移动站使用，利用电台、无线网在两块板卡中创建联络通讯，从而实现完整差分。再次过程中只需要一块板卡微处理器实现差分处理运算。RTK板卡在开机启动之后根据指定输出定位结果，以上板卡利用NMEA协议输出结果。对输出结果接收端要配置相应协议驱动，从而解析RTK定位结果使用。图1为RTK板卡定位系统。
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图1 RTK板卡定位系统
3 RTK在自动驾驶汽车中的使用
3.1北斗高精度定位测向接收机
P3北斗高精度定位测向系统是上海华测导航专为高精度定位测向应用领域而设计，该产品采用高精度GNSS OEM板卡与北斗载波相位差分技术，能同时接收BDS、GPS、GLONASS、GALILEO信号，支持双天线进行定位测向解算，并且能在恶劣环境（遮挡较严重）以及高动态环境下实现快速定位与测向，可应用于多种运动载体上，是智能交通、自动控制以及导航应用的理想选择。此产品主要特点为具有较强拓展性，接口和通信方式丰富。对于不同应用领域实现专业上位机软件的开发，操作直观，使产品可操作性与可用性得到提高。
3.2实时网络管理
在实时网络管理模块设计过程中，使用CPS软件实现。此软件为新一代分布式VRS软件，能够满足省、市级及全国性大区域CORS系统的解算和对外服务需要。对电离层误差、对流层误差、轨道误差以及多路径效应等误差在内的各种主要系统误差源进行了优化分析，建立整网的电离层延迟、对流层延迟等误差模型，为移动用户提供优化后的空间误差改正数。改进后的虚拟参考站能提供更可靠、精度更高的网络CORS服务。软件主要包括分布式软件、核心结算、数据流和数据质检转换模块构成。
此软件使用自主研发VNS算法，使进口板卡中的接收机钟差问题进行消除，提高移动站定位精度。另外，系统使用分布式解决方案，满足多服务器分布运行和核心解算软件与对外发布软件的内外网隔离，并且还能够接入百万级用户。软件利用参考站原始数据流数据存储，并且支持不同时长、采样间隔的数据存储。
3.3惯性导航设计
利用“三轴加速度计”传感器实现加速度测量，但是加速度计无法对计算车辆的位置和速度。加速度计根据车辆的坐标系记录测量结果，而后这些测量值被转换成世界坐标系，为了实现这种转换我们需要借助“陀螺仪”传感器。三轴陀螺仪的三个外部平衡环一直在旋转，但在三轴陀螺仪中的旋转轴始终固定在世界坐标系中，车辆通过测量旋转轴和三个外部平衡环的相对位置来计算其在坐标系中的位置。加速度计和陀螺仪为 IMU（惯性测量单元）的主要组件，主要特点为以高频率更新，其频率可达到1000赫兹，所以 IMU 可以提供接近实时的位置信息。但是也存在缺点，运动误差根据时间的增加而增加，只能依靠惯性测量单元在很短的时间范围内进行定位。但是，在设计过程中可以结合 GPS 和 IMU 来定位汽车，一方面，IMU 弥补了GPS 更新频率较低的缺陷；另一方面，GPS 纠正了 IMU 的运动误差。
3.4人机交互界面
系统主界面包括七部分界面部分为显示调节区，添加晚上和白天切换模式。左侧包括两部分，第一部分为界面主菜单区，包括厂商自检、信息、校准、功能设置等图表，在准备工作中使用；第二部分为警告提示区，此区域通过文字方式提示用户系统的警告、故障信息。右边设置快捷操作区，包括AB线设置、新建快捷任务等。最下方包括仪表盘去和手动自动切换按钮。窗体中间部分为作业状态区域，对汽车当前位置与行驶方向进行显示。
AB线的设置能够定义汽车行驶的路径，设备自动在地块规划三条和AB线平行的作业线路。在指定情况下，使目前AB线作业线路向左或者向右移动，使作业需求度得到满足。
创建单基站RTK，数据中心配置接收机参数，监控卫星情况，收集GNSS静态数据，并且实现数据传输，设置端口。主要作用为数据处理，分析基准站传输的数据，并且对数据解算，构成标准格式差分使定位信息改正，高精准定位数据发送到移动站中。
4结束语
使北斗RTK技术应用到自动驾驶中，提供高精度定位结果，并且在自动驾驶导航设计方案中使用。利用此方法能够实现数据通讯交互，使导航精度得到提高，对整体系统方案实现成本降低。
参考文献
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