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怎樣實現真正的可信定位?

添加時間:2022-03-28 16:26:44 來源:斗室智庫

  數十年來,或者說是GPS問世以來,人們一直在不斷地討論定位系統的性能指標,但是至今一直不甚了了。因為每個系統都存在局限性,所以GPS當時定義的四大指標:可用性、精度、連續性和完好性。人們總覺得這四項性能指標,不太完整,同時又有一定程度的重復嫌疑。而且,從系統層面來說,其完好性性能也長期沒有解決。后來,發現GPS存在信號脆弱性軟肋,于是相當長一段時間以來,人們一直從事彈性PNT研究開發,目的是提高GNSS應用與服務終端的堅韌性,人們從室內外全覆蓋(或者說是泛在PNT)的概念,來探討韌性PNT技術與方法,其系統的解決辦法,在近些年來得到重大進步和突破。首先是GNSS多星座的兼容互操作讓GNSS應用服務升級到一個新的層次;接著,多傳感器多信源融合、天地基融合、室內外融合、導航與通信融合,讓泛在PNT的實現鋪平了一條康莊大道;未來,無所不在的時空信息應用服務,打開了個嶄新天地,為智能信息產業和中國服務國家品牌建設形成,奠定扎扎實實的發展基礎。

  當前,首當其沖的是要實現可信定位。何謂可信定位?解決定位問題,是實現自主化(或者說是自動化)平臺開發的關鍵步驟。為了實現高水平的自動駕駛,定位解決方案必須在所有的環境中(包括復雜的物理遮擋、電磁干擾、信號衰落、多徑效應和非視距傳播等條件下,以及GNSS信號可能會被降級或拒阻的挑戰區域中)都能夠實現高精度、高精準、高可靠定位,并且保證始終可用。可信定位在實現飛行器、機器人和自動駕駛汽車等無人系統和自主系統中,將具有廣泛的安全、社會和經濟效益。

  GNSS信號傳播復雜環境和惡劣的天氣條件下,需要融合多種傳感器,來保持無人系統(如自動駕駛汽車)自主平臺的車道級精度,同時又不會產生高成本阻礙廣泛采用。雷達是多傳感器集成方案中的一個具有吸引力的選擇,因為它對惡劣天氣具有魯棒性并且對照明變化不敏感。

  AUTO的多雷達集成版本,在緊密的非線性集成方案中使用慣性導航、實時運動學GNSS、里程計和高清地圖匹配,以及多個雷達傳感器。AUTO可以在所有城市環境下實時可靠地生成高精度和高速率的導航輸出。在模擬GNSS中斷期間的關鍵性能指標量化中,找到了保持長時間高精度的解決方案。

  多傳感器融合,例如將GNSS與慣性導航系統(INS)和里程計集成,可以利用不同傳感器的互補優勢和劣勢,在所有可用測量的情況下提供最佳解決方案。實時動態(RTK)GNSS是一種有價值且準確的信息來源,可在具有可靠RTK覆蓋范圍的區域提供高達厘米級的絕對位置更新。然而,GNSS在城市深峽谷中、地下停車場和隧道內仍然存在多路徑和遮擋與非視距傳播等一系列問題。INS始終可作為完全獨立的傳感器使用,并提供超過100Hz的高速數據更新的解決方案,但它會隨著時間的推移而產生漂移。這對于基于低成本微機電系統(MEMS)的傳感器來說,尤其是個十分重要的問題,GNSS高精度定位則可以糾正這些漂移誤差。不幸的是,在惡劣的城市峽谷環境中,GNSS信號遇到長時間的信號衰減或不可能正常應用,使得保持車道級高精度定位變得非常具有挑戰性。因此,正在探索尋找另一種感知傳感器,作為獨立信息源,并且可以集成到融合堆棧中。常見的這種感知傳感器,包括攝像頭和激光雷達等。它們可以提供場景的詳細信息,這對于對象檢測或地圖匹配非常有用。但是,相機會受到來自背光物體和場景的光線不足的影響,而惡劣的天氣的影響往往成為該傳感器的致命弱點。而雷達不受這些固有弱點的影響,無論天氣條件如何,都可以提供可靠的測量。雷達的缺點,特別是從地圖匹配的角度來看,是數據的稀疏性和激光雷達的低角分辨率。最近的技術進步已經減輕了其中一些限制,使雷達成為本地化定位的可行選擇。即使在雜亂的場景中,最先進的成像雷達,也可以在多個動態目標上以高更新率生成遠距離高分辨率信息。測量在4D域中進行,這包括距離、多普勒、方位角和仰角。

  AUTO由INS、GNSS、里程表和雷達與高清(HD)地圖在一個緊密集成的解決方案中融合而成,以提供車道級精度。AUTO軟件靈活支持多雷達配置,實現場景級360度覆蓋,提升定位精度。除了使用雷達系統進行定位外,在使用眾包技術時也可以使用雷達測繪。

  AUTO是一種實時集成導航系統,可為自動駕駛汽車和機器人平臺提供準確、可靠、高速更新和連續(始終可用)的導航解決方案。該軟件在其緊密的非線性集成方案中利用多項專利,將來自多個成像雷達的信息與INS/GNSS/里程計解決方案融合在一起。

  INS始終可用并支持100Hz的高速輸出。此外,基于MEMS的傳感器,可以以可承受的價格獲得并具有大批量可用性。基于這些優點,INS被用作AUTO導航的核心。同時執行準確的系統級時間同步以補償傳感器延遲。通過緊密的集成方案,AUTO解決方案可以以100Hz的頻率輸出完整的3D導航解決方案,使用所有可用的測量來計算可能的最佳解決方案,即使某些傳感器的更新率較低。

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  AUTO以可擴展的成本為自主陸基平臺提供高精度和可靠的定位。集成解決方案可以以與更昂貴的高端系統相媲美的競爭方式運行,在所有環境和條件下實現分米級精度的高速率解決方案。借助系統可用的傳感器陣列和冗余信息,它還可用于完整性監控應用。INS的自洽性始終允許系統在其他傳感器出現故障的情況下依靠INS定位。AUTO經過優化,可在其組件中使用汽車級MEMS IMU,解決方案的其它組成元素,包括高精度GNSS(RTK/PPP)、成像雷達、里程計/車速表(DMI/CAN/OBD-II)、氣壓計等。(關于AUTO及多傳感器整體解決方案,詳見《InsideGNSS》的文章“Multiple Imaging Radars Integrate with INS/GNSS via AUTO Software Reliable and Accurate Positioning for Autonomous Vehicles and Robots”)。

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