汽車定位系統(tǒng)是如何實現(xiàn)精準定位的？

汽車定位系統(tǒng)實現(xiàn)精準定位主要依靠多種技術(shù)和設(shè)備的協(xié)同工作。

首先是通過 GPS 衛(wèi)星系統(tǒng)，車輛上的 GPS 接收器接收至少四顆衛(wèi)星發(fā)送的包含時間戳和軌道信息的信號，比較信號到達時間來計算與衛(wèi)星的距離，從而確定車輛的精確位置。

但衛(wèi)星幾何分布、信號傳播路徑中的干擾，比如建筑物、樹木、障礙物導致的信號反射或衰減，還有大氣條件影響信號傳播速度等，都會影響 GPS 定位的準確性。

為提高可靠性，現(xiàn)代車輛常配備 A-GPS 系統(tǒng)，它能預(yù)加載衛(wèi)星數(shù)據(jù)和利用移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，在信號弱或衛(wèi)星可見性差時也提供更快速準確的定位服務(wù)。

除了 GPS，還有其他定位方式。比如慣性導航定位，利用慣性傳感器如陀螺儀、加速度計測量車輛加速度和角速度，再通過積分推算位移和航向變化，但精度取決于傳感器精度和初始狀態(tài)確定程度，一般誤差較大。

自動駕駛車輛往往采用多傳感器融合定位方式，比如將 RTK GPS 的輸出與 IMU、汽車自身傳感器如輪速計、方向盤轉(zhuǎn)角傳感器等融合。IMU 全稱慣性測量單元，通常由陀螺儀、加速劑和算法處理單元組成，能通過對加速度和旋轉(zhuǎn)角度的測量得出自體運動軌跡。

組合導航需先對慣導系統(tǒng)做初始校準，包括借助參考導航系統(tǒng)給慣導系統(tǒng)初始位置值、速度值，通過 IMU 本身測量值或借助測量儀器獲得初始姿態(tài)角，對四元數(shù)和坐標轉(zhuǎn)換矩陣進行初始化。

此外，高精度定位還采用慣性導航 INS，自動駕駛常用基于光纖陀螺的 IMU 精度高但成本高，用于精度要求高的地圖采集車；基于微機電系統(tǒng)器件的 IMU 體積小、成本低、環(huán)境適應(yīng)性強但誤差大，應(yīng)用于自動駕駛車輛需復(fù)雜處理。

全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng) GNSS 是基于測距的絕對定位方案，輸出誤差不隨工作時間和載體運動變化，其特點是從單頻單系統(tǒng)向多頻多系統(tǒng)轉(zhuǎn)變，提高了可靠性與可用性，在民用領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，但基于衛(wèi)星定位，定位的影響因子多，信號易受干擾。

高精地圖與線上激光 lidar 點云匹配定位能實現(xiàn)絕對定位和厘米級高精度，但依賴高精地圖。

里程計獲取車輪信息分外接和內(nèi)置，外接分辨率和精度高但結(jié)構(gòu)復(fù)雜可靠性難保證，內(nèi)置無需外接設(shè)備但精度低誤差大，用于自動駕駛車輛需多重處理。

結(jié)合車輛運動特性的運動約束能保證極端情況下定位結(jié)果不產(chǎn)生極大誤差。

多傳感器融合定位包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、基于激光雷達數(shù)據(jù)和高精地圖的匹配定位、四個核心模塊、安全相關(guān)模塊等。