关于自动驾驶的10个误区

 

1.GPS是唯一的卫星导航系统

        提起卫星导航定位,我们自然而然会想到GPS,因为GPS是发展最早的全球卫星导航系统(GNSS)。但实际上,随着GNSS的迅猛发展,目前已经建成或正在建设的GNSS还包括中国的北斗、欧盟的伽利略和俄罗斯的GLONASS。此外,印度和日本也分别建立了自己的区域卫星导航系统IRNSS和QZSS。这些系统主要依靠空间卫星及其无线电信号,为全球范围内的用户提供导航、定位和授时等相关服务。

图1 全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System)由若干个不同的星座组成,数十颗卫星环绕地球运行。一辆自动驾驶汽车需要连接其中至少三个,才能成功对其位置进行三角定位。

2.高精度GNSS接收机能够完全满足汽车定位需求

        一个工业级高精度多频多模的GNSS接收机在大多数情况下可提供米级精度。在信号不受遮挡的开阔地区,这些系统能够为车辆提供较为精准的位置信息(图2)。

图2 GNSS接收器可以为多种自动化应用(包括汽车、机器人、建筑和农业机械)提供精确定位

        然而,城市峡谷、绿树成荫的街道、隧道和地下通道等会长时间阻断GNSS卫星信号,中断定位。在信号中断期间,就需使用惯性测量单元(IMU)对车辆进行辅助定位。

图3 行驶在隧道中的汽车需使用惯性测量单元(IMU)进行辅助定位

3.所有汽车传感器都用来感知外界信息

        与摄像机、激光雷达、雷达和超声波传感器相比,IMU就是一种不需要外界信息或信号的传感器。IMU可测量加速度(重力和运动)和车辆角速度。与GNSS接收机结合时,IMU可提供完整的定位方案,确定车辆的位置和姿态。IMU还可在GNSS信号中断期间通过航迹推算提供车辆位置信息。

4.GNSS在自动驾驶汽车应用中已足够精确

        拥有150多个频道的最佳双频GNSS接收机可以跟踪天空中的每一个定位卫星信号,但其定位精度仍会受到卫星轨道和时钟误差,以及信号在传播过程中大气扰动的影响,这些误差会大大限制其定位精度。

        RTK技术可使用附近固定基站接收并观测到的卫星信号进行差分更正处理,并以无线传输的形式提供校准的定位信息,获得厘米级的定位精度,从而达到自动驾驶汽车的定位要求。

5.MEMS陀螺仪足够满足高精度定位需求

        如今,许多汽车都配有基础的定位导航系统,包括GNSS接收机和MEMS陀螺仪,但这些系统的精度和可靠性尚不能满足L3及其以上自动驾驶汽车的需求。高精度GNSS接收机与具有冗余功能的高精度IMU(如新纳三重冗余OpenIMU330)结合,加上RTK差分更正处理,才能够提供满足自动驾驶需求的厘米级定位。

6.GNSS可以在室内和地下停车场中工作

        GNSS定位是一种基于卫星的导航系统,对卫星信号接收环境要求极高。在室内,GNSS信号会被建筑物的屋顶和墙壁减弱或散射,从而变得不可靠,在很大程度上无法使用。

7.高精度IMU可在GNSS中断后维持几分钟的定位

        虽然基于MEMS的高精度IMU已经非常准确可靠,但IMU的性质决定了其误差必会随着时间累积,通常情况下会在GNSS中断60秒内产生米级的误差。基于光纤陀螺仪的IMU能够做的更好,但非常昂贵,无法达到汽车商用的成本。

8.城市峡谷无妨GNSS定位

        城市峡谷是大城市中心密集的高层建筑群形成的峡谷状环境(图4)。在此环境下,不仅会阻断GNSS信号的传播,还会反射卫星导航信号至接收机,从而改变信号的传播方向、振幅以及相位等,给自动驾驶定位带来了全新挑战。

图4 由于GNSS信号被阻断和反射,城市峡谷给自动驾驶定位带来了全新挑战。    

9.自动驾驶汽车只需要激光雷达、摄像机和雷达传感器

      激光雷达、摄像机和雷达等传感器可以识别车辆周围的标记和物体,属于感知型传感器。而自动驾驶汽车同时需要定位型传感器,包括GNSS接收机和IMU。集成了高精度IMU和GNSS/RTK接收机的组合导航系统(图5)能够提供厘米级定位,从而满足自动驾驶汽车的定位需求。

图5  新型组合导航系统可以为自动驾驶汽车提供厘米级的精确定位

10.黑暗环境、雪、雨和雾会影响所有汽车传感器

        相机可能会受到黑暗环境或阳光直射的影响。激光雷达和雷达可能受到雨、雪或雾的影响。然而,IMU不受外部环境干扰,因此我们称之为自动驾驶系统的定海神针。

 

关于新纳传感系统有限公司

        新纳传感系统有限公司是全球领先的MEMS传感解决方案提供商,产品线包括基于磁阻薄膜的高频率高带宽电流传感器、高性能代码开源惯性测量单元(IMU)、高精度实时动态(RTK)导航系统和厘米级精度定位服务。公司在中国无锡设有研发与生产基地,并在波士顿、芝加哥和硅谷设有全球研发中心。请访问新纳官网www.aceinna.cn了解更多信息。