格纳微科技:MEMS惯性-卫星组合导航系统,解决自动驾驶定位的两大痛点

发布时间:2019-10-12 08:53阅读次数:


随着5G、人工智能、智能传感器和汽车行业的飞速发展,自动驾驶技术已经成为业界焦点,自动驾驶的价值逐渐凸显并将改变人类的生活,下面便是其中的7个方面:



国内外主流车企都在进行自动驾驶技术的研发,诸多整车厂也在逐步普及L2.5以上的辅助驾驶,成为自动驾驶商业化落地的前奏。


在主流自动驾驶解决方案中,惯性-卫星组合导航系统和摄像头、激光雷达、毫米波雷达等传感器共同来帮助车辆完成自主定位导航。


1. 摄像头:主要用于车道线、交通标示牌、红绿灯以及车辆、行人检测。

2. 毫米波雷达:具有作用距离远、侦测速度和距离精度高、立体空间探测能力、环境适应性强、性价比高等特点,广泛的应用在盲区侦测、变道辅助、自动紧急刹车、自适应巡航等ADAS系统(高级驾驶辅助系统)中,在更高阶的自动驾驶系统中更是不可或缺的核心传感器之一。

3. 激光雷达(LiDAR):LiDAR是Light Detection And Ranging的简写,意为激光探测与测量。激光雷达主要通过发出脉冲激光探测目标,同时负责接收激光束的组件单元进行数据整合,二者通过不断地发射与接收,让系统通过算法感测记录周围环境,为下一步的车辆操控建立决策依据。利用激光脉冲可以生成细粒度的高分辨率图像、地图,以及为自动驾驶导航建立周围环境。

4. 惯性-卫星组合导航系统:充分利用惯性导航系统和卫星导航系统的优点,基于最优估计算法融合两种导航数据,获得最佳的导航结果;尤其是当卫星导航系统无法工作时,单独利用惯性导航依然能够确保系统在较长时间内的正常工作,提高了系统的稳定性和可靠性。


高精度组合定位已经成为自动驾驶的“刚需”,但日益多样化的导航定位需求和越来越复杂的应用环境,对组合导航的定位精度也提出了更高的要求。由于定位设备安装在车上,一方面,它可以搭载更丰富的定位传感器来解决特殊场景的问题;另一方面,各个传感器之间相互固连,有利于高精度算法设计,这两点为车载定位进一步提高导航精度提供了可能。


隧道、城市峡谷、高架、地下车库一直是车载定位的痛点,原因是当车辆行驶在以上复杂环境中,卫星信号被遮挡或干扰,导致定位精度的下降,甚至形成定位的盲区。



一、自动驾驶定位的两大痛点


1.位置漂移:是指在城市峡谷、高架等环境中,卫星信号受遮挡或干扰引起的定位点漂移。

2.无法定位:是指在无卫星信号区域(地下停车场、隧道等)卫导定位精度低甚至形成定位盲区,导致出口误差大。



二、惯性-卫星组合导航系统


针对以上问题,应用于自动驾驶、辅助驾驶等场景的惯性-卫星组合导航系统产品越来越受到重视,因为惯导恰好可以弥补卫导定位的短板。


立交桥、城市峡谷等卫星信号有遮挡环境下,卫导定位精度由观测环境决定难以改善,但通过惯导信息对卫导定位数据的平滑,可有效遏制轨迹漂移问题,室外定位轨迹更加连续、平滑。

隧道、地下车库等纯室内、地下环境,利用惯导推算可实现较长时间的自主、准确定位。

整个室内外定位的效果跟里程系统误差、陀螺零偏的标定精度,尤其是与组合导航算法性能密切相关。



三、格纳微解决方案


格纳微科技推出的“MEMS惯性-卫星组合导航系统”,利用高精度MEMS(微机电系统, Micro-Electro-Mechanical System)陀螺、加速度计及多模多频GNSS(全球导航卫星系统,Global Navigation Satellite System)接收机,实现快速高精度定向和组合导航功能,实时解算载体的位置、航向、姿态、速度等信息,抗遮挡、多路径干扰,实现山区隧道、城市峡谷、高架等环境中车辆的长时间、高精度、高可靠性导航。支持GNSS实时RTK(实时动态/载波相位差分技术,Real-time kinematic)功能,提供标准化用户通用协议,具备良好可扩展性。

产品附件包括馈线、天线等,可选配地面端RTK参考站、4G 通信模组、机载/车载安装支架等。








四、产品测试对比


为了测试格纳微“MEMS惯性-卫星组合导航系统”(双天线)的性能,我们分别在隧道、高架场景下,和业内自动驾驶公司选用较多的几款同类产品进行了测试对比。



测试 1

测试场景:石家庄某高架桥

测试内容:格纳微产品与某国内竞品产品测试对比




格纳微产品与某竞品产品测试的结果如图2中红色轨迹和白色轨迹所示,在高架桥下卫星信号受遮挡的情况下,竞品产品位置漂移很明显,而格纳微产品在受遮挡的情况下定位持续、准确。


图2:石家庄某高架测试结果局部放大图


测试 2

测试场景:长沙绕城高速梅溪湖隧道

测试内容:格纳微产品和进口竞品产品E、N测试对比



数据分析:


图4: 三种组合导航产品位置时间曲线


三种组合导航产品的位置时间曲线如图4所示。其中第1850秒到第2056秒为进出隧道时间,第2390秒到第2568秒为返回时进出隧道时间。为了方便分析测试数据,已将经纬度转化成米(方向为北东),将GPS时间统一转化成从测试开始为坐标原点的相对时间。


图5:去往梅溪湖方向出隧道后三种组合导航产品位置时间曲线


进一步分析组合导航产品去往梅溪湖隧道方向,在出隧道后一段时间内对位置修正的曲线如图5所示。观察到,产品N和E均出现了很大波动,格纳微产品则无明显波动。在东向位置上产品N最大波动达到21米,产品E最大波动达到38米,格纳微产品最大波动为7米;北向上产品N最大波动25米,产品E最大波动38米,格纳微产品最大波动2米。


图6:返回公司方向出隧道后三种组合导航产品位置时间曲线


从梅溪湖隧道返回公司方向,在出隧道后一段时间内对位置修正的曲线如图6所示。观察到,产品N和E均出现了很大波动,格纳微产品波动很小。在东向位置上产品N最大波动达到21米,产品E最大波动达到6米,格纳微产品最大波动小于1米;北向上产品N最大波动34米,产品E最大波动8米,格纳微产品最大波动5米。



测试3

测试场景:麓谷企业广场园区和地下车库

测试内容:格纳微产品与某国内竞品产品测试对比


图7:不接里程计的情况下,高楼园区和地下车库环境定位性能对比测试


在地下车库等无卫星信号的区域,某国内竞品产品的测试轨迹(如图7左图所示)漂移很明显;格纳微产品的测试轨迹(如图7右图所示)平滑、准确,且重复绕圈路线定位轨迹重复性较好。


测试结论:

从测试数据分析来看,格纳微产品的定位性能要优于某国内竞品产品以及国外竞品产品N与E,特别是在自动驾驶比较关注的“位置漂移”、“无法定位”两个点上表现相当给力。




点击观看MEMS惯性-卫星组合导航

园区及地下车库测试视频



五、总结


格纳微一直立足于为行业客户解决痛点问题、创造价值。在自动驾驶、辅助驾驶领域,公司将专注于利用高精度MEMS陀螺、加速度计及多模多频GNSS接收机,深挖组合导航算法,与自动驾驶方案提供商、整车厂密切合作,积累大量路测数据并不断迭代、提升算法性能以及产品稳定性、可靠性,助力自动驾驶、辅助驾驶技术在不同的应用场景尽快落地。



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