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高精度卫星定位“成本痛点”:RAC比RTK更务实「GGAI视角」

发布时间:2020-09-04 点击次数: 作者:admin

卫星定位已经非常普及了,低成本的方案有,高精度定位的方案也存在了很多年,但是现在汽车方向上,面临一个痛点问题:就是如何在实现高精度的情况下把成本降下来。

我们创造了一种新型的RAC(Realtime Array Calibration, 实时阵列校准)高精度卫星定位技术,仅采用普通的民用单频信号,就能实现亚米以及分米的定位精度。
这项技术(RAC)的应用,使高精度卫星定位摆脱对地基增强网的依赖,大幅度降低了成本,推动高精度卫星定位大规模的普及应用。


高精度定位迷局


卫星定位的信号源是来自万里之外的太空。
我们知道GPS的误差有多种的因素,像卫星轨道上信号源的误差,信号穿透电离层产生的偏差,以及到地面穿过树木、建筑物的遮挡、反射,都是造成定位偏差的来源。
到了终端以后,接收机终端又有车内环境和接收机本身电路的噪声所产生的偏差,所以最终造成了普通定位精度只有十米左右的定位精度。


智能汽车开发者当前面临高精度定位的迷局:绝对定位精度是不是真的需要厘米级?还是说厘米级是相对定位精度。另外,定位精度,还包括动态和静态两种不同的定义标准。
相对于普通测绘中的需求不同,汽车定位还包括车辆行驶方向、车道方向。比如可能特别的重要是需要严格的区分出当前汽车在哪一个车道上,如果只是在行驶方向上,绝对定位误差在两三米的情况下某些应用场景也是可以接受的,因为车上还有其他相对定位的传感器。


卫星定位精度对于智能汽车来讲,是一个新的课题。
有很多的卫星定位系统的星座、频率信号资源是可以用的,但是也确实混淆了一些概念,比如所谓的厘米级,市场上甚至有宣传过的 30个厘米定位精度的定位手机,就是能够达到厘米级定位的手机,采用双频、多频之类的,但是实际的效果又怎么样?还是混淆了很多的概念。


RTK的定位,传统上实现高精度的卫星定位一定要用RTK(差分),但RTK跟厘米级之间是不是能划等号,也是一个复杂的问题。


比如,无人机也用RTK,车载也用,都说自己是厘米的定位精度,但天线都不一样,在这个里面差别还是很大的。你拿到不同产品都是RTK的,产品手册上都写着是厘米级定位,不同厂家的方案为什么价格从从几千元到几十万都不等?这里面有很多因素需要智能汽车开发者去了解和思考。


RTK并不等于厘米级,在智能汽车这样一个场景下,现有的资源下应该信赖和使用到什么级别的高精度定位。申研认为是四个方面,就是精度、成本、使用范围、可用性。


RTK本身的应用场景,是固定基站和移动端,在RTK的覆盖信号范围内开阔地区,能够非常成熟,达到分米级甚至是静态厘米级的精度。


这种场景来讲,来源于测绘的场景,汽车的应用场景就不够用,因为汽车要到处行驶,把单个的基站变成N个地面参考站,站与站之间不是增加站就可以,还要连成网络,要有数据中心,均匀化的播发修正值高精度的修正数据。这就是地基增强网模式。


这种模式(RTK)需要依赖运营、建设,是一个巨大、长期的投入,当然现在形成了一个商业模式。RTK地基增强模式在智能汽车领域有八大痛点问题:
第一,用户购买终端硬件贵,差分技术及元器件实际上过去是应用测绘行业,硬件成本高。
第二,用户需缴服务费获得差分修正数据,这笔钱要交给地基增强网运营商。
第三,用户需缴通讯流量费用于用户端与增强系统间的数据传输,这笔钱要交给3G/4G运营商。
第四,数据保密问题,地基增强网是双向数据,用户位置数据会被运营方自动无偿获取。
第五,使用范围有限制:只在差分站覆盖范围内,实际上有保障可用信号的范围目前还非常有限。
第六,由于技术复杂,导致维权法律上取证难度大。出现事故后,在卫星网络、地基增强网络、3G/4G运营商、终端设备供应商之间难以鉴别划分责任。
第七,没有看到基于RTK差分技术的车规级卫星定位芯片量产上车。
第八,差分(RTK)技术所能实现的厘米级绝对定位,是源于测绘应用场景,只能在特定的环境(比如开阔地区)和条件下(比如静态)确保能够获得。
在智能汽车、机器人的实际应用场景中(城市环境、动态),地基增强网所能提供厘米级绝对精度不可确信。


什么是RAC


RAC,全称:Realtime Array Calibration, 实时阵列校准。采用RAC的方式,是天线阵列的多天线方式,只是采用普通单频的信号,不使用差分就能够定位到优于1米以下的精度。
真正来讲,免费的信号还是在L1(或B1)的频段上,在这个频段上信号是免费的,这些元器件也是最为廉价的。目前来讲,RAC在开阔地区和一般城市环境,动态的情况下实现20-60厘米的精度。

我们这个测试视频里,对于地上的方砖(25×25厘米),RAC定位接收机用测试软件画出来也是(25×25厘米)这个方块,所以认为RAC也能够实现厘米级的定位,但是只是自己跟自己比,就是相对定位可以达到厘米级。


但是,我们对外宣传的时候还是不敢妄称厘米级,因为在天台和空旷环境上能达到,但在树木下或者是城市环境内的话就难以保证达到这种厘米级精度。


通常来讲,要进行比对,就是用贵的专业的测绘级的RTK跟RAC进行比对,测试证明RAC能够满足车道级定位,并且表现出明显优于RTK的鲁棒性。


从全球的应用上来讲,在北京生产,可能把车卖到非洲,或者是卖到美国、欧洲,在这儿是分米级的、车道级的,到了全球任何地方都是车道级,和当地网络没有关系,在韩国首尔,美国等地的测试,都可以证实。
比如,在露天停车场这样的一个场景下,能够达到分米级的定位精度。也有第三方拿了设备做独立的评测,对这个而且是用统计学的方法,在不同的城市环境下做了一个统计的分析。


RAC卫星定位技术能够解决痛点问题:
第一,用户购买终端硬件价格低廉,BOM硬件成本低廉。
第二,无需差分修正数据支持。
第三,用户无需缴通讯流量费用于用户端与增强系统间的数据传输。
第四,数据保密问题,只为用户自己(车厂)所有。
第五,使用范围全球可用。
第六,产品质量责任清晰,由我方承担。
第七,采用成熟量产的车规级器件和工艺,符合汽车使用习惯,能够通过汽车前装车规级检测。
第八,RAC技术所能实现的厘米级相对动态定位精度(自己和自己比),超过RTK;和20-60厘米绝对动态定位精度(和RTK比,以RTK为基准)与RTK动态实际精度接近。在城市环境、树木遮挡、高架桥下、RAC动态定位稳定性鲁棒性比RTK好。


低成本RAC定位技术才是务实的标配


综上所述,RAC定位技术优势:高精度低成本、无地理范围局限性,全球可用。


现在RAC的落地情况,像车载监控类、机器人等等,都有量产的出货。在智能汽车包括无人驾驶和机器人等等这些方向,从L2到L4,从高速公路的应用到园区里面的低速小车,都有成功标配的案例。


RAC的应用场景,目前来讲是确保能够实现车道级的应用,智能驾驶定位精度有相对与绝对之分,激光雷达等传感器可以实现厘米级的相对定位精度,结合高精地图使用,并不需要GNSS必须提供厘米级的绝对定位精度。


但10米级的GNSS定位精度又肯定不够用。这个时候就需要RAC的绝对定位,实际上就是去区分一个车的前后左右的问题。
所以低成本RAC技术实现的亚米/分米级的绝对定位精度才是务实的标配。它足够车道规划、V2X、地图更新等场景应用且不可或缺。


当然,实际上RAC和RTK并不矛盾,是可以连一下固定基准站、校准一下,然后你就可以甩掉基准值随便用,当然我现在来看好像是不太需要。
RAC也能利用基准站校准,但是目前研判市场不需要。我们很多客户在预研演示阶段用RTK,进入量产阶段转而采用RAC。


申研表示,用单点定位做到这种定位的精度,经过很多客户验证了之后认为在智能汽车的大部分场景下可行。
现在行业内有一种趋势,由于高精度地图、激光雷达、视觉还有决策算法这些在不断改进,实际上对卫星定位精度的要求在务实、在弱化,并不是要求你一定要定到10厘米、20厘米以下。
很多的开发者现在正在向务实转变,知道RTK也实现不了。量产的时候可能对卫星定位精度的要求也就1米左右,但一定要求是低成本,全球可用。剩下的事是高精度地图、激光雷达等这些传感器去做厘米级的相对定位。