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自动驾驶汽车需要高精度组合导航系统

文章出处:新闻资讯 责任编辑:深圳市广陵达科技有限公司 发表时间:2024-12-04 15:51:37

      放手是汽车行业发展的必然趋势。随着越来越多的智能驾驶功能成为汽车的出厂标配,如何提高自动驾驶汽车的安全性和准确性?什么将支持自动驾驶车辆的整体路径规划?这些已成为汽车行业的共识问题。


      什么是高精度组合导航系统?

      自动驾驶汽车没有集成导航系统的缺点

      我们以限制场景下自动停车的实现为例。高精度组合导航系统依赖于传感器系统返回的周围环境数据。处理中心代替人脑向控制系统发出指令。最终通过执行器实现自动停车。然而,随着停车场景的扩大,道路复杂程度不断增加。仅由传感器系统收集的数据不足以支持更高级别的驾驶策略。

高精度组合导航系统用于无人车导航测试


      在自动驾驶中的作用

      如果把地图导航和视觉传感器比作汽车的“眼睛和耳朵”,那么高精度组合导航系统则可以视为无人驾驶系统的“小脑”,增加了“整体控制和平衡”的能力。 ”到车上。通常以GNSS获取定位卫星信号,辅以地面参考站差分信号,结合INS测量车辆自身三轴加速度和三轴角速率进行轨迹估计。这三种方法协同工作,可以准确捕获车辆周围环境、路况和行驶轨迹的信息。


      为什么GNSS+RTK+INS能够赋予汽车“全局掌控”的能力?

      GNSS/全球导航卫星系统

      GNSS 也称为全球卫星导航系统。它为用户提供全天候的三维坐标、速度、空间和时间信息,如中国的北斗和美国的GPS。高精度 GNSS 测量需要使用载波相位观测。


      RTK/实时运动定位

      RTK定位技术是一种基于载波相位观测的动态定位技术。它可以进行实时差分改正,提供地球坐标系下的三维定位结果,精度达到厘米级。高精度卫星差分定位技术高度依赖无线信号和通信链路。


      INS/惯性导航系统

      如果在城市峡谷、林荫道、立交桥下等信号差的场景中行驶,惯性导航系统将在汽车“盲区”时发挥非常重要的作用。当没有GNSS信号时,INS主要依靠惯性测量单元(IMU)中的三轴MEMS加速度传感器、三轴陀螺仪和求解电路。 IMU根据DR算法输出车辆的定位和姿态数据,并计算下一时刻的导航状态。


      IMU/惯性测量单元

      标定技术帮助IMU实现最大性能

      高精度IMU在性能要求上有一个特点,那就是“没有尽头”。除了汽车行业之外,IMU还应用于机器人自主移动等领域,例如基于视觉的实时定位和地图构建(VSLAM/VIO)。 VSLAM/VIO基于摄像头获取RGB和地图深度信息,同时还集成了IMU传感器用于定位辅助。


      DAISCH做了一些性能对比测试。两个陀螺仪零偏置不稳定性分别为 3.5°/h 和 6.3°/h 的 MEMS IMU 与双目视觉相结合,用于 VSLAM 构建。测试结果表明,在严格控制其他变量的情况下,随着步行距离(每圈约550m)的增加,不同样本的轨迹渲染性能会出现较大差异。


      根据50次重复测试的对比数据,零偏不稳定度为3.5°/h的样品A在准确性和重复性方面具有显着优势。其误差经过累加后表现出较好的稳定性。在没有轮速里程表辅助的场景中,依然可以实现5米左右的箱图分布。


      为什么需要校准?

      IMU基于DR算法输出车辆定位和姿态数据。 DR算法的精度取决于IMU中陀螺仪和MEMS加速度计的精度。由于计算模块积分计算时存在累积误差,误差会随着时间的增加而线性增大。此外,在实际应用中,高频振动还会降低INS组件中IMU硬件的可靠性和精度。这是汽车场景对高精度IMU标定技术需求不断增加的主要原因。


      实验数据表明,校准后随温度漂移的零偏误差可降低至0.01dps,较校准前提高1-2个数量级。在传感器的全量程内,比例因子误差范围可从3%降低到0.3%,提高了1个数量级。正交误差也可以从1%降低到0.01%,提高了2个数量级。


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