本文作者 | Stefania Sesia博士，Phd，u-blox汽車應用市場主管

導言

現(xiàn)狀

若讓衛(wèi)星定位在汽車應用中發(fā)揮出重要的作用，定位的可信度是前提條件。

全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)(GNSS)技術已經(jīng)為我們的生活帶來了很多利好，定位導航只是其中一方面，而隨著我們進入自動駕駛時代，這種積極影響還會表現(xiàn)在更多方面。

事實

GNSS定位方法自1990年創(chuàng)立以來一直沿用至今。首先接收機需接收至少四顆GNSS衛(wèi)星信號，并計算其信號以光速從衛(wèi)星軌道傳播至接收機所需的時間，然后根據(jù)衛(wèi)星發(fā)射信號時的精確位置，接收機可通過信號傳播時間轉換成的距離來確定自身的坐標。

然而，雖然基本方法沒有改變，但GNSS衛(wèi)星、接收機以及支持性基礎設施、服務和算法在過去30年里已有顯著的改進。

在上世紀90年代，GNSS接收機體積大、速度慢，主要還是供軍方使用。而現(xiàn)在，這類硬件不僅性能越來越穩(wěn)定，而且根據(jù)不同應用場景，GNSS接收機的尺寸甚至可以縮小到毫米級。

在本文中，我們將回顧GNSS技術隨著自動駕駛時代的到來而逐漸發(fā)展成熟的過程。我們還將探討這些技術正如何改變車輛導航解決方案、助力自動駕駛汽車普及。最后，我們將討論支持GNSS的自動駕駛汽車對于整個行業(yè)的影響。

1. GNSS在車載導航中的未來前景

現(xiàn)狀

GNSS技術最初是以衛(wèi)星導航形式運用到車輛中，現(xiàn)在幾乎所有新車都能提供組合導航解決方案。然而，幾乎所有使用這項技術的用戶都相信導航解決方案盡管已經(jīng)很成熟，但目前仍有改進的空間。

其中一個常見問題是，在車輛點火之后，我們往往需要長時間等待GNSS接收機確定其位置，以便導航系統(tǒng)提供前往目的地的最優(yōu)路線。

響應能力是其中一個挑戰(zhàn)，另一個挑戰(zhàn)則是精度。現(xiàn)在的車輛導航系統(tǒng)可以有效定位車輛所在的道路，預計未來能夠定位其所在車道，這是實現(xiàn)更精準導航和增強現(xiàn)實抬頭顯示器(AR-HUD)等新型應用的先決條件。

AR-HUD可以在駕駛員視線區(qū)域內顯示導航引導、碰撞警告、交通狀態(tài)等相關信息。

解決方案

這兩個挑戰(zhàn)正通過技術解決方案得以解決。

例如，為了提高響應能力，GNSS接收機可以使用A-GNSS（輔助GNSS）通過高帶寬蜂窩通信網(wǎng)絡下載定位所需的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，從而避免星歷下載速度慢導致的操作延遲（半分鐘或更長時間）。

此外，通過存儲車輛的最后位置并在系統(tǒng)初始化時進行檢索，可以提高導航性能和改善用戶體驗。

同時，現(xiàn)在大多數(shù)GNSS接收機能夠同時追蹤GPS、GLONASS、Galileo和北斗等多個全球GNSS星座，增加了衛(wèi)星接收的數(shù)量，這使得GNSS接收機在城市峽谷深處也能實現(xiàn)高精度定位。

此外，在多個頻段上追蹤衛(wèi)星信號也帶來了更多好處，包括減輕帶電對流層中產生的衛(wèi)星信號延遲，以及減少GNSS信號到達接收機途中的建筑物反射影響，這是導致定位誤差的兩個最重要原因。

但即使是多星座、多頻段GNSS接收機也無法持續(xù)提供AR-HUD所需的車道級定位精度。為了穩(wěn)定提供車道級定位精度，GNSS接收機需要實時GNSS校正數(shù)據(jù)，來校正衛(wèi)星鐘差和軌道誤差以及其他誤差源。

事實

汽車制造商已經(jīng)開始嘗試精密單點定位實時動態(tài)(PPP-RTK)校正服務和GNSS接收機所用的相關算法，預計不久的將來這類汽車就會投放到市場上。

在此之后，接收機還需要能夠處理服務可用性中斷（例如在通過隧道時）的問題。慣性導航解決方案將慣性傳感器（加速計和陀螺儀）和車輛傳感器的數(shù)據(jù)提供給GNSS接收機，以便在衛(wèi)星信號中斷時持續(xù)定位。

最后，導航解決方案需要一種方法來衡量從GNSS接收機接收到的衛(wèi)星數(shù)據(jù)質量。有些最新研發(fā)的接收機提供保護等級（這個概念源于航空工業(yè)）的附加輸出，可以提供對定位誤差上限的估計。

這樣一來，如果GNSS信號質量暫時較弱導致定位偏差過大，AR-HUD和車載導航系統(tǒng)會收到通知。

2. GNSS在自動駕駛中的未來前景

現(xiàn)狀

如果說在度假途中不用擔心迷路是件好事，那么不必親自駕車就更是一件美事了。

盡管全自動駕駛汽車真正投入市場還需要數(shù)年時間，但高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)如今在大多數(shù)主要汽車制造商的生產線上已經(jīng)很常見，這類系統(tǒng)提供越來越多的功能來支持駕駛員，但同時仍需要駕駛員自主控制車輛。

事實證明，從高級ADAS功能轉變?yōu)檎嬲挥醚劬绰贰⒉挥秒p手扶方向盤的自動駕駛，這個過程比預想的要困難。

事實

越來越多車廠已經(jīng)意識到GNSS技術對于ADAS至自動駕駛這一轉變過程的重要作用。在全自動駕駛功能完全普及之前，這類車輛很可能會在道路網(wǎng)絡的專用路段和嚴格運行條件下投入使用。

例如高速智能駕駛（Highway Chauffeur）能在精確配置地理圍欄的高速路段上實現(xiàn)車輛自主駕駛。

確定是否已滿足啟用自動駕駛功能的條件至關重要，因為假設您并沒有在高速公路上，而是在旁邊的鄉(xiāng)村公路上行駛，那么您不會希望使用高速駕駛功能駕駛汽車。

錯誤識別自動駕駛功能的所謂運行設計域會導致難以估量的嚴重后果，所以相比上文所說的車道級導航應用，這對GNSS接收機的要求要苛刻得多。

接下來GNSS技術的發(fā)展趨勢很可能涉及安全定位解決方案的開發(fā)。這些解決方案必須符合功能安全的行業(yè)標準，確保用戶能夠詳細了解車輛軟硬件可能發(fā)生的各種故障，并且可以檢測和減輕這些故障。

此外，用戶還需要充分了解這些技術本身固有的弱點，例如反射、弱信號或錯誤操作的影響。最后，這些解決方案必須能夠抵御網(wǎng)絡攻擊。

隨著自動駕駛汽車在復雜環(huán)境中安全通行能力的提高，車輛提供的每項功能的運行設計域將不斷擴大，直到最終覆蓋所有環(huán)境下的整個道路網(wǎng)絡。到那時，全自動駕駛將隨時隨地全程與您相伴。

假設這種場景會成為現(xiàn)實，那么需要多久才能成為現(xiàn)實，誰也說不準。盡管如此在其成為現(xiàn)實之前，自動駕駛仍將影響企業(yè)的運營方式。事實上，這種影響已經(jīng)開始顯現(xiàn)。

自動駕駛汽車帶給企業(yè)的好處顯而易見，即減少人員成本和運營成本，提高安全性，并且優(yōu)化了整體效率。

例如，車隊所有者將受益良多，他們可以最大限度延長車輛投入運行的時間，同時可以節(jié)省保險費和駕駛員薪資，也可能通過遠程管理而代替駕駛員完全不用駕駛員，以抵消自動駕駛汽車最初的高額成本投入。

落地案例

遠程監(jiān)督的機器人出租車已經(jīng)在世界各地的多個城市聲名鵲起，這就是一個很好的例證。

卡車運輸業(yè)可能成為最先采用這項技術的行業(yè)，業(yè)內許多知名企業(yè)都在積極開發(fā)其自動駕駛卡車。雖然自動駕駛長途卡車可能還需數(shù)年才能成為現(xiàn)實，但多項試驗已經(jīng)證明自動駕駛技術在港口、高速公路和其他公共道路應用的可行性。

此外，編隊駕駛（車隊中幾輛卡車自動相互跟隨）已經(jīng)在減少阻力、節(jié)省燃料和減少二氧化碳(CO2)排放方面表現(xiàn)出潛力。

3. 隨著自動化程度的提高，GNSS的作用日益重要

現(xiàn)狀

僅僅三十年時間里，GNSS技術已經(jīng)有了一段傳奇的歷史。雖然這項技術初衷是軍事應用，但很快就被汽車和運輸行業(yè)以及測量和精準農業(yè)等行業(yè)所采用，后來又運用到智能手機、智能手表以及大量消費電子設備和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備中。

GNSS最初幫助我們在駕車時找到前往目的地的最快路線，我們相信最終它能幫助我們實現(xiàn)自動駕駛。

隨著汽車越來越多的功能依賴于高精度安全定位，GNSS接收機和所有相關的定位服務只會變得更加重要。

?審核編輯 黃宇