北斗/GNSS高精度定位模块在无人车自动驾驶方面应用的解决方案

前言：

随着科学技术的不断发展，汽车保有量急剧增加，导致道路交通环境恶化，道路交通事故频发。目前，越来越多的先进技术应用到汽车先进辅助驾驶系统，通过高精度定位登等各种传感器采集道路环境信息，进而帮助驾驶员控制车辆避免可能发生的危险，提高行车安全性。无人车自动驾驶是智能交通的一部分，能有效的缓减驾驶员的工作负荷，降低交通事故发生率，提高道路和车辆的利用率。

无人车驾驶的原理

根据无人车GNSS导航系统的设计方案，搭建无人驾驶智能车系统平台。包括对GNSS、车载电脑以及其他设备的选取与安装；为整个系统设计合理的电源部分，具有体积小、安装方便、续航性好和可靠性高优点；基于串口通信技术完成GNSS接收机、上位机、底层控制之间的通信功能，实现数据的实时采集与处理。

制作符合无人车导航系统的电子地图，研究了车载GNSS数据采集解析、经纬度坐标与当地水平坐标的转换，并根据数据采集时车辆速度的快慢给出两种曲线拟合方法。

筛选出电子地图中更有价值的转向点，将导航分为直线导航和转向导航两种模式。无人车行驶时，车载电脑接收GNSS数据，提取经纬度、航向角信息，结合电子地图，确定车辆当前位置。直线导航模式依据上述信息计算车辆相对理想轨迹的偏离角β和偏离距S；转向导航模式则计算车辆理想转向角ε以及车辆距转向后轨迹的距离S。依据驾驶员驾驶经验为两种导航模式建立模糊控制决策，推导出系统的控制输出变量。

无人车驾驶的基本组成

GNSS定位定向接收机：GNSS是一种基于卫星的无线电导航系统，可以为自动驾驶系统提供时间和地理位置信息。然而，GNSS信号很容易被建筑物和山脉等障碍物阻挡，例如所谓的城市峡谷，GNSS在此类区域往往表现不佳。因此，惯性测量单元（IMU）通常被集成到GNSS终端设备中，以确保自动驾驶汽车在“城市峡谷”等地的定位。

传感器:安装在自动驾驶系统上的传感器通常用于感知环境。选择每个传感器是为了权衡采样率、视场、精度、范围、成本和整个系统复杂度。最常用的传感器有无源传感器(如摄像头)、有源传感器(如激光雷达、雷达和超声波收发器)和其他传感器类型，如全球定位系统、惯性测量单元(IMU)。

摄像头:通过收集反射到三维环境对象上的光来捕捉二维图像。图像质量通常取决于环境条件，即不同的天气条件，不同的光照环境，都会对图像质量产生不同的影响。计算机视觉和机器学习算法通常用于从捕获的图像/视频中提取有用的信息。

激光雷达:利用脉冲激光照射目标，通过分析反射脉冲，测量到目标的距离。由于激光雷达具有较高的三维几何精度，通常用于制作高分辨率的世界地图。激光雷达通常安装在车辆的不同部位以实现不同的作用，如顶部、侧面和前部。

雷达:通过发射电磁波并对反射波进行分析，可以准确地测量出目标的距离和径向速度。雷达特别擅长检测金属物体，当然雷达也可以检测非金属物体，比如在短距离内检测行人和树木。雷达已经在汽车工业应用多年，催生了ADAS功能，如自动紧急制动，自适应巡航控制等。

超声波传感器:通过测量发射超声波信号到接收回波之间的时间来计算到目标的距离，超声波传感器通常用于自动驾驶汽车的定位和导航。

硬件控制器:自动驾驶汽车硬件控制器包括转矩转向电机、电子制动助力器、电子节流阀、变速杆和驻车制动。车辆的状态，如车轮速度和转向角，可自动感知，并通过控制器区域网络(CAN)总线发送到计算机系统。这使得人类驾驶员或自动驾驶系统能够控制油门、刹车和方向盘。

GNSS定位系统搭建

基准站架设:

目前基站架设数据传输有两种传输方式:第一种就是4G/5G网络基站，通过网络进行数据传输，这种方案优势：范围大，距离长，只要有网络的地方都可以使用，劣势也很明显，在没有网络或者网络信号差的地方会影响数据的传输。第二种是使用电台作为传输方式，电台作为传输适用于类似园区有固定的测试场地使用，电台基站无法组网在没有网络的地方也可以进行，它的作业距离有限前期测试或有固定区域非常适用

基站设备选配：

固定基站：司南导航的M300 Plus接收机是针对建站监测领域应用而设计的一款高性能GNSS接收机，采用北斗高精度OEM板卡。主机内置Linux操作系统，采用高能效的Cortex-A5处理器，提供丰富的硬件接口和Web Server功能，支持接收机远程管理和配置，支持外接气象仪、倾斜仪等传感器，灵活丰富的数据传输模式，专业的防水防尘设计，环境适应性高，可广泛应用于基站架设、监测等领域。

便携式基站：T300 Plus GNSS接收机采用多模多频的RTK算法，目前已支持全系统全频点，支持多种星基增强信号（可扩展支持BDS全球信号）；集成电台、4G、蓝牙、WIF、存储、倾斜测量等功能模块于一体，使得接收机结构精致简约，小巧轻便；具备电子气泡功能，使测量更加便捷；更加高性能的处理器，使得数据处理能力更为强大；智能信号跟踪技术适应更加恶劣复杂多变的使用环境；全面兼容国内外主流数据报文、网络、电台等协议；双电池设计保证持久续航；工业IP67级防水防尘、坚固抗摔。

车载端设备选型：车载定位目前主要用的是实时动态RTK，其水平精度可达±8mm+1ppm，高程精度可达±15mm+1ppm。RTK基站与移动站之间的数传只需要保证基站数据传输到移动站，无需回传给基站，对于通讯设计上十分简便。

结合高精度电子地图以及自适应路径规划算法，GNSS可以无人车准确的定位定向，按路径规划自动行进，其可靠性已得到市场充分验证！

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