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高精度衛星定位“成本痛點”:RAC比RTK更務實「GGAI視角」

發布時間:2020-09-04 點擊次數: 作者:admin

衛星定位已經非常普及了,低成本的方案有,高精度定位的方案也存在了很多年,但是現在汽車方向上,面臨一個痛點問題:就是如何在實現高精度的情況下把成本降下來。

我們創造了一種新型的RAC(Realtime Array Calibration, 實時陣列校準)高精度衛星定位技術,僅采用普通的民用單頻信號,就能實現亞米以及分米的定位精度。
這項技術(RAC)的應用,使高精度衛星定位擺脫對地基增強網的依賴,大幅度降低了成本,推動高精度衛星定位大規模的普及應用。


高精度定位迷局


衛星定位的信號源是來自萬里之外的太空。
我們知道GPS的誤差有多種的因素,像衛星軌道上信號源的誤差,信號穿透電離層產生的偏差,以及到地面穿過樹木、建筑物的遮擋、反射,都是造成定位偏差的來源。
到了終端以后,接收機終端又有車內環境和接收機本身電路的噪聲所產生的偏差,所以最終造成了普通定位精度只有十米左右的定位精度。


智能汽車開發者當前面臨高精度定位的迷局:絕對定位精度是不是真的需要厘米級?還是說厘米級是相對定位精度。另外,定位精度,還包括動態和靜態兩種不同的定義標準。
相對于普通測繪中的需求不同,汽車定位還包括車輛行駛方向、車道方向。比如可能特別的重要是需要嚴格的區分出當前汽車在哪一個車道上,如果只是在行駛方向上,絕對定位誤差在兩三米的情況下某些應用場景也是可以接受的,因為車上還有其他相對定位的傳感器。


衛星定位精度對于智能汽車來講,是一個新的課題。
有很多的衛星定位系統的星座、頻率信號資源是可以用的,但是也確實混淆了一些概念,比如所謂的厘米級,市場上甚至有宣傳過的 30個厘米定位精度的定位手機,就是能夠達到厘米級定位的手機,采用雙頻、多頻之類的,但是實際的效果又怎么樣?還是混淆了很多的概念。


RTK的定位,傳統上實現高精度的衛星定位一定要用RTK(差分),但RTK跟厘米級之間是不是能劃等號,也是一個復雜的問題。


比如,無人機也用RTK,車載也用,都說自己是厘米的定位精度,但天線都不一樣,在這個里面差別還是很大的。你拿到不同產品都是RTK的,產品手冊上都寫著是厘米級定位,不同廠家的方案為什么價格從從幾千元到幾十萬都不等?這里面有很多因素需要智能汽車開發者去了解和思考。


RTK并不等于厘米級,在智能汽車這樣一個場景下,現有的資源下應該信賴和使用到什么級別的高精度定位。申研認為是四個方面,就是精度、成本、使用范圍、可用性。


RTK本身的應用場景,是固定基站和移動端,在RTK的覆蓋信號范圍內開闊地區,能夠非常成熟,達到分米級甚至是靜態厘米級的精度。


這種場景來講,來源于測繪的場景,汽車的應用場景就不夠用,因為汽車要到處行駛,把單個的基站變成N個地面參考站,站與站之間不是增加站就可以,還要連成網絡,要有數據中心,均勻化的播發修正值高精度的修正數據。這就是地基增強網模式。


這種模式(RTK)需要依賴運營、建設,是一個巨大、長期的投入,當然現在形成了一個商業模式。RTK地基增強模式在智能汽車領域有八大痛點問題:
第一,用戶購買終端硬件貴,差分技術及元器件實際上過去是應用測繪行業,硬件成本高。
第二,用戶需繳服務費獲得差分修正數據,這筆錢要交給地基增強網運營商。
第三,用戶需繳通訊流量費用于用戶端與增強系統間的數據傳輸,這筆錢要交給3G/4G運營商。
第四,數據保密問題,地基增強網是雙向數據,用戶位置數據會被運營方自動無償獲取。
第五,使用范圍有限制:只在差分站覆蓋范圍內,實際上有保障可用信號的范圍目前還非常有限。
第六,由于技術復雜,導致維權法律上取證難度大。出現事故后,在衛星網絡、地基增強網絡、3G/4G運營商、終端設備供應商之間難以鑒別劃分責任。
第七,沒有看到基于RTK差分技術的車規級衛星定位芯片量產上車。
第八,差分(RTK)技術所能實現的厘米級絕對定位,是源于測繪應用場景,只能在特定的環境(比如開闊地區)和條件下(比如靜態)確保能夠獲得。
在智能汽車、機器人的實際應用場景中(城市環境、動態),地基增強網所能提供厘米級絕對精度不可確信。


什么是RAC


RAC,全稱:Realtime Array Calibration, 實時陣列校準。采用RAC的方式,是天線陣列的多天線方式,只是采用普通單頻的信號,不使用差分就能夠定位到優于1米以下的精度。
真正來講,免費的信號還是在L1(或B1)的頻段上,在這個頻段上信號是免費的,這些元器件也是最為廉價的。目前來講,RAC在開闊地區和一般城市環境,動態的情況下實現20-60厘米的精度。

我們這個測試視頻里,對于地上的方磚(25×25厘米),RAC定位接收機用測試軟件畫出來也是(25×25厘米)這個方塊,所以認為RAC也能夠實現厘米級的定位,但是只是自己跟自己比,就是相對定位可以達到厘米級。


但是,我們對外宣傳的時候還是不敢妄稱厘米級,因為在天臺和空曠環境上能達到,但在樹木下或者是城市環境內的話就難以保證達到這種厘米級精度。


通常來講,要進行比對,就是用貴的專業的測繪級的RTK跟RAC進行比對,測試證明RAC能夠滿足車道級定位,并且表現出明顯優于RTK的魯棒性。


從全球的應用上來講,在北京生產,可能把車賣到非洲,或者是賣到美國、歐洲,在這兒是分米級的、車道級的,到了全球任何地方都是車道級,和當地網絡沒有關系,在韓國首爾,美國等地的測試,都可以證實。
比如,在露天停車場這樣的一個場景下,能夠達到分米級的定位精度。也有第三方拿了設備做獨立的評測,對這個而且是用統計學的方法,在不同的城市環境下做了一個統計的分析。


RAC衛星定位技術能夠解決痛點問題:
第一,用戶購買終端硬件價格低廉,BOM硬件成本低廉。
第二,無需差分修正數據支持。
第三,用戶無需繳通訊流量費用于用戶端與增強系統間的數據傳輸。
第四,數據保密問題,只為用戶自己(車廠)所有。
第五,使用范圍全球可用。
第六,產品質量責任清晰,由我方承擔。
第七,采用成熟量產的車規級器件和工藝,符合汽車使用習慣,能夠通過汽車前裝車規級檢測。
第八,RAC技術所能實現的厘米級相對動態定位精度(自己和自己比),超過RTK;和20-60厘米絕對動態定位精度(和RTK比,以RTK為基準)與RTK動態實際精度接近。在城市環境、樹木遮擋、高架橋下、RAC動態定位穩定性魯棒性比RTK好。


低成本RAC定位技術才是務實的標配


綜上所述,RAC定位技術優勢:高精度低成本、無地理范圍局限性,全球可用。


現在RAC的落地情況,像車載監控類、機器人等等,都有量產的出貨。在智能汽車包括無人駕駛和機器人等等這些方向,從L2到L4,從高速公路的應用到園區里面的低速小車,都有成功標配的案例。


RAC的應用場景,目前來講是確保能夠實現車道級的應用,智能駕駛定位精度有相對與絕對之分,激光雷達等傳感器可以實現厘米級的相對定位精度,結合高精地圖使用,并不需要GNSS必須提供厘米級的絕對定位精度。


但10米級的GNSS定位精度又肯定不夠用。這個時候就需要RAC的絕對定位,實際上就是去區分一個車的前后左右的問題。
所以低成本RAC技術實現的亞米/分米級的絕對定位精度才是務實的標配。它足夠車道規劃、V2X、地圖更新等場景應用且不可或缺。


當然,實際上RAC和RTK并不矛盾,是可以連一下固定基準站、校準一下,然后你就可以甩掉基準值隨便用,當然我現在來看好像是不太需要。
RAC也能利用基準站校準,但是目前研判市場不需要。我們很多客戶在預研演示階段用RTK,進入量產階段轉而采用RAC。


申研表示,用單點定位做到這種定位的精度,經過很多客戶驗證了之后認為在智能汽車的大部分場景下可行。
現在行業內有一種趨勢,由于高精度地圖、激光雷達、視覺還有決策算法這些在不斷改進,實際上對衛星定位精度的要求在務實、在弱化,并不是要求你一定要定到10厘米、20厘米以下。
很多的開發者現在正在向務實轉變,知道RTK也實現不了。量產的時候可能對衛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圖、激光雷達等這些傳感器去做厘米級的相對定位。




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