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怎么解决自动驾驶汽车进隧道信号丢失问题

2021-10-22 10:53:00

蘑菇说：日常驾驶中，每当开进地库、隧道、山区，最头疼的事就是信号没了。自动驾驶汽车进隧道会丢信号吗？怎么解决信号丢失问题？本期蘑菇说为你解答。

城市中的高楼大厦、绿树成荫的道路、隧道、地下通道和桥梁……它们有一个共同点：GPS信号弱。在这些场景中，高楼会导致无线电波从周围环境反射形成多条信号路径，干扰卫星信号，地面阻隔会带来信号衰减。

在无法获得卫星提供的定位与导航信息时，手机会失联，自动驾驶汽车的情况会更糟糕：偏离轨道，直接带来安全隐患。

接下来就是INS（惯性导航系统，简称“惯导”）出场的时候。相较于GPS依赖于与3颗以上的卫星信号连接，惯导是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。

惯导的历史最早可追溯到1940年代调整飞行中火箭方位角的尝试。它的原型包括一台模拟计算机、一个加速度计和两个陀螺仪。

加速度计用于测算车辆带方向的位移，也就是行程。牛顿第二定律告诉我们加速度=速度/时间。由此，行程与时间的关系也显而易见：速度=行程/时间。这就将加速度与行程联系在一起了。

行程和速度通常不能直接通过仪器测量获得，但加速度可以通过加速度计测量。只要有瞬时加速度，就能知道每时每刻的行程了。

但现实世界是三维立体的，加速度无法判断车辆的空间姿态。所以还需要一个测量角度加速度的传感器——陀螺仪。陀螺仪形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在坐标系中，并且测量载体的角速度，得出运动朝向。

不需要任何外部信号的惯导系统是自动驾驶汽车定位的最后一道安全防线。不过，即使靠惯导填上高楼、隧道卫星信号丢失的坑，自动驾驶的GPS定位还有一个历史遗留问题：精确度不够。

GPS定位的原理是测量卫星到车载天线的距离，综合多颗卫星数据算出接收车辆位置。万里高空的信号传输天然存在时差。在开阔的天空条件下，手机GPS信号精度能精确到2米左右。但自动驾驶对定位精度的要求是厘米级的。

这时就轮到地面上的卫星定位系统——RTK高精度定位发挥作用。RTK利用地面基准站与流动站之间的观测误差，实时校正地表接收卫星信号的天然时差。

目前大部分自动驾驶定位方案都采用GPS+RTK+INS，三者互为冗余。这时更大的挑战变成了让高精定位模块低成本、大规模部署。一座RTK地面基站通常只能覆盖周边10-20公里，这也意味着高精定位要伴随自动驾驶方案落地逐步完善。

INS与RTK在过去大多用于专业测绘或军事领域。能够在GPS丢失后10秒内提供车道级定位的惯导价格普遍在数十万，成为除激光雷达之外自动驾驶汽车的另一个成本瓶颈。

一些自动驾驶公司对关键定位部件的研发已经取得突破。蘑菇车联自研的RTK高精定位基站采用高性能板卡和高精度陀螺仪，将厘米级高精定位的行业平均成本压缩50%。这将帮助它在一些落地城市快速投入运营。

伴随着整个自动驾驶系统向高安全、高集成、大批量部署的方向发展，自动驾驶的高精定位系统也将在实践中扮演好一座“行走的信号塔”的角色。