高精度低時延城市交通定位系統檢視原始碼討論檢視歷史
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高精度低時延城市交通定位系統隨着技術的發展,自動駕駛一躍成為了現階段炙手可熱的研究方向,而我們 的項目「新司南」也由此應運而生。在這套定位系統[1]高精度、低延時、強穿透的 技術實現下,希望能夠解決現有自動駕駛技術領域對於定位超高精度的要求而產 生的技術難題,趕超國際現有前沿定位技術。
技術要點
「新司南」系統通過將超寬帶技術和 TDOA 定位算法結合,設計出適用於「全 天時、全天候」的社會道路智能駕駛的高精度定位系統。
超寬帶技術
超寬帶 UWB 技術是一種脈衝無線電技術,與利用載波信號來傳輸數據的傳統通信技術不同,是通過收發設備之間的皮秒級(1 皮秒=10- 12 秒)極短脈衝 來完成數據的傳輸。優點是:
1 、系統延遲低,信號傳輸快,系統算法先進;
2 、發射功率低,具有非常強的系統安全性,有效延長設備的待機時間,對 人體的電磁波輻射極小;
3 、抗干擾能力強,不會對同一環境下的其他設備產生干擾;
4 、穿透性較強,能在穿透一堵磚牆的環境進行定位;
TDOA 算法
TDOA 定位算法是一種利用時間差進行定位的方法,通過計算信號到達三個基站的時間差,即可確定信號發出位置。
在 TOA 算法中為實現一次定位,每個 Anchor 和 Tag 之間要進行兩次通信。這 種定位的優勢在於其實現的便捷性和對硬件的寬容。但其定位速度較慢,且由於 每次通信的質量無法保證,而一對 Anchor/Tag 又無法做自我的校準,精度也會 受到影響。
TDOA 算法一次測距是由兩個 Anchor 和一個 Tag 實現的。在這種模式下, 多個時鐘完全同步的 Anchor 同時接受來自一個 Tag 的包,對於不同位置的 Anchor , 同一個 Tag 的同一次廣播包到達的時間是不同的,利用時間差進行測 量與計算。
對比傳統的 TOA 算法即以到達的絕對時間來確定信號位置的算法,用多個 基站接收到信號的時間差來確定移動台位置,與 TOA 算法相比他不需要加入專 門的時間戳。TDOA 算法的通信次數需求減少,使得定位延遲明顯縮短,且系統 定位精度也獲得了很大提高。
UWB 定位技術
將「新司南」所用的 UWB 定位技術與其他技術在實際應用場景中進行對比, 詳見圖 2-6.通過讀圖可以看出 UWB 技術定位系統定位準確度更高。RFID、紅外 線技術僅僅只能定位到兩位巡警在檢疫處區域內,WIFI、ZigBee 技術相較於前者 定位區域更為精確,能定位到兩位巡警在檢疫處靠外側區域內,而使用藍牙技術[2] 時,能夠發現其在靠近廁所附近區域。但使用我們的 UWB 技術進行定位時,可 以非常準確的定位出兩位巡警在檢疫處男廁所內肩並肩。通過實例對比分析更加 可以看出,當下智能駕駛領域環境感知方面市場所使用的 RFID、WIFI、ZigBee 等技術僅僅只能獲得模糊的定位信息,但 UWB 技術的定位精確不僅能獲得更為準 確的位置信息,還能通過更精確的定位信息獲得兩個人之間的狀態信息。這對於 智能駕駛在社會道路應用是極為重要的,由此看出 UWB 技術的精度對於智能駕 駛中的環境感知方面更能滿足需求。
創新點
我們當前的定位系統都是監控類的系統,被定位對象自身並不知道自身位置, 所有位置信息均匯聚在服務器上,由服務器計算被定為對象的位置坐標;但高精度 低時延系統則反過來,被定位對象自己計算位置,知道自身在坐標系統中的精確位 置,這樣大大縮短了定位延遲。在「新司南」設計的系統中,其能滿足社會道路應用中無線擴展、模式靈活 的需求。其自主開發的 API 接口,並且採用標準的控制接口,能夠做到系統的 二次開發,如可外接定位系統和導航系統。「新司南」的高精度、低延時、強穿 透的性能為定位系統和導航系統提供了堅實的技術底層支撐。在模式方面,其能 做到定位模式靈活與導航模式靈活。在定位模式方面,其可以滿足多種維度的定位需求, 比如一維、二維、三維、零維。在導航模式方面,其不僅能夠做到導 航靈活,也能滿足人們對於路徑規劃的需求。國內對於 5G 的研發已經較為成熟,5G 的鋪設也即將開始,考慮到 5G 鋪設的 密度與「新司南」的鋪設密度相似,「新司南」的相關產品會設計成模塊化進而 與一些布網的廠商達成合作聯合布設。對於廠商而言,加入「新司南」的模塊化 產品會增加他們最終產品的附加值,並能在智能駕駛領域的定位系統方面形成絕 對的競爭力,進而帶來額外的利潤。對於「新司南」而言,可以通過較少的成本 投入帶來全網的鋪設完成,進而形成 RSU 的絕對優勢。
參考文獻
- ↑ 關於定位系統都有哪些?RTK、GPS、GNSS有什麼區別?,搜狐,2020-07-29
- ↑ 一文看遍藍牙技術的演變和發展史 ,搜狐,2019-09-02