如今，在各种先进技术的支持之下，汽车和卡车的真实工况性能和稳健安全表现都有了大幅的提升。不过，除了常见的高级驾驶员辅助系统 (ADAS)、基于人工智能的机器学习技术、V2V/V2I通信、高分辨率3D街道地图以及数字双控制系统外，未来还有哪些技术将逐步突显，助力自动驾驶汽车的发展呢？

 

专家认为，新一代GPS（全球定位系统）卫星导航系统有潜力发展成为一种颠覆性技术。该技术可以精准定位车辆或卡车的实时位置，为自动驾驶汽车提供可靠性冗余误差不会超过5厘米。这种设计很有必要，因为随着时间的推移，传感器总有一天会出现某种程度的退化，甚至完全报废，也正是因为这个原因，汽车设计师总是会在汽车上部署多个传感器。

 

一旦“厘米级”GPS系统的成本下降至单价30美元以内，这种技术就可以作为一种有效的可靠性冗余，广泛应用于大量汽车中。

 

精确GPS

 

最近，科技市场分析机构ABI Reserch发布了一份针对超高精度卫星导航技术的预测报告，称低成本、高精度的GPS/GNSS（全球导航卫星系统）接收器可能将很快成为现实。

 

ABI公司首席分析师PatrickConnolly表示，到2021年，精密GPS将逐步登陆无人驾驶汽车、无人机，甚至智能手机。

 

“现在，汽车行业正在评估比较各种相互竞争的技术，但我们认为未来的汽车行业将逐步采用一种混合性措施，也就是说混合采用传感器、传感器融合和精确GNSS系统。”Connolly指出，“考虑到现阶段GPS接收器的单价已经下降至50美元以下，我们认为，未来的定位技术服务市场将得到一定发展，比如一些中高端车型内采用的人工现实和抬头显示器等。”此外，V2V通信也有可能有力推动自动驾驶汽车的发展。

 

Connolly表示，GPS只是作为备用，并不是主传感器。精密卫星导航功能预计可以提供可靠性冗余，为自动驾驶汽车的安全系统提供有力补充。Connolly指出，当然了，全球定位系统（GPS）也有一些自身固有的问题，比如信号阻塞、多路径干扰等等，但如果价格合适，这种定位系统绝对可以成为SAE 4级和5级自动驾驶车辆的有力助手。

 

GPS的工作原理

 

简单来说，GPS/GNSS卫星将按照设定轨道环绕地球运行，并向地面传送卫星和信号信息。接着，GPS接收器将接收到这部分数据，并利用“三边测量”的方法计算用户位置。

 

从本质上讲，GPS接收器可以比较信号的发送和接收时间，而后利用这种时差，或者说是“飞行时间”计算卫星的距离。GPS系统将从至少4颗卫星接收测距数据，其中3颗用于定位，1颗用于确定接收器的时钟偏移。

 

奥斯丁市德克萨斯大学副教授、该校无线电导航实验室主任Todd Humphreys表示，大多数手持GPS接收器均使用单频GPS信号，可以将定位误差控制在3m之内，而商用级映射接收器的误差大约在1m之内。

 

Humphreys教授解释说，测量级差分定位系统的精度最高，在工作时需要基站和探测器的支持，至少需要从4颗卫星接收信号。

 

Humphreys表示，即使附近没有基站，双频接收器仍可以通过一种名为“精准单点定位”的技术，综合利用精准卫星钟差、辅助“历元间”分析及电离层状态模型等外部信息，将精度控制在厘米级别。

 

Humphreys解释道，“但问题是，精准单点定位的效率很低，大概需要几十分钟才能收敛不到10CM的区域。”另一种定位方法是RTK定位。

 

传感器协助

 

ABI的Connolly指出，精密GNSS系统可通过多种手段将精度控制在1m之内，其中包括利用一个参考站网络。他表示，现阶段最大的问题并不是成本，而是“如何利用参考站提供的补充位置信息或其它来源，支持RTK或PPP定位的修正，进而实现可靠卫星导航系统的全球覆盖。这项工程耗资巨大，目前并无法看到清晰的投资回报。

 

工程师和技术人员想知道传感技术优化的潜力，以及这能将怎样减轻车辆自动控制系统在机器学习方面的负担。“如果你能用到更好的传感技术，你就能更轻松地解决更多与ADAS技术有关的问题。”Humphreys表示，举个例子，如果出现雨雪、大雾遮挡道路标记或道路边沿，甚至是在夜间视野不佳的情况，车辆的传感器和图像识别系统均有可能表现不佳。

 

Humphreys表示，下一代GPS就相当于地面上的“仪表飞行”技术”。除了成本更低外，“GPS系统的另一大‘优势’就是能够极大地减少这些系统计算修正所需的时间。”

 

去年，德州大学奥斯丁分校的创业公司Radiosense展示了精密卫星-导航定位系统在智能手机上的应用，获得了三星的项目支持。不过，Humphreys表示，这种解决方案很“脆弱”。

 

公司团队使用了多种复杂的信号处理技术，来处理数据输入并降低源自多路信号与射频信号阻塞的误差。目前，这家公司正在测试一款低成本的车道偏离预警系统，该系统可以从分布在市内多个位置的十几个基站获得实时修正。

 

下一代预测性GPS

 

如今，定位技术领域的竞争非常激烈，各路选手同场竞技，既有众筹创业公司，也有谷歌和阿里巴巴等互联网巨头。ABI公司称，目前的主要选手包括精密接收器供应商NovAtel、天宝导航（Trimble Navigation）、消费接收器制造商u-Blox、Skytraq Broadcom、高通（Qualcomm）意法半导体（ST Microelectronics），以及创业公司North Surving、NVS技术、REACH和SwiftNavigation公司。

 

举例而言，总部位于加州的Swift Navigation公司刚刚发布了最新Piksi Multi GNSS接收器。公司业务发展副总裁Rob Hrance表示，这款基于软件定义的接收器支持双频操作，能够以较低的成本提供快速RTK收敛和可靠的“厘米级”精密定位服务。

 

另外，一家名为EXO Technologies的以色列创业公司则开发了一种基于软件的技术。公司联合创始人及首席营销官Isaac Zafarani称，这种技术能够进行预测性修正，从而降低系统对互联功能的依赖，避免产生额外的计算量。他表示，EXO设备提供的卫星定位数据更方便，也就是说收集时间更短。

 

“我们绝大部分的GPS接收器均应用了实时修正，因此可以将精度控制在5到10cm。”Zafarani表示，“另外，我们的数据可通过互联网提供，支持全球覆盖。”