本文作者 | Stefania Sesia博士，Phd，u-blox汽車應用市場主管

導言

現狀

若讓衛星定位在汽車應用中發揮出重要的作用，定位的可信度是前提條件。

全球導航衛星系統(GNSS)技術已經為我們的生活帶來了很多利好，定位導航只是其中一方面，而隨著我們進入自動駕駛時代，這種積極影響還會表現在更多方面。

事實

GNSS定位方法自1990年創立以來一直沿用至今。首先接收機需接收至少四顆GNSS衛星信號，并計算其信號以光速從衛星軌道傳播至接收機所需的時間，然后根據衛星發射信號時的精確位置，接收機可通過信號傳播時間轉換成的距離來確定自身的坐標。

然而，雖然基本方法沒有改變，但GNSS衛星、接收機以及支持性基礎設施、服務和算法在過去30年里已有顯著的改進。

在上世紀90年代，GNSS接收機體積大、速度慢，主要還是供軍方使用。而現在，這類硬件不僅性能越來越穩定，而且根據不同應用場景，GNSS接收機的尺寸甚至可以縮小到毫米級。

在本文中，我們將回顧GNSS技術隨著自動駕駛時代的到來而逐漸發展成熟的過程。我們還將探討這些技術正如何改變車輛導航解決方案、助力自動駕駛汽車普及。最后，我們將討論支持GNSS的自動駕駛汽車對于整個行業的影響。

1. GNSS在車載導航中的未來前景

現狀

GNSS技術最初是以衛星導航形式運用到車輛中，現在幾乎所有新車都能提供組合導航解決方案。然而，幾乎所有使用這項技術的用戶都相信導航解決方案盡管已經很成熟，但目前仍有改進的空間。

其中一個常見問題是，在車輛點火之后，我們往往需要長時間等待GNSS接收機確定其位置，以便導航系統提供前往目的地的最優路線。

響應能力是其中一個挑戰，另一個挑戰則是精度。現在的車輛導航系統可以有效定位車輛所在的道路，預計未來能夠定位其所在車道，這是實現更精準導航和增強現實抬頭顯示器(AR-HUD)等新型應用的先決條件。

AR-HUD可以在駕駛員視線區域內顯示導航引導、碰撞警告、交通狀態等相關信息。

解決方案

這兩個挑戰正通過技術解決方案得以解決。

例如，為了提高響應能力，GNSS接收機可以使用A-GNSS（輔助GNSS）通過高帶寬蜂窩通信網絡下載定位所需的衛星數據，從而避免星歷下載速度慢導致的操作延遲（半分鐘或更長時間）。

此外，通過存儲車輛的最后位置并在系統初始化時進行檢索，可以提高導航性能和改善用戶體驗。

同時，現在大多數GNSS接收機能夠同時追蹤GPS、GLONASS、Galileo和北斗等多個全球GNSS星座，增加了衛星接收的數量，這使得GNSS接收機在城市峽谷深處也能實現高精度定位。

此外，在多個頻段上追蹤衛星信號也帶來了更多好處，包括減輕帶電對流層中產生的衛星信號延遲，以及減少GNSS信號到達接收機途中的建筑物反射影響，這是導致定位誤差的兩個最重要原因。

但即使是多星座、多頻段GNSS接收機也無法持續提供AR-HUD所需的車道級定位精度。為了穩定提供車道級定位精度，GNSS接收機需要實時GNSS校正數據，來校正衛星鐘差和軌道誤差以及其他誤差源。

事實

汽車制造商已經開始嘗試精密單點定位實時動態(PPP-RTK)校正服務和GNSS接收機所用的相關算法，預計不久的將來這類汽車就會投放到市場上。

在此之后，接收機還需要能夠處理服務可用性中斷（例如在通過隧道時）的問題。慣性導航解決方案將慣性傳感器（加速計和陀螺儀）和車輛傳感器的數據提供給GNSS接收機，以便在衛星信號中斷時持續定位。

最后，導航解決方案需要一種方法來衡量從GNSS接收機接收到的衛星數據質量。有些最新研發的接收機提供保護等級（這個概念源于航空工業）的附加輸出，可以提供對定位誤差上限的估計。

這樣一來，如果GNSS信號質量暫時較弱導致定位偏差過大，AR-HUD和車載導航系統會收到通知。

2. GNSS在自動駕駛中的未來前景

現狀

如果說在度假途中不用擔心迷路是件好事，那么不必親自駕車就更是一件美事了。

盡管全自動駕駛汽車真正投入市場還需要數年時間，但高級駕駛輔助系統(ADAS)如今在大多數主要汽車制造商的生產線上已經很常見，這類系統提供越來越多的功能來支持駕駛員，但同時仍需要駕駛員自主控制車輛。

事實證明，從高級ADAS功能轉變為真正不用眼睛看路、不用雙手扶方向盤的自動駕駛，這個過程比預想的要困難。

事實

越來越多車廠已經意識到GNSS技術對于ADAS至自動駕駛這一轉變過程的重要作用。在全自動駕駛功能完全普及之前，這類車輛很可能會在道路網絡的專用路段和嚴格運行條件下投入使用。

例如高速智能駕駛（Highway Chauffeur）能在精確配置地理圍欄的高速路段上實現車輛自主駕駛。

確定是否已滿足啟用自動駕駛功能的條件至關重要，因為假設您并沒有在高速公路上，而是在旁邊的鄉村公路上行駛，那么您不會希望使用高速駕駛功能駕駛汽車。

錯誤識別自動駕駛功能的所謂運行設計域會導致難以估量的嚴重后果，所以相比上文所說的車道級導航應用，這對GNSS接收機的要求要苛刻得多。

接下來GNSS技術的發展趨勢很可能涉及安全定位解決方案的開發。這些解決方案必須符合功能安全的行業標準，確保用戶能夠詳細了解車輛軟硬件可能發生的各種故障，并且可以檢測和減輕這些故障。

此外，用戶還需要充分了解這些技術本身固有的弱點，例如反射、弱信號或錯誤操作的影響。最后，這些解決方案必須能夠抵御網絡攻擊。

隨著自動駕駛汽車在復雜環境中安全通行能力的提高，車輛提供的每項功能的運行設計域將不斷擴大，直到最終覆蓋所有環境下的整個道路網絡。到那時，全自動駕駛將隨時隨地全程與您相伴。

假設這種場景會成為現實，那么需要多久才能成為現實，誰也說不準。盡管如此在其成為現實之前，自動駕駛仍將影響企業的運營方式。事實上，這種影響已經開始顯現。

自動駕駛汽車帶給企業的好處顯而易見，即減少人員成本和運營成本，提高安全性，并且優化了整體效率。

例如，車隊所有者將受益良多，他們可以最大限度延長車輛投入運行的時間，同時可以節省保險費和駕駛員薪資，也可能通過遠程管理而代替駕駛員完全不用駕駛員，以抵消自動駕駛汽車最初的高額成本投入。

落地案例

遠程監督的機器人出租車已經在世界各地的多個城市聲名鵲起，這就是一個很好的例證。

卡車運輸業可能成為最先采用這項技術的行業，業內許多知名企業都在積極開發其自動駕駛卡車。雖然自動駕駛長途卡車可能還需數年才能成為現實，但多項試驗已經證明自動駕駛技術在港口、高速公路和其他公共道路應用的可行性。

此外，編隊駕駛（車隊中幾輛卡車自動相互跟隨）已經在減少阻力、節省燃料和減少二氧化碳(CO2)排放方面表現出潛力。

3. 隨著自動化程度的提高，GNSS的作用日益重要

現狀

僅僅三十年時間里，GNSS技術已經有了一段傳奇的歷史。雖然這項技術初衷是軍事應用，但很快就被汽車和運輸行業以及測量和精準農業等行業所采用，后來又運用到智能手機、智能手表以及大量消費電子設備和工業物聯網設備中。

GNSS最初幫助我們在駕車時找到前往目的地的最快路線，我們相信最終它能幫助我們實現自動駕駛。

隨著汽車越來越多的功能依賴于高精度安全定位，GNSS接收機和所有相關的定位服務只會變得更加重要。

?審核編輯 黃宇