自动驾驶发展如火如荼 高精度定位组合导航必不可少

自动驾驶需要导航定位系统全天候全场景下能提供高精度和高可靠性的导航信息，由于不同的传感器和定位技术各有优劣，过去单一的导航方法已无法满足要求，因此当前基于多源数据的融合定位技术是大势所趋。

众所周知，GNSS可以为车辆提供精度为米级的绝对定位，差分GNSS可以为车辆提供精度为厘米级的绝对定位，然而并非所有的路段在所有时间都可以得到良好的GNSS信号。因此，在自动驾驶领域，GNSS 的输出一般都要与IMU、汽车自身的传感器（如轮速计、方向盘转角传感器等）进行融合。

自2020年以来，各主机厂相继推出了20多款搭载高精度定位技术的车型，如小鹏P5/P7，理想One/L9、智己L7、蔚来ET7、哪吒 U Pro、埃安 V Plus/LX Plus、长城摩卡、北汽极狐阿尔法S Hi版、吉利博越L、一汽红旗E-HS9等。在这些车型上搭载的高精度组合导航系统为车辆提供厘米级定位能力。

组合导航关键技术分析

高精度组合导航定位模块的关键技术是GNSS芯片、IMU芯片、RTK算法、RTK/INS组合导航算法、GNSS/INS完好性算法。

1.GNSS芯片

GNSS芯片加上差分服务，是车上唯一可以提供绝对定位能力的传感器，在绝大部分场景，可以提供厘米级的定位，被称之为全局定位主心骨是毫无疑义的。用于做高精度定位的GNSS芯片，其伪距和载波的观测量质量、可同时跟踪的卫星数量、支持的卫星频点数量、处理器是否支持运算RTK等指标影响着芯片的定位性能，当然也影响着芯片的价格高低。

车规级GNSS芯片市场主要由Ublox和ST主导，近两年看到越来越多的组合导航定位模块开始采用国产化芯片。

2.IMU芯片

惯导系统的精度主要取决于IMU中的陀螺器件精度，加速度计精度次之。影响陀螺性能的最重要参数是陀螺零偏。陀螺零偏包括常值零偏以及随时间缓慢变化的部分（零偏稳定性）、随温度变化的部分（温漂）、随动态变化的部分（尺度因子）等。为了降低陀螺零偏带来的影响，可以在工厂对IMU进行标定，也可以通过在线标定的方法来估计一些影响较大的参数，如陀螺零偏、温漂、尺度因子等。其实，在实际使用场景中，不需要太在意常值零偏和全温零偏误差的大小。由于IMU不会长时间单独工作，一般都是与GNSS构成组合导航系统，那么常值零偏和后续（零偏稳定性、温漂、尺度因子带来的）零偏误差部分，一般都能被组合导航算法有效地进行在线估计和补偿。

3.RTK算法

4.RTK/INS组合导航算法

组合导航算法分为深组合、紧组合和松组合。深组合在卫星信号跟踪阶段与IMU数据融合，紧组合在观测量生成阶段再与IMU数据融合，松组合则在RTK解算完成进入滤波器后再与IMU数据进行融合。在复杂环境下，优秀的算法会结合深组合和紧组合来提升定位精度、定位稳定性、定位可靠性。所以拥有自研GNSS芯片的组合导航厂商就拥有了更强的竞争力。

由于GNSS、IMU、轮速传感器是独立的系统，时间基准、采样时刻和延时不同，同时分布在载体的不同位置，如GNSS天线一般安装在车体顶部，惯导一般安装在车体内部，轮速一般来自非转向轮的中心，将不同时间和空间上数据源进行多源融合会给融合结果带来误差，严重影响了融合系统的精度和稳定性。组合导航算法进行多源数据融合的前提是不同导航传感器获取的导航观测信息在时间和空间上实现精确统一。

5.GNSS/INS完好性算法

组合导航产品形态演变和发展趋势

• 优点：直接将定位结果输出给域控，不需要和其他系统耦合在一起，大大减少了系统复杂度。从上述组合导航模块关键技术分析可得，做好整个系统需要很强的定位导航领域技术积累。由P-BOX厂商为高精度系统功能和性能负责，可谓让专业的人干专业的事。另外考虑到IMU安装要尽量布置在环境温度变化率小、震动小的位置，独立的P-BOX因为体积小，布置位置相比域控制器更灵活。

• 缺点：对于整车来说，增加了一个额外的控制器。

2.T-BOX形态：将GNSS和IMU模块与4G/5G通讯模组或C-V2X模组集成在一个硬件中

• 优点：高通骁龙SA515 5G SoC支持双频定位能力，通过集成IMU芯片就可以输出高精度定位结果。从成本上看，是有优势的。

  
  

• 缺点：利用高通方案，可输出10Hz定位结果，不满足自动驾驶100Hz定位结果输出的要求。而网联域高精度定位的应用由于V2X基础设施还未完善，应用需求还未起来。现在高精度卫星定位的刚需主要来自于自动驾驶应用，因此当前主流的高精度定位模块的终端形态仍是P-BOX。

3.智驾域控形态：将GNSS和IMU模块集成在自动驾驶域控制器

• 优点：显而易见，这是高度集成的方案，组合导航算法可以共用域控中的计算资源、利用视觉传感器的数据来提升定位精度、省去了独立模块中的接插件和线束，成本上具有优势；

  
  

• 缺点：增加了域控制器产品开发的复杂度，组合导航的算法不是传统域控厂商的擅长领域。IMU器件对温度变化比较敏感，集成在域控制器存在影响性能的风险。组合导航算法和软件需要和域控制器的系统进行适配，所需的研发资源会增加、定位相关的问题解决也需要由域控厂商承担。
  
  
  
  

在域架构/中央集中式架构的演进浪潮中，高精度组合导航是否会被集成到域控制器或中央计算单元中去？这是目前整个业界的关注所在。不管终局是什么，对于组合导航模块的厂商而言，具备自研芯片的能力，自研RTK和组合导航算法、完好性算法的能力，能够支持芯片化、模块化的方案，将是未来赛场上的重要制胜因素。