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盖世汽车 09-14

北云科技 CEO 向为:车规级高精度组合导航芯片与深耦合算法

9 月 13 日,由盖世汽车主办的 2021 第三届自动驾驶地图与定位大会隆重召开。本次大会旨在聚集汽车地图定位行业杰出的技术专家分享自动驾驶地图定位领域最新的应用情况、现实挑战、创新理念及未来技术趋势等。下面是北云科技 CEO 向为在此次大会上的发言。

各位嘉宾,大家好。我是湖南北云科技 CEO 向为,今天非常荣幸在这里跟大家做一些技术交流和探讨。上午我也听了很多演讲,大家对于高精度定位做了很多分享,我主要从另外几个方面,就是高精度定位芯片和深耦合算法,车规级功能安全相关的领域做一些简要的介绍吧。

我先介绍一下北云科技,我们是专注于为自动驾驶汽车提供高精度定位解决方案,为智能汽车提供可信的全场景厘米级定位,基于自研芯片提供多源融合高精度定位解决方案。我们公司位于湖南长沙,我们创始团队在八年前做北斗卫星导航系统的建设,团队 6 名博士也获得了 4 项科技进步一等奖,都是在北斗卫星导航系统建设过程当中做出的贡献,获得了的一些认可。

公司在车载领域,主要是在后装领域做了很多应用,应该是全球少数几家在车载领域大规模高精度应用的企业之一。在全国 30 多个省市,40 多个城市数千个驾考的考场和驾校中,我们的产品都在应用,现在年轻人考驾照都会用到我们的产品。北斗高精度定位在驾考领域是首先得到应用的,驾考主要是用来感知,判断学员考得对不对。自动驾驶一般是感知,做决策,控制,其实我们驾考做了前两部分,判断这个学员有没有压双黄线,停车有没有到位,超车有没有符合规范,这些都需要定位精确到几厘米。除此之外,我们在全国各地 Robotaxi 上有广泛应用,像上海、广州、深圳都有运行我们的产品。

我们公司还有一个特点,相关芯片全自主研发,组合导航中有三块比较重要的,RTK 芯片(基带,信息处理芯片)算力和 IMU,这三块全部自主研发,而且依照车规和功能安全规范来做,获得了 2 项集成电路布图设计登记证书和 30 多项国家发明专利。

相关产品介绍,从几年前高精度组合导航产品,也是对标国际上十几万产品,从十几厘米的大小一直进化到现在 3 × 4 厘米的大小,集成度在不断地提升。我们觉得未来可能组合导航的趋势集成在域控制器上面,现在还是各个 ECU 分离的,但是未来会集成在 ECU 或者相关集成上面,可以给车的 ECU 减负,减少线束,现在做到 30 × 40 模块和整机相当。

接下来介绍一下组合导航的应用,高精度组合导航是智能汽车未来必备的传感器(在我看来),他可以作为地图,激光雷达,摄像头等定位方式有效地补充。特别是在这些场景下,激光雷达需要很丰富的环境特征和大量的点云数据或者特征数据,所以对测绘要求比较高。但是很多二线城市可能没有这些地图,在封闭场景可能有些地图,在公共道路上缺少这些数据。

而视觉定位对环境要求也比较高,在逆光条件下定位精度会大幅度下降,包括下雪浓雾等,所以高精度组合导航就可以弥补这部分。高精度组合导航还可以降低对点云地图的实时性要求。

高精度定位和高精度地图相结合,还可以有效提高驾驶体验,包括提前预判闸道,拐弯,危险道路,识别红绿灯所在位置,能够降低对于视觉算力的要求。因为 RTK 定位可以反向校准 IMU 参数,可以让 IMU 要求降低。

组合导航,卫星导航,惯性导航结合,是所有传感器失效时的最后屏障,无论是视觉、激光、其他导航都需要接受外部导航。而惯性导航是全自主导航,所以以前经常用在潜艇和导弹上面,现在我们用在汽车上面可以作为自动驾驶最后一道安全屏障,在所有传感器都失效情况下还能保持精度。

接下来说一下我们的特点,也就是深耦合导航,大家术语听得很多,但是批量应用还很少。现在 RTK 芯片是少量能够进行深耦合组合导航的芯片之一,它的特点就是把 IMU 数据用来辅助跟踪环路。右图可以看到,蓝色部分是普通的卫星导航基带芯片输出的观测量,一般是在反射比较严重或者信号质量比较差的情况下,我们的观测量信号质量就会大幅下降,下降之后就会导致组合导航出现错误或者无法固定等情况。我们如果能够把 IMU 数据用来辅助观测量的话,可以让我们有效观测量比例大幅提升。

我们后面做了一个实测,深耦合组合导航性能在同等条件下,误差减小 4-5 倍。像这种环岛或者高架路线下,经常卫星会频繁地失锁、重组,无法达到 RTK 固定解,传统的松耦合导航是基于位置域组合,必须 RTK 要有一个可靠的稳定结果。如果不能固定解的话,误差就有几米甚至几十米,无法保证组合导航精度。但是通过深耦合,甚至在只能见到两颗星的情况下,也可以保证组合导航的观测精度,当然前提是这两颗星是非常好的,也没有很大的多径误差,这个时候通过深耦合可以输出一个比较好的观测量。

通过深耦合和一般技术做到抗干扰的功能,这里介绍一下普通的干扰,干扰其实是比较常见的,也是影响我们自动驾驶功能安全的一个重要的部分。像干扰信号是比较常见的,高速上大家如果监测的话经常遇到干扰信号。因为现在很多市面上可能花 100 多块钱就能买一个干扰器,很多人买干扰器是为了隐私,比如说有些租车公司坐在汽车里面全都有 GPS 跟踪器,还有货车司机不想让自己的行程让别人知道,这个时候干扰器会干扰方圆 100 米左右的定位,这是我们实测的对比跟友商进行的对比,在有干扰情况下,我们的精度还能继续维持。

抗干扰是普通的干扰性,除此之外还有欺骗干扰。在中东地区还有些人专门用欺骗干扰把目标无人机引导到特定的地方来做一些特定的军事目的。右下角是我们借的一台欺骗干扰源,在长沙地区做的一个测试,红色地区就是欺骗干扰源模拟出来的问题,我们有很多卫星导航接收机一般不具备这个功能,一般会被干扰源带到虚拟位置上去。

除此之外看一下深耦合组合导航性能实测,普通的组合导航在空旷情况下表现比较好,但是在城市峡谷,高空下,只能见到几颗星的体验下,才能体现出深耦合组合导航的性能。这是比较体现性能的测试数据,我们看一下视频(林荫大道,城市峡谷,地下车库,高架环岛场景,隧道场景)。

— VCR —

据我了解现在很多自动驾驶,高精度定位主要应用于高速公路和城市快速路,但是未来会慢慢普及到城区道路。

在车库里面误差发散有一个特点,转圈的时候误差基本上不是特别发散,它跟隧道情况还不太一样,因为接了车载轮速计之后里程是比较准的,而组合导航方向发散是比较慢的,一般 1-2 秒钟之内姿态在 0 点几度的误差,里程是准的,基本上可以保证在无信号情况下的导航精度。

高架桥对于深耦合要求是最高的,它经常出现频繁地失锁,重补,能看到的卫星也比较少,在这种情况下要保证精度一定要做到尽可能提升观测量有效性的比例,并且在没有定位接口的情况下也能够用通道观测数据与惯导结合起来提供高精度位置。

这是长沙的营盘路隧道,进隧道和出隧道卫星信号会受到很强的干扰,这个时候一定要把它处理好。这个隧道大概能做到千分之一左右的误差,误差发散还是比较慢的。

后面还有实测报告里程计数据,这是八大场景的数据和一个测试报告,还有在各种情况下的可用性指标,和视频基本上对应,只是有些把它数字化了。报告可以在我们官网上下载(www.bynav.com)。

解释一下这几个指标,完整性是这一段测试时间段内应该输出 100 个点,是不是输出了 100 个点,可用性是 0.29 米横向精度,CEP95 是 95% 以内能到多少误差,车库内大概 1-2 公里的路能保证水平 RMS1.7 米精度,高速隧道可用性是 81%。这个隧道有 3.5 公里长,RMS 大概在 1 米,基本上做到千分之一以内的误差。

好,谢谢大家。

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