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5G+北斗天作之合助力智能驾驶

发布日期:2023-07-04     498 次

 

GNSS定位系统是汽车卫星导航定位系统的关键技术,受限于GNSS系统本身的局限性,要想实现L3级以上的自动驾驶,需要提高定位精度到亚米级甚至厘米级,通过差分定位技术的实现方案,需要通过4G/5G通信进行差分改正信息的传递。

5G+北斗的组合方案,为当前的高精度定位提供了可行和可靠的解决方案。

SMBV100B/SMW200A

结合

CMW500+CMX500

的黄金组合方案

极好地满足5G+北斗的高精度定位测试。

 

智能驾驶背景分析

 

智能驾驶对高精度定位的需求

汽车的电动化、智能化、网联化、共享化正在加速下一代汽车产业变革的到来,智能网联汽车已成为全球汽车产业发展的重要战略方向。

 

当前,国内外大部分主机厂都在积极进行L3级自动驾驶车型的量产准备,均将2022年前后作为L3级自动驾驶汽车量产的时间节点,今年部分主机厂已宣称推出了具有L3级自动驾驶功能的智能网联汽车。

 


 

自动驾驶

 

高精度定位对于智能驾驶的必要性

对于自动驾驶车辆,尤其是L3及以上级别的自动驾驶车辆,对高精度定位的需求是刚性的,不可或缺的。智能驾驶对车辆定位的需求主要体现在三个方面:精度、可靠性和实时性。定位精度要求达到厘米级,并且,在复杂场景下,如高架桥、隧道等具有较高的定位可靠性。对定位的实时性也具有较高的要求,定位的实时性不好,会降低定位的精度。例如,一辆时速72公里的汽车,每一毫秒行驶的距离是2厘米,如果它的延迟能达到10毫秒,仅仅是延迟带来的定位误差就会达到0.2米。

 

5G+北斗高精度定位天作之合

北斗系统是国家着眼安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的时空基础设施,2020年,北斗系统实现全球组网,为全球用户提供定位导航等服务,全球定位精度可达到五至十米,授时精度可达到十到二十纳秒。各相关行业单位均在大力推广北斗系统的应用。

 

5G作为新一代信息通信技术演进升级的重要方向,是实现万物互联和网络智能的关键基础设施、经济社会化转型的重要驱动力量。相对于4G,5G将以一种全新的网络架构,提供峰值10Gbps以上的带宽、毫米级时延和超高密度连接,实现网络性能新的提升,开启万物互联新时代。

 

车载终端要实现精准位置感知,高精度定位不可或缺。目前,就室外来说,在卫星信号接收不到或卫星信号不稳定的高架桥下、隧道、林荫遮挡和城市峡谷等各类复杂场景,容易导致不精确,通过构建“5G+北斗”高精度定位网络,能够提供厘米级定位服务,丰富5G生态应用,以此打造全场景高精度的位置感知,从而实现在这些场景下的稳定可靠精准定位,未来北斗高精度将进一步赋能智慧城市、智慧交通和互联网的发展。

 

 

5G+北斗应用于智能驾驶

 

5G与北斗的融合可以实现天地一体、通导一体,促进万物互联与精准协同,将成为新基建迈向数字化、智能化,实现升级改造不可或缺的重要支撑,是自动驾驶对于亚米级甚至厘米级的定位精度需求的重要保障。

 

5G+北斗高精度定位的实现方案

为实现北斗快速、高精度定位,当前主要采用网络辅助信息+差分BDS等技术手段,通过移动通信运营基站提供的网络辅助定位信息,可以实现北斗快速定位。差分BDS系统数据链通信流程可概况为,参考站首先将原始观测数据实时传输至数据中心,然后数据中心实时处理各参考站数据。用户将自身的NMEA-0183数据通过无线网络技术发送至数据中心,数据中心根据用户请求生成用户的差分改正信息,并根据无线网络通信技术将差分改正信息发送至用户设备。其数据链通信流程如下图示:

 

 差分BDS系统数据链数据流程

 

常用的北斗高精度定位技术

  • 载波相位差分技术RTK

载波相位动态实时接收机RTK:Real - Time Kinematic。其工作原理如下:

 

DGNSS/RTK接收机工作原理框图

 

  • 精密单点定位技术PPP

精密单点定位(PPP)技术由美国喷气动力实验室(JPL)Zumberge于1997 年提出,在技术的提出与实现为基于实时PPP的商业全球星站差分增强技术发展提供了基础。
 

 PPP技术原理示意图

 

  • 辅助北斗快速定位技术A-BDS

A-BDS即辅助北斗定位技术,它可以提高北斗卫星定位系统的性能。通过移动通信运营基站A-BDS可以快速地定位。
 

A-BDS系统工作原理示意图

 

  • 北斗地基增强系统

北斗地基增强旨在建立以北斗为主、兼容其他卫星导航系统的高精度卫星导航服务体系。

 

  • 北斗星基增强系统

北斗星基增强系统是北斗卫星导航的重要组成部分,通过地球静止轨道卫星搭载卫星导航增强信号转发器,可向用户播发星历误差、卫星钟差、电离层延迟等多组修正信息,实现对于原有卫星导航系统定位精度的改进。

 

北斗高精度定位技术演进路线

卫星高精度定位技术演进路线如下:
 


 

卫星高精度定位技术演进路线

 

5G融合北斗高精度定位

在上述介绍的所有的北斗高精度定位方案中,不管是北斗地基增强、星基增强还是各种新型的差分实现方案中,都需要将差分改正信息通过移动通信网络传递给用户,而传递方式则是5G的最佳实现方法。5G基站将为北斗高精度定位的实现注入新的发展功能。5G具有高速率、低延时、超高密度连接等特性。融合北斗卫星导航技术与5G通信带内定位技术,可弥补北斗室内及遮挡条件下定位性能的不足,同时,也为北斗差分定位方式中差分改正信息的传输提供了可靠的保障。

 

R&S黄金组合方案助力5G+北斗高精度定位测试

随着智能驾驶时代的到来,传统的导航方式已经无法满足精度需求,越来越多的导航接收机都通过各种方式提高精度指标。常见的差分实现方案,不管是RTK还是PPP亦或地基增强和星基增强方案,5G都在其实现方式上扮演了差分改正信息的通信传递功能。

 

R&S的黄金组合方案:SMBV100B+CMW500/CMX500,能很好地满足上述方案。

 5G+北斗天作之合的高精度定位黄金组合测试方案框图
 

  • SMBV100B:高精度卫星导航模拟器,可单台仪表实现多模多频卫星导航系统测试;

  • CMW500/CMX500:实现卫星导航高精度定位中差分改正信息的模拟,为解决方案提供可靠保障。

  • 应用范围:包括了GNSS模块、TCU组件、整车,可提供传导和OTA不同的测试方法,也可为车联网V2X、紧急呼救eCall等提供测试解决方案。

 

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