如何對(duì)RTK高精度定位算法進(jìn)行驗(yàn)證

實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位（Real Time Kinematic，RTK）是一種基于載波相位觀測(cè)值的相對(duì)定位技術(shù)。RTK高精度定位方法可以消除接收機(jī)及衛(wèi)星鐘差、削弱衛(wèi)星軌道、大氣層延遲等誤差源對(duì)定位的影響，獲得厘米級(jí)定位精度，因此得到了廣泛應(yīng)用。仿真驗(yàn)證技術(shù)正成為智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)開發(fā)和驗(yàn)證的重要手段，對(duì)高精度定位技術(shù)的要求也不斷提升。定位算法作為高精度定位技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，那么在仿真環(huán)境下如何對(duì)RTK高精度定位算法進(jìn)行有效的驗(yàn)證與評(píng)價(jià)呢？

什么是RTK高精度定位技術(shù)？

RTK高精度定位技術(shù)是GNSS系統(tǒng)獲取高精度實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位的重要手段，RTK定位主要由三部分組成，分別是基準(zhǔn)站接收機(jī)、移動(dòng)站接收機(jī)以及兩站之間數(shù)據(jù)傳輸鏈路。RTK基準(zhǔn)站將修正數(shù)據(jù)或采集的載波相位觀測(cè)值通過數(shù)據(jù)傳輸鏈路發(fā)送給建設(shè)在其數(shù)據(jù)傳輸范圍內(nèi)的移動(dòng)站，移動(dòng)站接收機(jī)接收到的衛(wèi)星觀測(cè)數(shù)據(jù)與基準(zhǔn)站發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行相位差分定位的過程，即為RTK定位過程。

圖1RTK原理框圖

RTK定位方法使用基準(zhǔn)站和移動(dòng)站的同步觀測(cè)數(shù)據(jù)，但基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)傳輸存在延遲，導(dǎo)致獲得的定位結(jié)果滯后。通常的解決辦法是利用前一時(shí)刻移動(dòng)站位置及接收的觀測(cè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行短時(shí)間延遲處理，作為虛擬基站的觀測(cè)數(shù)據(jù)，與當(dāng)前時(shí)刻移動(dòng)站接收的觀測(cè)數(shù)據(jù)，一起進(jìn)行RTK定位解算。定位算法及數(shù)據(jù)處理流程如下圖所示：

圖2 RTK定位算法框圖

如何進(jìn)行RTK算法驗(yàn)證？

中汽數(shù)據(jù)RTK高精度定位算法驗(yàn)證系統(tǒng)是基于場(chǎng)景仿真軟件搭建虛擬的車輛行駛場(chǎng)景，同時(shí)利用衛(wèi)星信號(hào)模擬器模擬出衛(wèi)星信號(hào)及RTK基準(zhǔn)站仿真的通信環(huán)境，進(jìn)而對(duì)RTK高精度定位算法進(jìn)行驗(yàn)證與評(píng)價(jià)。系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示，其中包括場(chǎng)景仿真軟件、衛(wèi)星信號(hào)模擬器、RTK被測(cè)算法運(yùn)行模塊、高性能上位機(jī)等。該驗(yàn)證系統(tǒng)通過場(chǎng)景仿真軟件構(gòu)建三維虛擬交通場(chǎng)景測(cè)試用例，在上位機(jī)中實(shí)時(shí)顯示測(cè)試場(chǎng)景中的三維信息及測(cè)試用例狀態(tài)，然后對(duì)場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選與分類，再將主車位置平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)，與主車其它運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息一并以UDP的形式發(fā)送至衛(wèi)星信號(hào)模擬器。模擬器根據(jù)以上信息對(duì)BDS/GPS等衛(wèi)導(dǎo)系統(tǒng)的導(dǎo)航定位信號(hào)進(jìn)行模擬，同時(shí)對(duì)RTK基準(zhǔn)站的差分觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，并以標(biāo)準(zhǔn)的RTCM數(shù)據(jù)協(xié)議格式輸出數(shù)據(jù)。RTK定位算法運(yùn)行模塊接收到以上數(shù)據(jù)后，由被測(cè)算法進(jìn)行解算和處理，處理完成的結(jié)果數(shù)據(jù)再發(fā)送到上位機(jī)與場(chǎng)景仿真軟件的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析，進(jìn)而對(duì)定位算法的測(cè)試與驗(yàn)證進(jìn)行客觀的評(píng)價(jià)，至此完成算法驗(yàn)證的整個(gè)過程。

圖3RTK算法驗(yàn)證系統(tǒng)架構(gòu)

RTK算法驗(yàn)證系統(tǒng)構(gòu)成

場(chǎng)景仿真軟件

基于成熟的場(chǎng)景仿真軟件平臺(tái)，如VTD、Prescan、CarMaker等，設(shè)計(jì)并搭建交通場(chǎng)景，場(chǎng)景設(shè)計(jì)元素包含主車、遠(yuǎn)車、其他交通參與者等模型，以及道路、環(huán)境及交通流等。

圖4場(chǎng)景仿真軟件VTD及其測(cè)試用例

數(shù)據(jù)處理插件

數(shù)據(jù)處理插件將場(chǎng)景仿真軟件構(gòu)建的三維虛擬交通場(chǎng)景數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選與分類，然后將主車位置的平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為經(jīng)緯度坐標(biāo)，與主車其它運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息一并以UDP的形式發(fā)送至衛(wèi)星信號(hào)模擬器。

圖5數(shù)據(jù)處理插件關(guān)鍵代碼

GNS衛(wèi)星信號(hào)模擬器

衛(wèi)星信號(hào)模擬器具有先進(jìn)的GNSS系統(tǒng)星座模型和多載體/多天線/多目標(biāo)模擬，支持差分、定向、測(cè)姿和模擬編隊(duì)測(cè)試能夠模擬復(fù)雜多變的驗(yàn)證環(huán)境/場(chǎng)景，根據(jù)不同的測(cè)試需求可對(duì)場(chǎng)景星座環(huán)境、信號(hào)模擬、載體軌跡模型等參數(shù)配置，以實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)、高動(dòng)態(tài)、多徑干擾或者特定測(cè)試環(huán)境的呈現(xiàn)。

圖6 衛(wèi)星信號(hào)模擬器控制與顯示終端

RTK算法驗(yàn)證系統(tǒng)功能介紹

中汽數(shù)據(jù)RTK高精度定位算法驗(yàn)證系統(tǒng)通過將場(chǎng)景仿真軟件、數(shù)據(jù)處理插件等軟件與GNSS衛(wèi)星信號(hào)模擬器、算法運(yùn)行模塊等硬件相結(jié)合，同時(shí)借助配套的控制與顯示終端，對(duì)BDS、GPS等多制式系統(tǒng)全頻點(diǎn)衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)及RTK基準(zhǔn)站觀測(cè)值數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，實(shí)現(xiàn)對(duì)高精定位算法的驗(yàn)證與評(píng)價(jià)。

該驗(yàn)證系統(tǒng)可用于RTK高精度定位算法驗(yàn)證、GNSS HIL驗(yàn)證等應(yīng)用與研究，可在實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下對(duì)相關(guān)軟硬件進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)證。此方法通過仿真驗(yàn)證手段可大幅降低開發(fā)成本，在加快產(chǎn)品開發(fā)速度的同時(shí)，也能夠保證產(chǎn)品的質(zhì)量。

中汽數(shù)據(jù)具有完整的RTK高精定位算法驗(yàn)證系統(tǒng)、OTA功能驗(yàn)證、TBOX功能驗(yàn)證、V2X數(shù)據(jù)采集、V2X仿真驗(yàn)證等設(shè)備及解決方案，目前已與行業(yè)內(nèi)多家企業(yè)展開相關(guān)合作與研究，共同推進(jìn)相關(guān)技術(shù)和產(chǎn)品的落地與應(yīng)用，促進(jìn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智慧交通體系的新模式和新形態(tài)發(fā)展。

審核編輯：湯梓紅