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自动驾驶定位导航技术概述

一、概要

作为自动驾驶的重要组成部分，高精度定位导航技术是自动驾驶汽车安全行驶不

可或缺的核心技术之一，在车辆横向/纵向精确定位、障碍物检测与碰撞避让、智能车

速控制、路径规划及行为决策等方面发挥着重要的作用。

相较于有人驾驶驾驶员可以凭借双眼与记忆获取周围的可行驶区域、道路边界、

车道线、障碍物、交通规则等详细信息，目前自动驾驶汽车的环境感知传感器与算法

还无法达到与人类驾驶员同样的感知性能，因此自动驾驶汽车就需要高精定位、高

精地图、联合感知等定位导航技术的支持。

目前常用的定位技术包括轨迹推算(DR)、惯性导航技术(INS)、卫星导航定位技术、

路标定位技术、地图匹配定位技术(MM)以及视觉定位技术等。

然而，这些定位导航技术在单独应用时均存在一些无法避免的问题。

自动驾驶车辆对定位系统性能的要求与车辆的行驶速度密切相关。相关标准法规

规定，乘用车行驶最高车速不得超过120km/h，客车最高设计车速不应大于100km/h。

基于目前的自动驾驶汽车整体技术水平和车辆限速要求，自动驾驶乘用车的最

高车速不宜超过90km/h，自动驾驶客车的最高车速不宜超过70km/h。

一般情况下，有人驾驶车辆距离道路一侧路牙的安全行驶距离约为25cm，而自

动驾驶汽车必须在行驶25cm的时间内更新一次定位信息且定位精度要小于等于25cm，

否则就有可能导致车辆超出道路边界发生事故。

按照最高车速90km/h计算，车辆行驶25cm用的时间是0.01s，根据公式f=1/t，

则定位信息更新频率为100Hz。因此定位信息更新频率需要大于等于100Hz，定位精度

需要小于等于25cm才能保证车辆行驶安全。

目前，常用的定位导航系统均无法满足上述指标。比如惯性导航定位技术存在定

位误差随时间累积、长时间内不能保证足够的导航精度的问题;卫星定位导航技术存在

多路径、卫星信号遮挡和更新频率低等问题等。

正因为单一一种定位技术均存在一定程度上无法克服的弱点，所以研究组合导航

就成为时下的热点。组合导航系统在成本以及性能上面更具优势。

本文将详细介绍自动驾驶定位所用到的主流导航技术。

二、全球卫星导航系统

全球卫星导航系统也叫全球导航卫星系统，是能在地球表面或近地空间的任何地

点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息的空基无线电导航定位系统。其

包括一个或多个卫星星座及其支持特定工作所需的增强系统。

目前国际上主要有4种主流的全球定位导航系统，分别为美国的全球定位系统

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(GPS)、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统(GLONASS)、欧盟的伽利略卫星导航系统

(GALILEO)和中国的北斗卫星导航系统(BDS)。

其中应用最广泛的是全球定位系统(GPS)。GPS可以向全球用户提供连续、实时、

高精度的三维位置、三维速度和时间信息，并能够进行全球、全天候和实时的导航，

且其定位误差与时间无关，具有较高的定位和测速精度。

除了GPS以外，北斗卫星导航系统也是近年应用十分广泛且发展迅猛的一种全球卫

星定位导航系统。

北斗由空间段、地面段和用户段三部分组成，可在全球范围内全天候、全天时为

各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并且具备短报文通信能力，已

具备区域导航、定位和授时能力，定位精度为分米、厘米级别，测速精度0.2米/秒，

授时精度10纳秒。

我们以GPS为例，简单分析其在自动驾驶定位导航中的作用。在分析其作用之前，

我们先来看一下GPS的组成与定位原理。