4月20日起，智東西公開課推出自動駕駛系列課第二季，9位自動駕駛新勢力的創始人和高管將帶來9節系列課。
第二季第4課由中海達先進導航產品負責人餘緒慶主講，主題為《GNSS高精度定位技術在自動駕駛中發揮的作用與挑戰》。本文為餘緒慶的主講實錄，共計8900字，預計13分鐘讀完。一起了解下本次講解的提綱：
1、當下GNSS定位技術的發展
2、GNSS高精度定位在自動駕駛中的作用
3、GNSS高精度定位在無人駕駛中面臨的挑戰
在瀏覽正文之前，可以先思考下下面幾個問題：
-現階段GNSS衛星服務系統包含哪幾類以及多系統多頻段定位的好處在哪？
-GNSS在高精地圖製作中的作用是什麼？
-高精度定位在自動駕駛領域中有哪些必要的因素？
-在自動駕駛領域中，RTK技術要克服的難點有哪些？
-中海達Hi-RPT全球定位服務如何提高在全球全疆域覆蓋傳輸差分電文服務的穩定可靠性?
-未來如何量產百萬級GNSS應用方案?
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主講環節
餘緒慶：大家好，很高興在能在這裡跟大家分享中海達對於GNSS技術在自動駕駛方面的一些理解，我是廣州比遜電子科技有限公司的餘緒慶，也是中海達器件底層核心技術的一家公司。
今天的演講將分為以下三部分：
1、當下GNSS定位技術的發展狀況；
2、GNSS高精度定位在自動駕駛中的作用；
3、GNSS高精度技術在無人駕駛中面臨的挑戰。
從上圖大家可以直觀地瞭解到，當下GNSS定位技術包含了多套衛星導航定位技術結合在一起的總的定位技術。以前我們知道的定位技術更多是GPS，隨著各個國家和區域的發展，出現了GALILEO、BDS以及俄羅斯的GLONASS等多套系統共同在地球上運行提供導航服務，我們把主要導航或者輔助導航的定位系統統稱為GNSS技術。
目前在國內用的最多的是GPS+北斗+GLONASS三套衛星導航系統，在國內，由於北斗的衛星數比較多，所以能夠非常容易地接收到北斗信號，這樣三套系統的運行非常好地解決了定位問題。根據各個導航系統的發展規劃，到2020年，各個導航系統的衛星數都會發射到滿足的狀態。上圖展示了未來各個系統最終發射的衛星數量，可以看出未來空中將會有非常多的衛星來為我們提供導航定位服務。
上圖是通過中海達接收機開機後顯示衛星顆數的狀態截圖，可以看到目前北斗以及GLONASS導航系統都應用得非常好，並且衛星數也非常多，能到32或34個或者更多的狀態。因此隨著衛星數的增多，我們將能夠在更多的場景下很好地使用衛星定位。
除了眾所周知的四大導航系統外，還有四個區域性廣域差分增強系統，我們也把它們納入到GNSS系統中，分別為WASS、MSAS、EGONS和GAGAN，它們作為區域性廣域差分增強服務來使用，這樣可以讓單點的衛星定位能做到更穩定、定位精度更高，從而實現1~3m、1m甚至優於1m的定位。
通過這張圖我們可以非常直觀地看到三大區域性增強系統所服務的區域，很明顯美國的WASS系統在美國收到的衛星單點定位精度是非常高的，一般都能做到1~3米；歐洲的EGNOS系統也能做到非常好的區域性增強服務；日本和我國東部以及東北部也能收到日本的MSAS增強系統；印度也有一套自己的區域增強系統GAGAN系統。
這些區域性增強系統都是為了更好的服務當地區域衛星定位，讓定位更精確，這樣就能讓更多的應用場景使用到衛星定位。
隨著定位精度越來越高，必然有很多應用場景包括智能化場景都能使用衛星定位技術，同時還可以進行定位判斷以及時空判斷。
接下來我跟大家簡單地講一下多星多頻聯合結算。每套衛星導航系統都是通過不同的頻段來播發不同的衛星信號給地面去接受的，比如GPS有L1、L2、L3三個頻段，北斗有B1、B2、B3三個頻段。
為什麼要用這麼多的頻段去播發衛星信號呢？在這些頻段中，除了一個是做特殊用途之外，其他的都是為了做到更好的抗干擾以及更良好地去結算誤差，從而提供更好更穩定的定位服務。目前我們用的很多定位模塊和RTK模塊，我們叫作多星多頻，這種定位設備也是這種原理：通過接收多個導航體系的衛星以及多個衛星導航體系下的不同頻段來做聯合結算，使得定位精度更高、性能更穩定。
以上圖為例，GPS是通過三個不同的頻段來播發不同的衛星信號的，L2、L5在多頻段結算中有著非常好的輔助作用，因此一般的多頻接收機都需要去接收L2、L5頻段，這樣使得接收機結算的精度更穩定、更可靠。
從以前的單系統定位到現在的多系統多頻段定位，可以做到更快速的收斂時間，在很早以前用單GPS來定位，做FIXD釐米級RTK固定解需要用幾分鐘才能做到良好的固定，現在通過多系統多頻道的聯合結算，可以達到幾十秒的收斂時間，未來甚至可以實現秒級的固定解。
使得高精度時空定位成為可能，對智能應用來說可以做到開機不久就可以進入到高精度的定位狀態下，這對我們無疑是非常便利的。
通過上面對GNSS的簡單講解，可以讓各位朋友完整的瞭解到GNSS系統運行的大概情況，從而對未來的自動駕駛、自動化機器人以及導航等各領域在一些需要注意的問題點做一些鋪墊。
下面我們來分享一下GNSS高精度定位在自動駕駛中的作用。
我先簡單的介紹下中海達，中海達成立於1999年，一直專注於做測量領域的高精度RTK和海洋測繪跟高精度的結合方面產品，2011年我們成功在創業板上市，目前在高精度衛星導航領域也佔據了一定的市場份額。我們在高精度定位領域奮鬥了19年，有著豐富的技術沉澱，並且為我國很多行業培養了很多相應的人才。中海達也是國內創業比較早的一家公司。
在現階段的汽車領域或者自動駕駛領域，大家對中海達還是比較陌生的。在GNSS測量領域，我們一直都佔有一個比較大的市場份額，同時通過了三大品牌的市場運營，就國內而言，目前在測繪高精度定位RTK的市場份額已經佔到了40%。
另外，我們很早就成立了中海達定位公司，專注變形監測、農機自動化駕駛以及機械控制市場的開拓。
從2011年開始，我們就進入了農機自動化駕駛，也就是說，在那個時候就已經通過GNSS技術來改造我們中國的拖拉機，從而實現在農田這種封閉環境下的自動駕駛，並且在新疆以及東北等區域形成了一定規模的應用。
在2008年開始自主研發的時候，我們深切地知道天線的自主研發非常關鍵，如果沒有自主研發的天線，那麼很多產品都不符合應用場景，因此形狀會做的比較大，比較笨重，並且性能也比較差。
從2008年開始自主天線研發，到2013年我們已經完全掌握了自主知識產權天線的迭代，做到高精度GNSS天線的自產化，並且成立了我現在所在的這家公司，廣州比遜電子科技公司，主要做北斗高精度板卡以及芯片等底層技術上的突破。從而中海達就形成了從底層的板卡、芯片以及GNSS天線的全自主研發。
另外，“北斗地基增強系統”我們也叫作GNSS基準站，在運營和生產上都有豐富的經驗和技術積累，從2005年開始，我們累計做了上千個參考站並在國內運行，因此我們在這一塊也有相當大的優勢。
在自動駕駛生態中，GNSS定位是非常重要的因素。為什麼它很重要呢？我將從高精度地圖和GNSS高精度定位兩個方面來介紹，這兩個高精度定位技術對自動駕駛來說，也是一條非常基礎且非常重要的語句信息。
高精度地圖現階段是通過一些後處理技術，把典型數據、圖片數據以及高精度的pos數據緊密融合在一起，通過後期的加工，形成了基本的高精度路網信息，為無人駕駛汽車提供了基礎的地圖導航服務。
在無人駕駛汽車上實現實時RTK定位，對技術的要求比較高。當無人駕駛汽車擁有高精度的位置信息之後，就可以跟高精地圖進行匹配，從而形成了良好的導航功能，能為我們車上的傳感器進行時間同步或者導航提供了最基礎的時空信息。
接下來為大家講解高精度在自動駕駛領域的重要性。
首先，對於高精度地圖的採集，高精度定位在高精地圖採集中是一個很普通的傳感器，但是它很重要。通過上面這張圖，大家可以看到高精度地圖採集裝備的大體構成。接下來我把它們拆分開來，簡單地介紹一下大概的原理構成。
通過這張圖可以比較直觀地看到專業高精度採集車的基礎構成，GNSS移動採集端提供了GPS原始數據，由原始數據再根據接收終端進行PPS同步，使得高精度採集車上的相機、IMU以及點雲激光器等採集設備都做到了時間同步，使得每一個器件的觸發也都得到了統一。
當數據得到統一之後，我們把這種數據叫做原始數據。在移動端時會把原始數據上傳到服務器或者是給到地圖雲服務器進行處理。在做處理的同時，需要到基準站上做高精度的後處理服務，使得Pos信息得到高精度的修正。這樣一來，在移動採集端的相片、IMU以及點雲就可以得到高精度的事件信息。最後通過專門的軟件形成高精度的地圖。
上面我簡單地介紹了高精度地圖的形成原理，實際上具體的還會更復雜一些。因此在自動駕駛領域，高精度地圖是一個非常重要的基礎，因為每一個地物信息以及屬性都需要非常高精度的數據來支撐，相當於所有數據的一把尺子，因此GNSS精準定位能為高精度地圖提供更精準的地物屬性。
這些地物屬性可以為自動駕駛汽車提供更好的判斷。這裡面我列舉了三個方面進行區分：
1、衛星信號盲區以及衛星信號遮擋區；
2、路口正確車道導航預判、特殊關卡和收費車道的提前預判以及提供道路標識的位置；
3、提供移動通訊網絡覆蓋的盲區以及弱區的判斷。
當汽車駕駛到這些區域時，車上的傳感器可以根據高精度地圖提供的這些屬性進行一些預判，大大地降低了實時算法的壓力。
接下來跟大家介紹一下現階段自動駕駛汽車的硬件架構，GNSS定位設備也是必不可少的。GNSS提供了實時的高精度位置信息，除了與高精度地圖做匹配，還會給予各種器件的時間同步以及事件的觸發同步，這樣能讓自動駕駛汽車上的所有器件都能做到在某一時刻下統一去做某一件事情。
之前高德的老師也分享過，高精地圖相當於人類大腦記憶中的路線，也就是對大腦中物理空間的記憶，GNSS定位相當於人類對空間位置和時空判斷的感知，通過二者結合從而知道去哪裡、怎麼去，目前自動駕駛或者機器人也是往著這方向在發展。
對於自動駕駛的汽車，可以將它看作一個戶外全自主機器人或者高智能的機器人。我認為機器人是導航與控制兩大部分的相互融和，而高精度定位剛好是做導航這一部分。這些導航與控制在高精度地圖的基礎上去做各種判斷，從而實現了全自主的運作。
數據時空基準的統一是高精度定位的基礎，這裡包括了高精度地圖信息以及實時的高高精度定位，現在的高精度定位都是通過RTK技術來獲取的，而RTK定位技術是一個相對定位技術，所以相對定位必須要做到時空基準的統一，否則高精度地圖信息的位置與高精度實時定位的位置是不匹配的。
因此我們國家在很早以前就推出了國家2000座標系，並且基於這種地圖信息以及高精度測繪市場的地圖信息做了統一座標系的工作，對未來的自動駕駛、自動化運作行業提供了時空基準。
在這裡我總結了一下，在自動駕駛領域涉及到的五個時空基準必要因素：GNSS衛星、高精度地圖、全疆域通訊網絡覆蓋、全疆域統一基準的GNSS基站、性能良好的移動端GNSS接收機，也就是高精度定位的五大必要因素。
接下來分享一下GNSS高精度定位在無人駕駛中面臨的挑戰，實際上它面臨的挑戰還是蠻多的。包括：
1、如何保障高頻的穩定輸出；
2、通訊鏈路和基站的保障如何能做到穩定可靠；
3、未來大規模可量產方案是什麼。
目前在自動駕駛中RTK技術要克服的難點包括以下三個方面：
1、遮擋環境下的GNSS+INS融合，在遮擋環境下要做到穩定可靠的高輸出；
2、在高動態下的定位穩定輸出，才能讓高速行駛成為可能；
3、高頻率定位輸出的穩定性，對於高速過彎有著非常好的輔助。
在導航領域，GNSS跟慣導必然是共同存在，分不開的，二者融合融合能很好地解決了隧道、高樓、橋底或者樹林等遮擋環境下的高精度持續性輸出，這也是為在城市使用自動駕駛衛星定位時提供的非常重要的兩個輔助。
可以看到上圖的實例數據，這是衛星定位和組合導航兩者在過橋環境下很名顯的變化，有慣導輔助可以做到軌跡非常圓滑，並且能持續性的輸出，對於在過天橋、過樹林或者是在遮擋環境下都能有持續性輸出。
但是隻有GNSS和高性能的慣導做組合導航也是不夠的，雖然可以做到低延遲、高穩定性以及高頻輸出，但如果是長時間的衛星搜索或者衛星信號丟失，那麼它的定位精度也會越來越差。
而為了提升數據的穩定性，有時候還需要接入車輛的輪速、方向偏度以及未來的視覺輔助定位從而防止車道偏離。只有做到多重定位數據的相互融合，才有可能在無人駕駛汽車上做到更加穩定的高精度持續性輸出。
這張圖可以看到高精度定位技術在自動駕駛中總的技術方案。主要是由基準站組成大區域的基準站網，通過移動通訊傳輸到控制中心，而數據通訊也通過控制中心來獲取相應的服務，從而形成高精度的實時定位。
把過程剖析出來就是上面這張圖。在這張圖上面，我畫了兩個標紅的關健處，第一個GNSS基站，由於目前在國內甚至在全球都沒有做到全疆域的覆蓋，因此它是需要不斷地發展的；第二個是IoT/4G/V2X等通訊聯絡，因為移動接收機跟基站之間要保障有一條非常穩定的鏈路來實時傳輸差分電文數據，因此會用到4G、物聯網或者車聯網等通訊手段，但是以現在的通訊手段沒有能做到任何時間任何位置都可以穩定可靠，同時這一條鏈路現在也沒有做到非常穩定可靠的應用場景，這也是在上面高精度地圖部分，提到的需要做到提前判斷的功能。
由於社會的快速發展，目前國內也出現了像千尋位置這類做全國性差分電文數據服務的公司，另外我們國家測繪地理信息單位也開放了相應的高精度差分服務，這樣一來，基站這方面就可以在國內得到快速的發展，但是這些都是高度依賴於現在的通訊網絡技術，因此可以看出高精度定位技術是非常依賴於通訊網絡的。
接下來我簡單地給大家介紹一下中海達Hi-RPT全球定位服務的可用性，這也是我們企業正在做的事情，主要是為了解決如何提高在全球全疆域覆蓋傳輸差分電文服務的穩定可靠性。
這套方案大體上是通過L波段衛星播發加上移動互聯網播發形成雙鏈路播發，從而讓差分電文做到穩定可靠，並且脫離了疆域的限制。
上圖是總體的架構圖。上圖可以看出，在全球範圍內，我們的精度達到10cm；在中國區域，目前可以做到4cm，並且能夠非常好地支持北斗/GNSS全星座。
上圖是我們1月份在廣州測試的一個截圖。這是通過星基來播發的，因此對應的會需要一個收斂時間，對於收斂時間，隨著技術的提升，收斂時間會越做越短，但現階段還是需要二到三十分鐘的收斂時間才能達到釐米級，而我們現在也在為大疆域高精度的差分服務做努力。
接下來我簡單講一下大規模可量產方案。
這張圖大家應該比較熟悉，現在的自動駕駛汽車上幾乎都能看到用慣導來做高精度定位組合導航。但也存在著一些缺點，總體上看成本有點貴，體積有點大，同時功耗也有些高，如果是做實驗工程車還行，但是要做到量產的話，這種方案可能還有待商酌。
要做到量產級自動駕駛汽車的器件，必須得符合汽車級的器件標準要求，並且需要有非常高頻的輸出，同時還需要做到組合導航。這對於我們現階段的很多方案都需要進行調整，對於此，我們中海達也做了很多的研究和探索，並且針對這一市場也開發了一些自己的芯片。
上面介紹了車載端GNSS接收機的重要性和可量產方案，而它的搭檔衛星接收天線也是至關重要的，它是所有數據的來源。這也是大家容易忽略掉的。
擁有一個接收能力強的天線和能抑制多路徑效應的天線可以大大提升接收機的定位能力並加快它的鎖定時間。
另外，對於自動駕駛汽車的外觀來說，現在都是頂著個蘑菇頭在上面，確實不太雅觀，因此對於量產來說，這種方案是必然會被摒棄的，同時也需要根據汽車的外觀，提供可定製化的服務，才能做到大規模的量產。
上圖展示的這些是我們中海達做的基於空氣型的衛星接收天線，也是我們一直走的技術路線。
未來真正做到百萬級的量產應用方案又是怎樣的呢？
百萬級的量產應用方案必然是一個非常低成本的方案，而這種方案是需要做到芯片級的，因此，無論是高通還是博通等這些芯片巨頭也在努力產出這種高精度定位芯片方案。
我們上一年在這塊也有了一定的研究，適用未來百萬級的可量產方案必須要滿足貼片式生產，這樣才能做到大規模、有品質且低成本的方案。
上圖的右邊是大概的架構圖，未來我們會在這方面進行大規模的修整。
上面也說到這些底層技術都是中海達自主知識產權設計的，這也使得組合導航的硬件一體化IP輸出成為可能，因此對於車企或者合作伙伴來說，都是可以作為一個高精度定位的傳感器廠商出現，未來大規模生產很可能往IP輸出方式呈現給大家。把高精度射頻芯片、基帶芯片以及RTK算法融入到芯片中來，可以做到高度集成的應用。
最後給大家介紹一下軟件RTK方案，什麼叫軟件RTK呢？相信大家都比較陌生，軟件RTK是把RTK算法放到整個車機系統中，通過外部的衛星信號以及傳感器原始數據的接入，在汽車上把高精度的定位算法運算出來，從而給汽車做決策。因為未來的自動駕駛汽車是一個運算能力非常強的終端，在這一塊它擁有非常強的實力，所以中海達不單單可以做硬件IP的輸出，還可以做軟件IP的輸出。
我的分享就是這些，謝謝大家。
Q&A環節
提問一
楊剛-博派汽車-CTO
1.車載RTK定位精度是多少釐米？
2.無人駕駛車輛的行駛軌跡控制精度是多少釐米？
餘緒慶：1、RTK設備只要進入到固定解，它的定位精度能做到1~2cm，並且高層精度能控制在2~3cm的精度。
2、我們的定位設備能提供1~2cm的平面定位精度，但是控制往往有延遲以及控制的誤差，因此做到與原始數據越接近越好。理論上，最終的控制精度跟實時精度會有10~20cm的誤差，而橫向精度可能是在0.2度左右。
提問二
金晶-航天704所-工程師
1.GNSS差分信息通過什麼途徑獲取，移動基站或衛星，對實時性的要求。
2.GNSS信號在城市峽谷信號被遮擋怎麼處理？
餘緒慶：1，對於差分信號的獲取，一般有三種方式：1，通過國內專門運營差分基站服務的公司，比如千尋位置；2，通過一些有關的部門來獲取，比如當地的地理信息測繪管理部門；3，一些企業通過自建基站來獲取。
現在的差分傳輸是通過移動互聯網通訊技術來進行通訊傳輸給到移動端，因為差分修正電文是每秒都需要傳輸的，在高頻狀態下必須要做到實時的修正，因此實時性是非常重要的。如果網絡延遲過高，就會導致差分週期變大，從而導致精度下降或者退出釐米級的固定解。因此保障通訊的實時性和穩定性，對於高精度定位來說非常重要，同時現在也在通過其他的手段來防止中斷後該怎麼處理的問題。上面我也講過，移動網絡和星基差分雙鏈路的傳輸是未來差分電文傳輸通訊技術的發展趨勢。
2、這個問題問的非常到位，因為這種場景非常容易遇到，並且是不可避免的。大家都知道GNSS接收機都是靠天吃飯的，如果被遮擋，信號必然會衰弱或者斷開。因此這裡就需要一些強有力的衛星接收天線，最好是跟這些設備做過聯調的天線來做衛星穩定信號的捕捉，以及市區中樓宇的多路徑效應。
在信號遮擋區（比如天橋、隧道）的時候就需要用到組合導航 + 視覺車道線來做輔助，並利用高精度地圖，提前知道信號盲區或者弱區，再利用慣導跟視覺做實時SLAM技術介入，就能大大地提升穩定性。
提問三
高春樂-美團-工程師
如何檢測GPS設備的精度，常用評價指標或標準有哪些？對於自動駕駛GPS關注點在哪些地方？
餘緒慶：這個問題問題問得非常專業。檢測GPS精度，如果是在固定狀態下，精度是非常好檢測的，用測量鑑定過的專用RTK設備，來定位其自動駕駛汽車天線中心的位置，即可檢測。測繪領域的RTK設備有國家計量局出具的計量標準和方法來鑑定。但是對於移動狀態下如何鑑定精度，當下是比較難的一個問題，我們一般用測量型RTK設備放置在汽車車頂，天線與汽車天線固定誤差通過量算確定出來固定誤差，然後設置高頻輸出。雙方用每一針數據對比最大最小值。對於定向精度就比較好標定了，只要用高性能的激光慣導為真值，做對比即可。
對於自動駕駛汽車，使用GPS應該注意，高頻輸出的穩定性、差分通訊的暢通性和天線的安裝空曠位置安裝。因為使用高精度解做解算，所以還要注意如果數據非固定解和數據萬一無輸出的備份冗餘設計。
提問四
史高雄-騰訊-專家工程師
中海達有哪些產品可以推薦，與業界其它公司的精度對比如何？
餘緒慶：這個問題對於我們中海達來說是一個好問題。我覺得中海達公司在國內做了這麼多年RTK產品，在RTK技術上擁有比較深厚的技術沉澱。在RTK核心板卡。天線、慣導和天地一體差分服務方案，還有核心底層RTK算法企業級合作上都可以深入合作定製。
與其他公司對比，其實RTK只要進入固定解，精度都是一樣的，都可以做到釐米級。因為RTK定位技術是整套方案的大集成，並非一個設備能完成的。所以整套方案的可靠性反而是我們中海達存在的優勢。
提問五
吉利-王高明-車聯網
1. 高架橋上與高架橋下，GPS能定位出來麼？
2. 當其中一個GPS天線失效了，有其他途徑獲得GPS信號麼？備用器件是什麼？
餘緒慶：1、在高架橋上是可以的，因為橋上是面對天空的，當然可以接收衛星信號進行定位的；但是在高架橋下，由於幾乎都被遮擋了，因此是不能定位的，這時候就需要用慣導進行輔助了。
2、當GPS天線失效的時候，是不能接收衛星信號的，也是不能定位的，因此對於全自主駕駛或者全自主飛行器來說，多冗餘設計是非常有必要的，這樣可以大大提高我們設備的可靠性。而對於備用器件，我們一般會選用一些普通的天線和模塊來做雙算法和雙融合設計。這樣即使在一套系統失效的前提下，另外一套系統也能穩定地介入來做輔助工作，這樣能做到比較好的穩定。另外對於雙冗餘設計，我們也有一些針對於全自主無人機的產品。
提問六
王萌-華為-高級研究院
1.目前貴公司的定位解決方案的售價大概是多少，能否透露城市普通道路的一個動態精度和可用率情況（非高速公路和快速路）
2.是否有犧牲精度，提高城市可用率，收料速率的方案，因為rtk主要面對測繪行業，對信號要求比較高，在城市可用率較低，那麼是否有亞米級（低於rtk），但可用率高的解決方案。
餘緒慶：1、對於目前解決方案的售價，主要是看我們要做的類型，價格有高也有低。但是隨著未來大規模的應用，價格是可以做到非常合理且低廉的。在高速上使用RTK高精度定位，如果是在網絡穩定的前提下，是可以做到非常高的可用率，一般能做到95%以上。
2、在城市中，由於城市路況比較複雜，並且遮擋也會比較多，這種情況下如果能有一個組合導航來維持和輔助的話，也是能做到非常好的定位精度的，但是由於環境比較複雜，車速也比較慢，這時實時構建的SLAM技術也會用上。亞米級的定位方案也是可行的。但只能在比較低速的場景下才能用到。而在高速的場景下是要用到高精度來輔助的，因為所需要的定位精度會比較高。相對來說，低速會通過其他的器件來做輔助，這樣可以解決城市中比較複雜的環境。
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