车载GNSS —— 支撑城市NOA落地的关键技术

目前，城市NOA的定位普遍采用卫惯组合导航系统，即全球卫星导航系统（GNSS）和惯性导航系统（INS）的组合。全球卫星导航系统用于实现绝对定位，而惯性导航系统用于实现相对定位，两者相结合才可以实现稳定、可靠的高精度定位。两者之中，虽然GNSS“存在感”比较低，但在车辆定位中依然起着举足轻重的作用。

但是，在车载GNSS的应用中，卫星端受到星历误差、卫星钟差等误差源影响，传播路径上受到电离层/对流层误差、多路径等误差源影响，接收机端存在白噪声等误差源影响，进而导致数据解算不准确，从而影响GNSS的定位精度。

车载GNSS在应用中通常需要结合实时载波相位差分技术（Real-Time Kinematic， RTK）来进一步提高定位精度，两者结合后，定位精度实现了从米级到厘米级的升级。

RTK的基本原理是：服务端将基准站GNSS观测量与坐标信息发送给用户，用户端将数据与自身接收的GNSS观测量组成差分观测值进行处理，便可以获得厘米级定位结果。RTK技术因其高效性、容错性、实时性而常常作为GNSS高精度定位的具体实现方案。从RTK的实现原理上可以看出，除了设备和技术本身，RTK定位还要考虑服务覆盖率，需要保证高精度定位服务覆盖车辆的行驶范围。也就是说，车载GNSS的定位精度不仅取决于服务端提供的服务质量，而且还与用户到服务端的距离有较大的关系。

卫星定位差分技术发展路线经历了从RTK→PPP→N-RTK，再到第四代PPP-RTK的发展历程。导远电子研发副总裁王理砚告诉焉知汽车：“导远自研的卫星定位差分算法支持通用的RTK，并适配了海内外多家PPP-RTK服务商，率先实现PPP-RTK落地应用。NAV3120内置RTK算法，能够在数秒内实现厘米级定位精度，还支持PPP-RTK。”

在智能网联汽车时代，车辆需要与外界物理环境进行频繁的信息交互。对于定位信息而言，全球卫星导航系统以广播的形式发送信号，汽车上的GNSS接收机通过处理接收到的卫星信号进行定位。如果车载GNSS的抗干扰能力相对比较弱，容易受到两种形式的干扰：信号干扰和信号欺骗。

信号欺骗是攻击者（黑客）通过发射与GNSS卫星信号具有相同参数的伪造信号，致使目标GNSS接收机产生错误的定位、速度、授时信息等。

2019年，特斯拉的两款电动车Model 3和Model S被爆料存在GPS系统漏洞。在GPS欺骗信号测试中，攻击者通过伪基站发送伪造的GPS信号给测试车辆的自动驾驶系统，测试汽车在距离规定出口还有3英里的距离，提前进行了减速-打转向灯-变道转弯的执行动作。虽然司机立即激活手动控制，但仍未能及时阻止汽车偏离道路。

因此，一旦汽车接收到错误的定位信息，自动驾驶系统可能就会发出错误的执行指令，轻则影响用户的驾乘体验，重则造成驾乘人员的生命危险。针对此类型的安全隐患，中国环境科学研究院在国六标准实施的指导文件中明确提出：车载终端需具备防定位伪造和定位篡改能力。

通过提高固定率可以提高GNSS的可用性。固定率可以理解为固定解占所有定位结果的比例。导远电子工程师解释说：“固定解（Fixed Solution）指的是在载波相位差分定位中，经过整周模糊度（Integer Ambiguity）解算并固定后得到的定位结果，其精度可达到厘米级，满足高精度定位需求。具体而言，假设GNSS模组的输出频率设定为10Hz，则每秒钟将产生10个定位数据点。在实际应用场景中，可能在一段时间内收集到数万至数十万个定位数据点，这些数据点中既包括固定解也包括非固定解。固定率定义为在所有输出数据点中，固定解所占的比例。”

通常情况下，北斗卫星系统可以被接收到的频点有：B1I，B1C，B2I，B2a，B2b，B3I。如果是双频模组，只能接收到其中2路频点的信号，比如只能接收B1I，B2I。如果是多频GNSS模组，那么，观测量会比较多，获得高精度固定解的概率自然就会更高。

如果又是多星座模组，意味着不管是中国的北斗BDS，还是美国的GPS、俄罗斯的GLONASS，或者欧盟的GALILEO，几乎所有类型的全球定位信号都可以支持。这样能够接收到的卫星信号便越多，就越容易拿到高精度解。

王理砚讲到：“NAV3120在定位解算过程中，能同时接收并处理所有可见卫星的全部频点信号，且兼容多种信号增强技术。虽然这可能增加处理器的计算负载，但这种‘增加’是可控的。实际上，这种设计显著提高了定位的精度和可用率。NAV3120在设计之初就充分考虑了算力需求。”

通常情况下，在浮点解或伪距差分解的状态下，GNSS的定位精度会下降到分米级或米级。对于城市NOA功能，在浮点解或伪距差分解的状态下，定位精度通常是不够的，需要用IMU去弥补。

对于城区NOA功能，在城市复杂环境下，如果GNSS模组可以保持较高的固定率，并且经过复杂环境后可以快速收敛到固定解，则可为IMU递推提供更加强有力的保障，从而提高组合导航的性能。一线城市经常存在卫星信号条件较差的交通道路，若GNSS模组的可用率不足，可能导致城区导航辅助（NOA）功能失效。而采用全系统全频GNSS模组，便能在此类复杂环境中维持稳定的高精度解。这在一定程度上有助于减少城市导航辅助系统（NOA）的接管频率，从而提高整体的导航性能。

GNSS模组不同测试场景下水平误差结果对比

得益于NAV3120模组支持全频全星座，可用观测量有一定优势。通过测试统计数据可以看出：相比业内头部的车规级双频GNSS模组（对比设备A），无论是RMS、1σ及2σ，NAV3120模组的定位性能有比较明显的优势。即使是与业内头部的车规级多频模组（对比设备B）相比，在CBD道路、郊区道路以及城市高架道路环境下，两者的定位误差非常相近，甚至在林荫道路环境下，NAV3120的定位误差还要优于多频模组。

对于高阶自动驾驶，系统需要获取稳定、可靠的高精度定位结果，通常会采用GNSS + RTK + IMU的组合定位形式，同时结合车辆车速、方向等信息，通过组合导航算法实现GNSS在弱或无信号条件下的持续定位，满足智能驾驶对GNSS系统的高性能要求。

从目前的市场格局上来看，不少车载卫星导航定位玩家除提供GNSS模组外，还在构建IMU 模组、P-Box等多元化的产品线，以适配整车厂的不同需求。

导远电子可以提供丰富的定位产品矩阵：GNSS模组（NAV3120系、NAV3310系列）、IMU模组（IMU5115、IMU5104等）、卫惯组合导航系统P-Box（INS570系列、INS571系列等）等等。

目前，高精度定位产品的价格在百元级到千元级这个区间，在整个自动驾驶系统中的成本占比并不低。受“价格战”的影响，能够提供更优性价比的供应商更容易受到车企的青睐。

因此，高精度定位厂商需要在提升产品性能的同时，还要想尽办法降低成本。目前，提升性价比的途径主要有如下两种：

b.增大产品出货量：

尽可能让其通用化，能够在多场景、多终端进行应用，以均摊整体的成本。如果GNSS模组要满足多场景、多终端应用，那么，其在设计的时候需要考虑哪些因素？王理砚指出，导远GNSS模组提供广泛的多模式配置以满足不同用户的需求，且在产品设计初期综合了各类终端应用客户的需求。

3）量产情况

车规级量产落地项目经验和量产交付能力也是主机厂考察定位厂商的关键因素之一。