精確定位對(duì)于自動(dòng)駕駛車輛和戶外移動(dòng)機(jī)器人的安全性和可靠性至關(guān)重要。從自動(dòng)駕駛汽車和巴士到送貨機(jī)器人和無人機(jī)，現(xiàn)代移動(dòng)出行系統(tǒng)都依賴于精確定位來實(shí)時(shí)做出安全決策。
全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GNSS）雖然能夠提供地球上的絕對(duì)定位，但在人口密集的城市地區(qū)，其性能往往會(huì)下降。高樓大廈、隧道和高架結(jié)構(gòu)經(jīng)常會(huì)阻擋、反射或吸收GNSS信號(hào)，導(dǎo)致在城市峽谷和復(fù)雜的城市布局中定位不可靠。
在這些環(huán)境中，GNSS信號(hào)會(huì)受到多徑傳播和非視距（NLOS）干擾的影響。反射或被遮擋的信號(hào)會(huì)使測(cè)量結(jié)果失真，這對(duì)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（RTK-GNSS）等依賴于載波相位整數(shù)模糊度解算的傳統(tǒng)高精度定位方法構(gòu)成了挑戰(zhàn)。
該過程對(duì)信號(hào)中斷和多徑效應(yīng)高度敏感。當(dāng)模糊度解析失敗時(shí)，定位誤差會(huì)迅速從厘米級(jí)增長(zhǎng)到米級(jí)，從而危及安全關(guān)鍵型應(yīng)用，并凸顯了開發(fā)更穩(wěn)健的城市定位方法的必要性。
據(jù)外媒報(bào)道，由日本名城大學(xué)機(jī)電工程系（Department of Mechatronics Engineering, Meijo University）副教授Junichi Meguro領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種專門針對(duì)惡劣城市環(huán)境的全新的僅依賴GNSS的定位方法。該研究團(tuán)隊(duì)的成員還包括名城大學(xué)機(jī)電工程專業(yè)（Division of Mechatronics Engineering）的碩士研究生Daiki Niimi先生。相關(guān)論文發(fā)表于期刊《IEEE Robotics and Automation Letters》。
該方法的核心創(chuàng)新在于采用緊耦合的Rao-Blackwellized粒子濾波器，它無需依賴載波相位整數(shù)模糊度解算即可進(jìn)行概率定位。與嘗試解決模糊度（傳統(tǒng)RTK-GNSS在城市環(huán)境中的主要失效點(diǎn)）不同，該方法利用載波相位測(cè)量的分?jǐn)?shù)分量來評(píng)估多個(gè)位置假設(shè)的概率。
圖片來源：名城大學(xué)
即使由于多徑效應(yīng)、部分信號(hào)阻塞或衛(wèi)星可見性波動(dòng)導(dǎo)致GNSS測(cè)量質(zhì)量下降，該概率框架也能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的定位，為在復(fù)雜的城市環(huán)境中運(yùn)行的自主系統(tǒng)提供可靠的解決方案。
為了進(jìn)一步增強(qiáng)魯棒性，研究人員將原始多普勒（Doppler）測(cè)量值集成到卡爾曼（Kalman）濾波器中，從而能夠持續(xù)估算車輛速度和接收機(jī)時(shí)鐘漂移。
該方法還實(shí)現(xiàn)了對(duì)非視距衛(wèi)星的粒子級(jí)剔除，并應(yīng)用了基于學(xué)生t分布（Student’s t-distribution）的魯棒濾波方案，從而降低了由多徑效應(yīng)和其他非高斯（non-Gaussian）誤差引起的異常值的影響。
這些機(jī)制共同作用，使系統(tǒng)即使在只有少數(shù)衛(wèi)星可用的情況下也能保持穩(wěn)定的位置估計(jì)，從而確保在復(fù)雜的城市環(huán)境中具有高可靠性。
研究團(tuán)隊(duì)利用在名古屋和東京六個(gè)復(fù)雜城市環(huán)境中收集的真實(shí)車輛數(shù)據(jù)驗(yàn)證了該方法。在六次測(cè)試中的五次，所提出的方法均優(yōu)于現(xiàn)有的基于GNSS的方法，即使在衛(wèi)星嚴(yán)重遮擋的情況下，也能始終保持亞米級(jí)的精度。
在最嚴(yán)峻的情況下，該方法的精度比最好的傳統(tǒng)解決方案也高出近30百分點(diǎn)，證明了其在傳統(tǒng)技術(shù)經(jīng)常失效的環(huán)境中的穩(wěn)健性。
這項(xiàng)研究表明，通過充分利用GNSS測(cè)量數(shù)據(jù)，僅使用GNSS即可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、精確的城市定位。預(yù)計(jì)這些研究成果將對(duì)自動(dòng)駕駛和戶外自主移動(dòng)系統(tǒng)的未來產(chǎn)生重大影響。
