航位计算如何实现高精度车载导航定位

高端汽车中的座位计算ADR是将GNSS数据与安装在车身和车轮上的相关传感器收集的位置信息相结合，然后进行定位计算。SkyTraq Technology去年推出的PX1120D则是集成6轴IMU和四核GNSS，提供预装应用wheel-tick融合航位计算，后装应用是无线航位计算，满足传感器融合水平，提供100%位置覆盖。

汽车在使用GPS或者GNSS在定位时，需要同时接收多个卫星信号，以确保准确定位。因此，我们可以看到，当汽车行驶到隧道和其他屏蔽环境时，GPS或GNSS定位精度会不同程度地降低，甚至完全丧失。

航位推算DR通常用于弥补GPS或GNSS定位困难。当卫星定位精度降低时，通过使用各种ADS1251U传感器（陀螺仪传感器、加速度计、速度脉冲等）计算车辆的当前位置，以保持车辆的定位精度。

准确定位无线航位计算

最常见的航位计算是使用IMU计算车辆的实时方向。有了这些信息和行驶距离，导航系统可以正确确定车辆的位置。高端汽车中的座位计算ADR是将GNSS数据与安装在车身和车轮上的相关传感器收集的位置信息相结合，然后进行定位计算。这种最准确的定位要求车辆自身的数据网络集成度足够高。

在车辆自身数据网络集成度不是那么高的情况下，是否也能实现比单一GNSS那么更准确的定位呢？也就是说，无线航位计算UDR。无线航位计算可以实现比较GNSS定位效果更好，非常接近ADR。无线航位计算不需要与车辆网络连接。它只将惯性传感数据与车辆网络连接起来GNSS结合数据计算得到车辆姿态信息。

通过获取无联航位计算模块IMU精确测量角度和加速度的数据GNSS当信号受到干扰或失真时，应提供即时定位修正。目前，芯片或模块可以支持计算无空间的计算。即使没有地图匹配，车辆的位置精度也相当高，这基本上相当于车载导航精度。

特色技术下的航位计算芯片修正车辆位置信息

现在很多供应商都在做航位计算模块，他们都开始推出无线航位计算功能。基本原理是一样的，具体的技术细节会有所不同，比如SkyTraq Technology的S1722DR8，结合GNSS位置数据、陀螺仪数据(测量转角)和里程表数据(测量行驶距离)。-148dBm冷启动灵敏度使其能够在极弱的信号环境中自动获取、跟踪和定位位置。SkyTraq Technology通过扩展卡尔曼滤波算法，它将通过GNSS和传感器数据和依赖性GNSS加权函数结合信号质量，降低误差效果显著。SkyTraq Technology去年推出的PX1120D则是集成6轴IMU和四核GNSS，提供预装应用wheel-tick融合航位计算，后装应用是无线航位计算，满足传感器融合水平，提供100%位置覆盖。

u-blox的NEO-M9V模块航位计算模块是相同的IMU结合四核GNSS，提供无线航位计算和应用dead reckoning(死区计算)技术，与单个技术相比GNSS在常见的环境中，模块可以提高三倍精度，达到分米精度。NEO-M9V耦合卡尔曼滤波器还用于反馈跟踪精度的信息GNSS测量组件中的一切GNSS和传感器信号。NEO-M9V还有一个特点，刷新频率高，提供实时频率HNR。另外，模块集成SAW/LNA部分射频干扰得到缓解。无线航位计算模块与实时运动学相结合（RTK）在多频段中，技术和校正服务的高精度算法可以实现高精度位置的快速收敛和重新收敛。

ST的Teseo III，Teseo-VIC3DA模块也与6轴结合IMU与GNSS IC，内置航位计算，不仅功耗较低，还增加了更高精度的载波相位跟踪。-163dBm灵敏度跟踪可以实现1.5mCEP精度定位。Teseo-VIC3DA定位速率高达30Hz，延迟很低，可以大幅减少UART通道抖动。ST这个模块也体现了硬件设计的领先，Teseo-VIC3DA在16.0mmx12.2mm在小尺寸内，由于板载提供了优良的精度温度补偿晶体振荡器（TCXO）缩短首次定位时间（TTFF）。

虽然不同厂造商的导航计算模块使用不同的特殊硬件和软件技术，但原理是相同的。当前位置与上一次卫星定位之间的距离是通过收集传感器内部的数据来计算的。当然，要实现高精度的导航位置计算，传感器的要求也很高。除了必要的精度外，设备的功耗必须很低，以便始终保持开放模式，并为导航位置计算提供数据。

如何进一步提高航位计算的精度？

从上面我们可以看到这些航位计算模块，IMU非常重要。IMU通过计算旋转速度的时间积分，测量车辆的转速，代表车辆的实时方向的角度，然后结合方向和驾驶距离来确定车辆的位置。用于空间位置计算导航IMU最大的挑战之一是，卫星信号可能会长期丢失，导致累积角度误差过大，无法准确定位车辆。

从计算的角度来看，累积误差会随着所需的积分时间的延长而增大，这就是为什么在导航计算应用中，较长的运行时间会导致精度偏差。当然，这是一种提高计算精度和传感器整体性能的方法IMU速率误差是降低角度误差的传统方法。但从现在开始MEMS从系统来看，车规等级IMU已经做到了非常精准，在这一性能上改善空间有限。

另一个角度是通过缩短积分时间来减少误差。通常使用低通滤波器来缩短这一时间，并使用低通滤波器来过滤数字域中的噪声，以减少无效的积分时间。IMU在中间，设置一个阈值，将低于该阈值的速率样本归零，在计算航位时只取剩余的有效速率。IMU由于自身性能（主要是噪声）的影响，这些无效积分有时会花费大量时间，甚至超过有效积分时间。过滤后，可以大大缩短积分时间，显著降低累积角度误差。

在传感器性能提升空间相对有限的情况下，通过低通滤波器缩短积分时间是一种简单有效的方法，可以提高航位计算精度。

小结

在GPS或GNSS在无法独立工作的情况下，如何准确定位车辆取决于航位计算。目前，航位计算模块还显示了高定位精度，与车载导航水平完全匹配，大大降低了车载导航的局限性。