Zpět

Technologie globálního polohového systému (GPS) způsobila revoluci v určování polohy objektů a v navigaci. Trh s globálními družicovými navigačními systémy (GNSS) měl v roce 2021 hodnotu 198,9 miliardy eur (212,68 USD) a podle prognóz se do roku 2031 pravděpodobně zvýší na 492,2 miliardy eur, uvádí Statista. S vývojem technologií GPS a GNSS se však odhalují některá omezení.

Vícecestná navigace a navigace podle mrtvé dráhy mohou pro GPS v automobilových aplikacích představovat značnou výzvu. Pro řešení těchto problémů vytvořila společnost Metis Engineering inovativní řešení pro zvýšení přesnosti a spolehlivosti GPS.

Přesnost

Vícecestný signál označuje jev, kdy se signály GPS odrážejí od povrchů, jako jsou budovy nebo terén, a vytvářejí na přijímači vícenásobné signály. Tyto vícenásobné signály se mohou navzájem rušit, což způsobuje nepřesnosti v měření polohy a rychlosti. Evropská kosmická agentura uvádí, že vícecestné signály mohou v městských oblastech způsobit chybu určení polohy GPS až o deset metrů.

Navigace podle mrtvého bodu, metoda používaná k odhadu polohy na základě známé rychlosti a směru pohybu, je také náchylná k chybám – zejména při rychlých změnách rychlosti a směru. V automobilovém průmyslu navigace podle mrtvého bodu udržuje polohu vozidla v případě dočasné ztráty signálu GPS, například při průjezdu tunelem. Přesnost navigace podle mrtvého bodu se může lišit v závislosti na kvalitě snímačů používaných k měření rychlosti a směru.

Senzor Dead Reckoning společnosti Metis se snaží tyto běžné problémy vyřešit

Pro systém Metis je řešením sloučení dvou datových sektorů, které poskytují optimální řešení polohy: data GPS a data inerciálního senzoru. „Pokud jsou data GPS kombinována s inerciálním senzorem a GPS si najednou myslí, že vozidlo je 20 m daleko, ale senzor se nepohnul, může řidič potvrdit skutečnou polohu vozidla,“ říká Joe Holdworth, výkonný ředitel společnosti Metis. Podle průmyslových výzkumníků GIS Geography může dobře navržený přijímač GPS dosáhnout horizontální přesnosti tři metry nebo lepší. V případě vertikální přesnosti může v 95 % případů dosáhnout přesnosti pět metrů nebo lepší. Problém je v tom, že zatímco člověk tato rozhodnutí dokáže učinit, autonomní vozidla a vestavěné strojové učení toho nemusí být schopny.

Proto systém Metis obsahuje také antény proti vícecestnému signálu, které snižují vliv vícecestného signálu na signály GPS, a moduly mrtvého počítání, které zajišťují přesné určení polohy v situacích, kdy je signál GPS slabý nebo nedostupný. „Pokud tuto technologii začleníte do vozidel, je velmi užitečná ve vnitřních městských oblastech, aby se zabránilo vícecestnému signálu,“ zdůrazňuje Holdworth. „Bez tohoto druhu technologie hrozí, že řidiči ztratí signál a nebudou skutečně vědět, kde se nacházejí.“

Mezi běžné situace, kdy může být navigace pomocí mrtvého bodu nutná, patří podzemní parkoviště a tunely, nebo pokud se ve městech nachází mnoho vysokých budov. Pomocí senzorů Metis však navigační systém zjistí, že ztratil signál GPS, a pak použije pouze inerciální senzory, které stále poskytují přesnou polohu, přestože nemá k dispozici polohu GPS.

Kinematické polohování v reálném čase

Holdworth upozorňuje, že signály GPS a GNNS musí procházet zemskou atmosférou, což může způsobit další problémy. GNNS se skládá ze systému satelitní navigace (satnav), který využívá malé satelity k určení zeměpisné polohy přijímače uživatele. Družice vysílají dvě nosné vlny v pásmu L označované jako L1 a L2 a nosné vlny přenášejí informace z družice na Zemi. Holdworth však varuje, že „světlo může signály zkreslovat, což může změnit jejich dráhu a způsobit, že cesta k GPS/vozidlu trvá déle, než kdyby šlo o přímý problém“.

Řešením je podle něj mít místní základnové stanice, které tyto nepřesnosti měří v atmosféře. Holdworth zdůrazňuje, že to zajistí přesnost 2,5 m pro vozidlo používající standardní GPS. S rozvojem technologií je však nyní možné jít ještě o krok dál: „Nepřesnosti způsobené atmosférickými vlivy se měří na základnových stanicích; v závislosti na tom, jak daleko jste od základnové stanice, bude záležet na tom, jak přesné budou korekce.“

Co je tedy třeba zavést, je kinematické určování polohy v reálném čase (RTK) GPS. RTK bylo poprvé vyvinuto v 90. letech 20. století jako vylepšení tradičního systému GPS, který vytvořilo americké ministerstvo obrany v 70. letech 20. století. Protože technologie RTK GPS již nějakou dobu existuje, její cena se výrazně snížila, což znamená, že její integrace do dalších vozidel je pro výrobce automobilů atraktivnější než dříve, říká Holdworth.

RTK je aplikace geodézie k opravě běžných chyb současných systémů GNSS. Základní koncepce spočívá ve snížení a odstranění chyb společných pro základní stanici a modul roveru, který je namontován na vozidle. Řídicí jednotka základní stanice přijímá vstupní údaje z roveru a řídí jeho činnost úpravou jeho polohy vzhledem k referenčnímu bodu.

 

 Snímač mrtvého bodu od Metis Engineering

Holdworth zdůrazňuje, že to je důležité ve fázi sběru dat. Tato technika zahrnuje měření nosné fáze družicového signálu, která je následně podrobena sofistikovaným statistickým metodám, aby se vyrovnala fáze ze signálů a eliminovala většina standardních chyb GPS. Tato data pak mohou být odeslána do jednotky GPS a poskytnout přesnou polohu „na centimetr přesně“.

Autonomní vozidla (AV)

Dodává, že RTK by mohla být důležitá zejména pro autonomní řízení. „AV budou používat nejrůznější senzory k rozhodování o tom, ve kterém jízdním pruhu se řidič nachází nebo kde je auto na mapě, takže je velmi užitečné, pokud se můžete dostat na úroveň centimetrů,“ říká.

„Zajímalo by mě, co si o této technologii myslí širší automobilový průmysl a proč by ji hráči používali nebo nepoužívali,“ říká Holdworth. Někteří výrobci automobilů, včetně společností Ford a GM, zkoumají využití technologie RTK ve svých autonomních systémech řízení a pokročilých asistenčních systémech řidiče (ADAS) pro zlepšení přesnosti určování polohy a lokalizace. Vývojář AV Waymo dokonce vyvinul vlastní řešení RTK, které používá ke zlepšení přesnosti určování polohy. Mimo tyto příklady však RTK zůstává v automobilovém průmyslu relativně novou a okrajovou technologií.

Bez ohledu na to poznamenává, že RTK by se neměla používat samostatně; spíše by se měla spojit s dalšími soubory dat, jako je například rozpoznávání obrazu. „Snažíme se hledat čipové sady nebo již vyvinuté technologie, které bychom mohli použít a integrovat za účelem vytvoření našich produktů.“ Výrobcům OEM Holdworth radí, aby se nespoléhali na jednu technologii. Namísto toho by se fúze inovací navigačních technologií mohla nakonec ukázat jako cennější a efektivnější.

 

Zdroj: automotiveworld.com