Positionnement précis sur route

La navigation et la localisation GNSS sont depuis longtemps une norme dans notre vie quotidienne. L'utilisation de ce système est devenue la norme pour le véhicule sans pilote NPO StarLine OSCAR . Alors que la plupart des gens utilisent de simples récepteurs GPS dans leurs téléphones, OSCAR utilise des solutions GNSS de haute précision. Mais d'abord, qu'est-ce que le GNSS en général et comment fonctionne-t-il?

Qu'est-ce que GNSS?

GNSS signifie Global Navigation Satellite System (ou Satellite Navigation System ) et est utilisé comme un terme général pour la localisation des satellites avec une couverture mondiale dans le monde entier. En 2019, il existe plusieurs constellations de satellites majeures:

• GPS (USA), 31 satellites
• GLONASS (Russie), 24 satellites
• Beidou (Chine), 23 satellites
• Galileo (Union européenne), 26 satellites
• NAVIC (Inde), 7 satellites
• QZSS (Japon), 4 satellites

Comment ça marche?

Prenez par exemple le GPS habituel de notre téléphone. Il y a toujours au moins quatre satellites GPS à portée de la Terre. Chacun de ces satellites GPS envoie des informations de position et l'heure actuelle aux récepteurs GPS à un intervalle fixe. Eh bien, la distance entre le récepteur GPS et le satellite est calculée en trouvant la différence entre l'heure à laquelle le signal a été envoyé par le satellite GPS et l'heure à laquelle le signal a été reçu par le récepteur GPS.

Dès que le récepteur (par exemple, votre smartphone) reçoit un signal d'au moins trois satellites, votre position (ou plutôt votre téléphone) est calculée à l'aide de la trilatération . Le GPS a besoin d'au moins trois satellites pour calculer la position 2D (longitude et latitude) et de quatre satellites pour la position 3D (longitude, latitude, altitude).

Pourquoi le GPS ne fonctionne-t-il pas bien en milieu urbain?

Bien que le GPS fonctionne assez bien sous le ciel ouvert, la précision diminue considérablement dans les zones urbaines (l'erreur peut être de 50 mètres ou plus): grands immeubles, câbles, ponts et autres objets - tout cela aggrave la précision du positionnement.


Réflexion du signal satellite dans la ville. Photos chez Uber

Les bâtiments interfèrent souvent avec la ligne de vue directe des satellites, et tandis que le signal du satellite «vole» dans votre récepteur, il parvient à rebondir plusieurs fois sur les bâtiments et à venir avec une distorsion. En raison de ces réflexions, la précision de positionnement est considérablement réduite (parfois ± 500 mètres). Vous devez avoir rencontré une situation où lors de la commande d'un taxi votre position sur la carte n'était pas affichée correctement.

Pour éliminer ces problèmes, nous utilisons des récepteurs GNSS de haute précision, qui augmentent considérablement la précision de positionnement à l'aide d'IMU (modules de mesure inertiels), des informations provenant du bus CAN du véhicule, des corrections RTK et un peu plus de magie.

Précision améliorée

Il existe plusieurs méthodes de base pour améliorer la précision. Jetez un œil aux plus populaires:

• IMU (Inertial Measurement Module) est un ensemble d'accéléromètres et de gyroscopes qui fournissent des mesures 3D. En soi, l'IMU ne fournit pas de données sur l'emplacement (position, altitude, vitesse), mais fournit des informations utiles pour calculer l'emplacement dans des endroits où le GPS ne «capture» pas (tunnels, parkings, etc.);

IMU typique

• Les corrections RTK augmentent considérablement la précision de localisation à 1 à 2 centimètres en temps réel. Le résultat est simple - les stations dites de base sont situées dans le monde entier. Une station de base spécifique connaît les erreurs dans sa zone et les signale au récepteur, et ce dernier, à son tour, prend en compte ces corrections et donne une solution plus précise;

En gros, la station de base est un récepteur GNSS en mode «station» + logiciel + canal radio / Internet

• Le bus CAN est également utile pour calculer l'emplacement, car la voiture fournit des données utiles sur la vitesse, la vitesse des roues et d'autres caractéristiques.

Le saviez-vous dans notre OSCAR?

Récepteurs OSCAR et GNSS de haute précision

Une précision centimétrique est nécessaire pour tous les véhicules sans pilote, pas seulement pour OSCAR. Imaginez une seconde que ce serait si le drone utilisait le GPS conventionnel avec une précision de ± 50 mètres:


Une si faible précision entraînera certainement des accidents. C'est pourquoi dans le processus de travail sur OSCAR, nous avons mené des recherches et testé un certain nombre de récepteurs GNSS, les testant dans des conditions difficiles de développement urbain dense.




Il n'y a qu'une seule voiture, mais plusieurs traces GPS

En conséquence, nous avons opté pour deux solutions:

• NovAtel PwrPak 7D-E1
• uBlox F9K

Les deux récepteurs ont montré d'excellents résultats et ont été intégrés avec succès dans notre plate-forme logicielle et matérielle.

Chez StarLine, nous aimons faire d'un drone sûr une réalité . Si vous êtes également intéressé par ce sujet et que vous souhaitez construire un avenir sans pilote avec nous, alors nous vous invitons dans l'équipe !

Le projet StarLine OSCAR (Open Source Car) est ouvert aux spécialistes de la communauté Open Source, où chacun peut participer au processus de développement d'un drone au niveau du code, tester ses algorithmes sur une vraie voiture équipée d'un équipement coûteux.

Twitter: twitter.com/starline_oscar
Site Web: smartcar.starline.ru
GitLab: gitlab.com/starline/oscar