Обеспечение уверенности в автономных транспортных средствах
Точность на уровне полосы движения, безопасность и целостность, продемонстрированные на выставке CES 2020
На выставке Consumer Electronics Show (CES), проходившей с 7 по 10 января 2020 года, команда NovAtel по критическим системам безопасности продемонстрировала платформу для научно-исследовательских разработок, которая показала непрерывное позиционирование на уровне полосы движения с проверенным решением для обеспечения безопасности и целостности.
«Целостность важна для автономного будущего», - пояснил Майкл Риттер, президент подразделения Hexagon Autonomy & Positioning, в которое входят бренды NovAtel и AutonomouStuff. – «У нас долгая история обеспечения целостности навигации. Мы используем аналогичный подход к целостности для автономного вождения, потому что в действительности мы должны быть еще более точными, чем в авиации».
Истина и последствия
Демонстрационная программа механизма позиционирования NovAtel была создана с использованием исследовательской платформы Hexagon | AutonomouStuff.
Ключевые компоненты включали:
- Программный механизм позиционирования NovAtel с использованием технологии коррекции TerraStar X;
- Набор микросхем приемника автомобильного уровня ST Teseo V / APP;
- инерциальный измерительный блок ADIS 16505 (IMU) компании Analog Devices;
- Антенна автомобильного класса NovAtel GNSS-1500.
Такая конфигурация обеспечивает повышение точности до 70% по сравнению со стандартными наборами компонентов. Программный механизм позиционирования NovAtel обрабатывает необработанный код и измерения фазы несущей ГНСС измерений с набора микросхем приемника, измерения ускорения и угловой скорости от инерциального модуля, а также данные коррекции TerraStar X для расчета положения транспортного средства с точностью до уровня полосы движения. С использованием технологии TerraStar X время конвергенции решения сокращается менее чем до одной минуты.
В дополнение к программному модулю позиционирования демонстрационная платформа NovAtel включала в себя высокоточную эталонную систему, которая сравнивала решения от автомобильного приемника и выходных данных программного модуля позиционирования.
Эталонная система состояла из приемника NovAtel PwrPak7D ™, IMU μIMU-IC и двух антенн NovAtel GNSS-502. В эталонной системе использовались RTK поправки сети HxGN SmartNet для расчета наиболее точной эталонной траектории для проверки наземной траектории.
На дороге
Во время выставки CES 2020 исследовательский автомобиль NovAtel эксплуатировался на дорогах общего пользования к северу от Лас-Вегаса.
Внутри автомобиля экраны визуализации в реальном времени отображали путь автомобиля, документируя статус решения, уровни защиты и критические предупреждения. График в верхней части рисунка 1 показана ошибка, полученная от механизма измерения набора микросхем (ME) ST Teseo, относительно эталонной системы. Зеленая линия - это ошибки, связанные с программным механизмом позиционирования NovAtel, который вычисляет решение с помощью комбинации ГНСС поправок, данных инерциального модуля и измерений от приемника Teseo. Результатом являются более последовательные и точные измерения с погрешностями менее 0,5 метра в условиях открытого неба.
Экран визуализации обеспечивал участникам демонстрации четкую проверку состояния ИНС (в данном случае хорошего) и количества видимых спутников. Обратите внимание, что горизонтальный уровень защиты (HPL) находится на уровне 2,1 м, ниже предела предупреждения 3,0 м (AL), поэтому точность уровня полосы движения транспортного средства остается в пределах безопасного (зеленого) допуска.
На рисунке 2 показаны характеристики программного механизма позиционирования NovAtel по сравнению со стандартным автомобильным оснащением ГНСС на всем демонстрационном пути вокруг Лас-Вегаса. Точки значительного роста ошибок на графике указывают на то, что транспортное средство движется в сложных условиях, в которых прерываются ГНСС сигналы, например, проезды под землей. Ошибки механизма позиционирования NovAtel в это время минимизируются (особенно по сравнению с традиционным автомобильным оборудованием) за счет интегрированных передовых алгоритмов, которые используют данные инерциального измерительного модуля для обеспечения точного решения.
Предел погрешности
Целостность - это количественная оценка позиционирования и привязка ошибки к ней с числовой гарантией - по сути, мера доверия к решению. NovAtel обеспечивает целостность своего программного механизма позиционирования с помощью уровней защиты.
Компания разработала свой подход в рамках исследовательского партнерства с некоторыми лидерами в области профессиональной этики в академических кругах, включая Стэнфордский университет и Технологический институт Иллинойса. Благодаря партнерству были разработаны модели угроз и мониторинг безопасности, аналогичные тем, которые используются для определения целостности в авиации, для количественной оценки и определения границ ошибок или уровней защиты и обеспечения целостности ГНСС измерений для автономных автомобильных приложений.
Как отмечалось ранее, в автомобильных приложениях PL или верхняя граница прогнозируемой максимально возможной ошибки положения является мерой уверенности в точности положения транспортного средства на уровне полосы движения. Набор данных из демонстрации в Лас-Вегасе (рис. 3) представляет собой сравнение ошибки определения местоположения с уровнями защиты по маршруту шоссе общего пользования в Лас-Вегасе.
Если уровень защиты превышает предел предупреждений (AL), решение позиционирования больше не считается безопасным для использования в этом приложении. Связанный с этим риск целостности определяется как частота ошибок положения, превышающих PL. В автомобильных приложениях PL дает возможность пользователю быть уверенным в точности положения автомобиля на уровне полосы движения.
Области с наибольшим уровнем защиты (на Рисунке 3) относятся к случаям, когда транспортное средство столкнулось со сложными условиями для ГНСС - проехало под эстакадой и закрыло обзор неба. В этих сценариях оценка максимально возможной ошибки или уровня защиты должна увеличиваться по мере того, как сигналы ГНСС прерываются или становятся недоступными.
Однако, несмотря на более высокие требования защиты, ошибка позиционирования программного механизма позиционирования остается небольшой благодаря передовым алгоритмам NovAtel для точного счисления и объединения инерциальных датчиков. На снимке Google Earth (рис. 4) показаны условия в одном из этих случаев (t = 509625), когда транспортное средство движется под серией подземных проездов по маршруту. Уровни защиты соответственно реагируют на изменения среды, предоставляя пользователю решение о местоположении, которое не только является точным, но и целостным.
На протяжении всей демонстрации в Лас-Вегасе программный механизм позиционирования NovAtel оказался надежным и способным минимизировать погрешность определения местоположения, не сообщая о ложной опасности.
Ускорение вперед
Программный механизм позиционирования NovAtel, созданный на основе передовых технологий объединения датчиков, устанавливает новый стандарт безопасных автономных транспортных средств на дороге. Благодаря этому механизму непрерывное позиционирование на уровне полосы движения от стандартных дорожных условий до самых сложных условий не только возможно, но и определяется с реалистичными пределами ошибок и уровнями защиты.
