1 摘要

 

未來駕駛輔助係統將依賴於準確、可靠和連續的其他道路交通參與者的位置信息
，這些交通參與者包括：行人
、自行車和其他車輛。通常解決這一問題的方案是采用車載的測距傳感器。雷達、激ji光guang雷lei達da和he基ji於yu視shi覺jiao的de係xi統tong能neng夠gou檢jian測ce到dao視shi線xian內nei的de物wu體ti。與yu這zhe些xie非fei協xie作zuo式shi傳chuan感gan器qi相xiang反fan的de是shi

，協xie作zuo式shi傳chuan感gan器qi遵zun循xun的de策ce略lve是shi所suo有you的de道dao路lu參can與yu者zhe主zhu動dong地di提ti供gong估gu計ji的de相xiang對dui位wei置zhi信xin息xi。可ke以yi使shi用yong基ji於yu車che車che通tong訊xun的de協xie作zuo式shi方fang法fa彌mi補bu車che載zai測ce距ju傳chuan感gan器qi檢jian測ce範fan圍wei、shijiaohesheshidusaidequexian。xiezuoshicelvehefeixiezuoshicelvederonghecongdingweidezhunquexinghelubangxingjiaodulaikaolvsihudounenggoudedaozuidadeyichu。benwengeiduzhetigongyigeguanyubutongcheliangxiangduidingweijishudezonghexinggaishu。

 

2 引言 

 

用於車輛相對定位的測距傳感器和技術可以概括為下圖
，首先分為兩大類：非協作式定位和協作式定位。非協作式定位包括：雷達
、激光掃描儀、視覺和TOF攝像機；協作式定位包括：基於轉發器的測距（根據射頻信號直接估算相對距離）和基於GNSS的相對定位（通過通訊的方式傳遞GNSS測得的位置相關信息，包括GNSS解算得到的位置和原始的GNSS信息，如偽距）。具體對各個定位技術的介紹請參見原文，限於篇幅，本譯文隻進行部分翻譯，著重於定位需求的分析以及對各個定位技術的評價。

 

 

3 需求分析

 

3.1 精度（Accuracy）

 

yibanlaijiang，celiangxitongdejingdukeyidingyiweiceliangzhihezhenshizhidejiejinchengdu。zaidingweixitongzhongcaiyongceliangzhihezhenzhidechazhilaidingliangmiaoshugaijiejinchengdu。tongchangdingweixitongzhongdejingduzhideshisanweidedingweijingdu
，ranerzaicheliangyingyongdangzhongyouyucheliangshizaidaolushangxingshide，yibanbutaiguanzhuchuizhidecheliangweizhi
，yinciyibancaiyongerweideweizhijingdu。dingweidejingduyibandingliangdemiaoshuweijunfanggenwucha（RMSE，Root Mean Squared Error）或者其它慣例比如95%zhixinqujian。dangpingjiacheliangxiangduidingweixitongdejingdushi，tongchangjiangyanguijifangxianghechuizhiguijifangxiangdejingduqufenduidai。youqishiduiyuchezaicejuchuanganqi，xuyaoqubieduidaicejujingduheceliangjiaodudejingdu。

 

同測得的相對位置和相對速度信息一樣
，當前測量結果的不確定性信息對於駕駛輔助應用也是有用的。根據目標車輛檢測距離、視角
、目標物體的材質以及環境條件的不同，傳感器的精度也會有所不同。理想的相對定位係統應該能夠提供沿軌跡和垂直軌跡方向的高精度
、無偏差的相對位置和速度信息，還包括當前估計的不確定性。Shladover and Tan 指出1m的定位精度在碰撞預警可接受的邊緣，而50cm的精度會顯著的提升係統的性能。

 

3.2 可靠性（Reliability）

 

特別是對於安全關鍵應用（safety-critical applications），係(xi)統(tong)的(de)可(ke)靠(kao)性(xing)是(shi)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)的(de)因(yin)素(su)。一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)可(ke)能(neng)精(jing)度(du)很(hen)高(gao)
，但(dan)是(shi)如(ru)果(guo)不(bu)夠(gou)可(ke)靠(kao)也(ye)不(bu)行(xing)。在(zai)係(xi)統(tong)工(gong)程(cheng)中(zhong)，可(ke)靠(kao)性(xing)也(ye)稱(cheng)為(wei)完(wan)整(zheng)性(xing)。完(wan)整(zheng)性(xing)給(gei)出(chu)了(le)“可以對整個係統提供信息的正確性進行的信任度量”。完(wan)整(zheng)性(xing)還(hai)包(bao)括(kuo)在(zai)超(chao)過(guo)特(te)定(ding)參(can)數(shu)的(de)誤(wu)差(cha)極(ji)限(xian)時(shi)提(ti)供(gong)警(jing)報(bao)的(de)能(neng)力(li)。完(wan)整(zheng)性(xing)分(fen)析(xi)產(chan)生(sheng)特(te)定(ding)參(can)數(shu)的(de)置(zhi)信(xin)區(qu)間(jian)，即(ji)所(suo)謂(wei)的(de)保(bao)護(hu)級(ji)別(bie)，以(yi)及(ji)完(wan)整(zheng)性(xing)風(feng)險(xian)
，即(ji)測(ce)量(liang)不(bu)包(bao)含(han)在(zai)保(bao)護(hu)級(ji)別(bie)內(nei)的(de)概(gai)率(lv)。雖(sui)然(ran)在(zai)民(min)用(yong)航(hang)空(kong)中(zhong)對(dui)所(suo)有(you)相(xiang)關(guan)的(de)操(cao)作(zuo)部(bu)件(jian)施(shi)加(jia)了(le)嚴(yan)格(ge)的(de)完(wan)整(zheng)性(xing)要(yao)求(qiu)
，但(dan)在(zai)公(gong)路(lu)運(yun)輸(shu)領(ling)域(yu)才(cai)剛(gang)剛(gang)開(kai)始(shi)特(te)別(bie)考(kao)慮(lv)完(wan)整(zheng)性(xing)。道(dao)路(lu)車(che)輛(liang)功(gong)能(neng)安(an)全(quan)標(biao)準(zhun)（ISO 26262）定義了所謂的汽車安全完整性等級，以量化車輛內部的每個功能，軟件和硬件組件相關的風險以及與安全關鍵應用相關的風險。

 

3.3 可用性（Availability）

 

定位係統盡可能地可用是非常重要的，多種原因會導致可用性降低。基於GNSS的定位係統可能在衛星視線完全阻塞的情況下不可用
，例如在隧道中。不僅是GNSS，任何類型的基於無線電的定位係統都可以通過幹擾信號而變得不可用。基於視覺的測距係統可能不適用於霧、大雨或夜間等條件。

 

zhiyoudanggecheliangpeibeiyousuoxudedingweihetongxinshebeishixiezuoshifangfacaikeyong。zaizaoqikaifajieduan，jiaodideshentoulvjiangchanshengshishishangdedikeyongxing。yinciweilegeianquanxitongtigonglianxudecaozuo
，duikeyongxingdeyaoqiuyingdadaojiejin100％。

 

3.4 檢測範圍和視場（Detecting Range and Field of View）

 

jiguangsaomiaoyiheshijiaodengcejuxitongjuyoushixiantexing，zheyiweizhetamenzhinengceliangkeyizhijiekandaodexianglinzhangaiwudeweizhi
，bingqiehenrongyibeiqitacheliang

，jianzhuwuhuozhouweidedixingsuozudang。zhexiexitonghaishoudaotamenyouxiandefashegonglvhuochuanganqilingmindudexianzhi。ciwaiqishiyeyeyouxian，youtamensaomiaohuanjingdefangweijiaoheyangjiaodezhangjiaosuodingyi，weilekefuzhezhongxianzhi，xuyaozaicheliangzhouweifangzhiduogechuanganqiyihuode360度的環境視圖。而利用V2V通信和全向天線，可以實現對環境的全方位感知。

 

3.5 維度（Dimension）

 

空間中的位置是三維分量，因此它是一種相對的位置坐標。許多相對定位係統單獨使用僅能夠測量一維或二維的相對位置。基於GNSS的協作式解決方案能夠在車輛之間提供完整的3D相對位置。

 

3.6 目標分辨和識別（Target Resolution and Identification）

 

目(mu)標(biao)的(de)分(fen)辨(bian)指(zhi)的(de)是(shi)分(fen)辨(bian)不(bu)同(tong)對(dui)象(xiang)的(de)能(neng)力(li)。量(liang)化(hua)目(mu)標(biao)的(de)數(shu)量(liang)並(bing)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)推(tui)移(yi)對(dui)目(mu)標(biao)進(jin)行(xing)跟(gen)蹤(zong)對(dui)於(yu)駕(jia)駛(shi)輔(fu)助(zhu)係(xi)統(tong)來(lai)說(shuo)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)。臨(lin)近(jin)的(de)目(mu)標(biao)可(ke)能(neng)會(hui)被(bei)車(che)載(zai)測(ce)距(ju)傳(chuan)感(gan)器(qi)錯(cuo)誤(wu)地(di)合(he)並(bing)為(wei)一(yi)個(ge)單(dan)獨(du)的(de)對(dui)象(xiang)。係(xi)統(tong)檢(jian)測(ce)和(he)跟(gen)蹤(zong)目(mu)標(biao)的(de)最(zui)大(da)數(shu)量(liang)會(hui)受(shou)到(dao)測(ce)距(ju)傳(chuan)感(gan)器(qi)內(nei)部(bu)處(chu)理(li)能(neng)力(li)以(yi)及(ji)車(che)載(zai)處(chu)理(li)能(neng)力(li)的(de)限(xian)製(zhi)。根(gen)據(ju)道(dao)路(lu)環(huan)境(jing)的(de)不(bu)同(tong)，為(wei)獲(huo)得(de)與(yu)安(an)全(quan)相(xiang)關(guan)的(de)應(ying)用(yong)所(suo)需(xu)的(de)對(dui)物(wu)體(ti)的(de)辨(bian)識(shi)，將(jiang)需(xu)要(yao)跟(gen)蹤(zong)多(duo)達(da)100個(ge)目(mu)標(biao)。另(ling)外(wai)，隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)推(tui)移(yi)對(dui)目(mu)標(biao)的(de)明(ming)確(que)識(shi)別(bie)是(shi)對(dui)於(yu)相(xiang)對(dui)定(ding)位(wei)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)進(jin)一(yi)步(bu)要(yao)求(qiu)，即(ji)在(zai)檢(jian)測(ce)和(he)跟(gen)蹤(zong)中(zhong)斷(duan)時(shi)為(wei)同(tong)一(yi)目(mu)標(biao)提(ti)供(gong)相(xiang)同(tong)的(de)ID。

 

3.7 係統延遲（System Delay）

 

anquanxiangguandejiashifuzhuyingyong
，tongchangjuyouxuyaokuaisuxiangyinghegaodongtaidetexing。jingbaoxitongjishifachujingbaobingqiekongzhixitongnenggoupingwendixiangyingxiangduiweizhidebianhuashishifenzhongyaode。weici，laizixiangduiweizhishebeidexinxibixuzaiduanshijianneichulibingyizugougaodesulvshuchu。zaiduiliexingshizhong，zhuiqiukuaisukekaodikongzhicheliangdesuduhezhuanxiang。suiranjintiandeACC應用需要10 Hz到20 Hz的更新速率
，但未來的碰撞檢測和預碰撞應用需要高達50 Hz的更新速率。

 

測量的輸出頻率是一個重要因素。測量的延遲（即從物理事件發生直到輸出到應用程序所經過的時間）也是很重要的，因為它導致前向碰撞預警（FCA）障(zhang)礙(ai)物(wu)檢(jian)測(ce)的(de)延(yan)遲(chi)或(huo)者(zhe)在(zai)隊(dui)列(lie)應(ying)用(yong)中(zhong)控(kong)製(zhi)的(de)不(bu)穩(wen)定(ding)。例(li)如(ru)
，雷(lei)達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)和(he)激(ji)光(guang)掃(sao)描(miao)儀(yi)對(dui)速(su)度(du)變(bian)化(hua)不(bu)敏(min)感(gan)
，它(ta)們(men)隻(zhi)能(neng)通(tong)過(guo)對(dui)連(lian)續(xu)測(ce)量(liang)量(liang)的(de)觀(guan)測(ce)來(lai)估(gu)計(ji)加(jia)速(su)度(du)
，並(bing)因(yin)此(ci)受(shou)到(dao)延(yan)遲(chi)增(zeng)加(jia)的(de)影(ying)響(xiang)。直(zhi)接(jie)傳(chuan)輸(shu)車(che)輛(liang)傳(chuan)感(gan)器(qi)信(xin)息(xi)的(de)協(xie)作(zuo)式(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)將(jiang)克(ke)服(fu)該(gai)限(xian)製(zhi)。然(ran)而(er)，V2V通信將引入傳播和通信係統的延遲。

 

3.8 非技術方麵的要求（Non-Technical Requirements）

 

在zai評ping估gu某mou個ge相xiang對dui定ding位wei係xi統tong的de適shi用yong性xing時shi，還hai應ying考kao慮lv其qi他ta非fei技ji術shu要yao求qiu或huo限xian製zhi。比bi如ru在zai商shang用yong客ke貨huo運yun車che輛liang中zhong，價jia格ge起qi著zhe重zhong要yao作zuo用yong。某mou種zhong相xiang對dui定ding位wei解jie決jue方fang案an的de成cheng本ben不bu僅jin是shi在zai汽qi車che中zhong裝zhuang載zai該gai設she備bei的de直zhi接jie價jia格ge，還hai需xu要yao考kao慮lv二er次ci成cheng本ben
，包bao括kuo安an裝zhuang和he維wei護hu成cheng本ben，處chu理li能neng力li，重zhong量liang和he功gong耗hao，以yi及ji所suo產chan生sheng的de噪zao音yin和he熱re量liang。在zai使shi用yong基ji於yu基ji礎chu設she施shi通tong信xin（例如蜂窩通信）的協作式解決方案中，可以預期運行成本會以月費或年費的形式以維持基礎設施和使用許可頻帶。

 

4 結論

 

benwenduibutongxiezuoshihefeixiezuoshideceliangxiangduiweizhidechuanganqiheyongyudangqianjiashifuzhuxitongyijiweilaizidongjiashixitongdejishuzuolezongjie
，binglieyuxiabiaozhong。shangwensuoshudexuqiufenxiyezaizengjiazailebiaozhonglaidingliangdehengliangyishangdegezhongjishu
，tongguocaiyong5個符號（++
，+，o
，-，--）來表明傳感器在某一方麵的性能的優劣（++最好，--最弱，o表示性能中等）。

 

在zai線xian的de測ce距ju傳chuan感gan器qi比bi如ru雷lei達da傳chuan感gan器qi和he激ji光guang掃sao描miao儀yi能neng夠gou提ti供gong較jiao高gao的de距ju離li精jing度du，但dan雷lei達da傳chuan感gan器qi側ce向xiang的de分fen辨bian率lv較jiao低di
，激ji光guang掃sao描miao儀yi能neng夠gou提ti供gong較jiao高gao精jing度du的de側ce向xiang距ju離li。兩liang者zhe均jun能neng夠gou為wei安an全quan相xiang關guan應ying用yong提ti供gong可ke接jie受shou的de更geng新xin頻pin率lv（>10Hz），danshizhiyouleidanenggouzhijietigongxiangduisuduxinxi。jiyushijiaodexitongzhinenggujijinjulicheliangdejuli，bingqiebixushiyongyouguanwutihebeijingdefujiaxinxilaigujijuligengyuancheliangdejulixinxi。zhinengtongguobijiaolianxutuxiangdexinxilaihuodexiangduisudu。jiguangsaomiaoyiheshexiangtouxitongyouyuyilaikejianguangdaozhikeyongxingjiaodi，bingyinciduibulixiangdezhaomingheqihoutiaojianmingan。zuizhongyoujiguangsaomiaoyihuoshexiangjizhichideleidachuanganqishiyongyuanquanguanjiandegaojijiashifuzhuxitongxiangduidingweifeichangshihedefangfa。

 

基ji於yu雷lei達da和he視shi覺jiao的de解jie決jue方fang案an在zai縱zong向xiang和he橫heng向xiang性xing能neng方fang麵mian能neng夠gou相xiang互hu補bu充chong。雷lei達da傳chuan感gan器qi的de帶dai寬kuan增zeng加jia將jiang使shi得de回hui波bo信xin號hao中zhong能neng包bao含han更geng多duo的de細xi節jie信xin息xi。雷lei達da傳chuan感gan器qi的de研yan究jiu方fang向xiang為wei更geng強qiang大da、更精確的檢測和跟蹤算法。此外，用於基於視覺的車輛跟蹤係統的圖像處理算法將繼續發展以降低錯誤檢測率和道路物體的錯誤分類。

 

關(guan)於(yu)成(cheng)本(ben)，雷(lei)達(da)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)過(guo)去(qu)十(shi)年(nian)中(zhong)價(jia)格(ge)下(xia)跌(die)，預(yu)計(ji)基(ji)於(yu)視(shi)覺(jiao)的(de)係(xi)統(tong)也(ye)會(hui)發(fa)生(sheng)同(tong)樣(yang)的(de)情(qing)況(kuang)，因(yin)為(wei)相(xiang)機(ji)技(ji)術(shu)已(yi)經(jing)在(zai)消(xiao)費(fei)市(shi)場(chang)中(zhong)占(zhan)據(ju)了(le)一(yi)席(xi)之(zhi)地(di)，並(bing)且(qie)該(gai)技(ji)術(shu)已(yi)經(jing)成(cheng)熟(shu)，可(ke)以(yi)引(yin)入(ru)汽(qi)車(che)領(ling)域(yu)。而(er)激(ji)光(guang)掃(sao)描(miao)儀(yi)由(you)於(yu)其(qi)機(ji)械(xie)部(bu)件(jian)的(de)存(cun)在(zai)，可(ke)能(neng)需(xu)要(yao)更(geng)多(duo)的(de)時(shi)間(jian)才(cai)能(neng)夠(gou)具(ju)有(you)足(zu)夠(gou)的(de)吸(xi)引(yin)力(li)以(yi)便(bian)找(zhao)到(dao)市(shi)場(chang)。

 

suoyoufeixiezuoshifangfadoujuyoushixiantezheng，bingqierongyibeizhangaiwuzudang，liruqitachelianghuozhezaiwanqudexiangcundaoluyijichengshihuanjingzhongjuyouyouxiandefanwei。ciwai，shiyongRSS（Received Signal Strength
，信號接收強度），RTD（Round-Trip Delay
，往返延遲）和TOA（Time-Of-Arrival，到達時間）測(ce)量(liang)的(de)基(ji)於(yu)協(xie)作(zuo)轉(zhuan)發(fa)器(qi)的(de)方(fang)法(fa)在(zai)非(fei)視(shi)距(ju)條(tiao)件(jian)下(xia)表(biao)現(xian)出(chu)太(tai)大(da)的(de)誤(wu)差(cha)。這(zhe)被(bei)認(ren)為(wei)是(shi)其(qi)應(ying)用(yong)於(yu)車(che)輛(liang)安(an)全(quan)應(ying)用(yong)的(de)重(zhong)要(yao)缺(que)點(dian)
，因(yin)為(wei)其(qi)需(xu)要(yao)及(ji)時(shi)地(di)對(dui)車(che)輛(liang)前(qian)方(fang)的(de)動(dong)態(tai)事(shi)件(jian)作(zuo)出(chu)反(fan)應(ying)。而(er)基(ji)於(yu)V2V通(tong)信(xin)的(de)協(xie)作(zuo)式(shi)方(fang)法(fa)可(ke)以(yi)應(ying)對(dui)達(da)到(dao)幾(ji)百(bai)米(mi)的(de)視(shi)線(xian)遮(zhe)擋(dang)
，通(tong)過(guo)車(che)輛(liang)之(zhi)間(jian)的(de)定(ding)位(wei)信(xin)息(xi)交(jiao)換(huan)來(lai)實(shi)現(xian)相(xiang)對(dui)定(ding)位(wei)。在(zai)這(zhe)裏(li)，不(bu)同(tong)的(de)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)相(xiang)互(hu)競(jing)爭(zheng)
，以(yi)滿(man)足(zu)高(gao)級(ji)駕(jia)駛(shi)輔(fu)助(zhu)應(ying)用(yong)的(de)要(yao)求(qiu)。獨(du)立(li)GNSS解決方案不滿足相對位置和相對速度的準確性和可用性要求。GNSS與車載運動傳感器和慣性傳感器的融合用於絕對位置確定
，提高了可用性和準確性。使用GNSSzaiboxiangweijiejuefangankeyishixianlimijingquedexiangduiweizhi，danshijuyouduiweixingshixianzusaidegaolingmindudequedian，daozhiyouxiandekeyongxingbingqiejinbaoliuyongyukaifangtiankongchangjing。

 

盡管如此，基於GNSS的解決方案在城市峽穀或隧道等具有挑戰性的環境中的有限可用性和低精度仍然是未來基於V2Vtongxindehezuofangfaxuyaojiejuedezhuyaowenti。gaojingduditujiangchengweiweilaizidongjiashiqichehuodezhunquejueduiweizhizuobiaodingweideguanjian。tongguoshiyongchezaiganzhichuanganqi，zidongjiashicheliangjiangnenggoushibiezhouweidetezheng
，bingqiekeyidedaozijideweizhixinxihuoyuqitachelianggongxiangzhexiexinxi
，yibianhuodezijiyuqitacheliangdexiangduiweizhiguanxi。

 

xiezuoshihefeixiezuoshiderongheshizuiyouxiwangdexiangduiweizhigujifangfa。jianyijiangjuyougaojingduheduiyuzhaomingyuqihoutiaojianjuyoulianghaolubangxingdeleidachuanganqiyujuyoukuozhanquanfangweifanweiheshibienenglideV2V通tong信xin相xiang結jie合he。基ji於yu視shi覺jiao的de係xi統tong和he雷lei達da傳chuan感gan器qi將jiang來lai可ke以yi將jiang最zui低di級ji別bie的de協xie作zuo式shi技ji術shu提ti供gong的de周zhou圍wei道dao路lu使shi用yong者zhe的de信xin息xi納na入ru其qi中zhong用yong以yi改gai善shan車che輛liang檢jian測ce和he不bu同tong目mu標biao的de分fen辨bian率lv。對dui於yu協xie作zuo式shi方fang法fa
，若ruo將jiangGNSS的偽距和載波相位測量值進行交換，並與運動傳感器和慣性傳感器信息結合將能夠提供最高的準確性、可用性和魯棒性。