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【毫米波雷达（七）】自动驾驶汽车中的精准定位——RTK定位技术

article 2024/11/5 9:33:39

一、什么是RTK？

RTK，英文全名叫做Real-time kinematic，也就是实时动态。这是一个简称，全称其实应该是RTK（Real-time kinematic，实时动态）载波相位差分技术。

二、RTK的组装

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如上图所示，这是一个标准的传统RTK组网。
其中，除了卫星之外，RTK系统包括两个重要组成部分——基准站和流动站。
两个站都带有卫星接收机，可以观测和接收卫星数据。顾名思义，基准站是提供参考基准的基站。而流动站，是可以不断移动的站。流动站其实就是要测量自身三维坐标的那个对象目标，也就是用户终端。

三、RTK定位过程

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第①步，基准站先观测和接收卫星数据；
第②步，基准站通过旁边的无线电台（数据链），将观测数据实时发送给流动站（距离一般不超过20公里）；
第③步，流动站收到基准站数据的同时，也观测和接收了卫星数据；
第④步，流动站在基准站数据和自身数据的基础上，根据相对定位原理，进行实时差分运算，从而解算出流动站的三维坐标及其精度，其定位精度可达1cm~2cm。

四、RTK技术在毫米波雷达中的应用

RTK包括哪些工作
咱们所说的RTK模块，其实是基于RTK技术所做的一个校准测试。项目初期可以根据雷达RTK测试结果给客户展示雷达探测效果；后期针对复杂场景进行算法程序的优化。
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五、RTK系统说明

本套真值方法由上海华测导航技术股份有限公司生产的CGI-610(修订20200108)厘米级组合导航系统，来提供基准时间和距离真值。CGI-610由1个基站、2组定位天线、2组定向天线、2组主机（IMU）、3个电台组成，通过本系统可以获取目标车在自车坐标系中的横向位置、纵向位置、横向速度、纵向速度和航向角。目标车的长度是4.4米，宽度是1.7米。
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把1号GPS定位天线、1号GPS定向天线、1号移动电台和1号主机安装在自车上，把1号GPS定位天线、1号GPS定向天线、1号移动电台分别连接在1号主机（IMU）上。把1号主机数据，通过CAN线传给雷达，雷达的数据通过以太网传给自车的PC上。
把2号GPS定位天线、2号GPS定向天线、2号移动电台和2号主机安装在自车上，把2号GPS定位天线、2号GPS定向天线、2号移动电台分别连接在2号主机（IMU）上。
把2号主机的数据，通过CAN盒传到目标车的PC上。
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如图3所示为GNSS天线装载在测试车辆上的三视图，图中定义并标识出了Ｘ、Y、Z相对于测试车辆的具体方向，其中每个定义箭头所指示的方向都为正方向。

六、RTK参数设置

1、目标车相关参数设置

从RTK系统中传出来的位置等信息是定位天线的位置信息，因此通过目标车定位天线到车四边缘的距离(targetLoUp\ targetLoDown\ targetLaLeft\ targetLaRight)、目标车RTK真值和目标的航向角，便可以通过坐标系旋转平移计算出目标车四个角点的真值，计算方法见3.2第二点。如图4展示了需要测量的参数。
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2、自车相关参数设置

通过坐标系旋转平移将目标车的RTK坐标转换到以自车定位天线为原点的坐标系下，而雷达航迹位置是以后轴中心为原点，因此需要将目标车RTK坐标平移到自车的后轴中心；为此需要测量自车定位天线到后轴中心的横向距离egoCarLa和纵向距离egoCarLo，示意图如图5；
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3、自车角度补偿参数设置

雷达通过方位角标定方法得到雷达安装的角度误差，如图6中的角b，并且补偿到点云的方位角中，此时雷达的航迹通过标定都补偿到了自车中轴方向。由于自车的两个RTK天线是人工装的，两个天线的连线与自车中轴有一个角度误差，如图6中的角c，因此自车的航向角需要补偿一个角度c。
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七、RTK时间同步方法

由于本方案涉及到组合导航和1个毫米波雷达组成，在用组合导航的结果来评估毫米波雷达准确性之前，需要左右的信息统一到一个时空坐标系下。本方案的时间基准是主雷达感知时刻，空间坐标系是自车坐标系，空间坐标原点是自车后轴中心。
1、时间同步
由于组合导航的时间已经经过CGI-610系统统一到了世界时间上，所以只需要采用硬线IO脉冲同步授时的方式，把组合导航的时间同步到主雷达时间上。RTK和雷达到IO脉冲的时间不一样，此时需要计算两者到IO脉冲时间差，补偿到RTK目标的横纵向位置上。
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八、RTK数据处理流程

1、参数设置

设置目标天线到车身四边缘的距离targetLoUp\ targetLoDown\ targetLaLeft\ targetLaRight、自车天线到后轴中心的偏置(egoCarLa\egoCarLo)、自车角度补偿(Yaw)、航迹和RTK参考点标志accuracyPointFlag等信息。目前可以通过上位机