最新导航技术或比GPS更可靠

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当我们去往一个陌生的地方不知道该怎么走时,只需要动动手机或者车载,就会得到一条准确清晰的路线——这就是卫星导航技术带给我们的便利。目前使用的卫星导航系统主要有美国的GPS,俄罗斯的格洛纳斯(GLONASS),欧洲的伽利略(GALILEO)和我国的北斗导航系统。

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这种便利的前提条件是有信号。如果失去信号,我们还可以靠自己的嘴问出路来,但如果是无人驾驶汽车呢,那堪比灾难。最近,美国加州大学知觉、智能与导航自动系统实验室在Zak Kassas的带领下开发出了另一种更可靠更准确的导航系统,它使用的是现有的环境信号,例如蜂窝网络和Wi-Fi,而不是GPS。这项技术可以作为GPS的补充,使其高度可靠、连贯和防干扰。也可以用来开发导航系统,满足当前无人驾驶汽车和无人机等自主设备对导航的严格要求。

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今年9月,在美国俄勒冈州波特兰举行的2016全球导航卫星系统协会大会上,Zak Kassas团队的两项研究,“泛在线信号辅助惯性导航”和“LTE系统的定位性能表征”,获得了最佳论文奖。

在汽车和便携电子产品中使用的大部分导航系统都是天基全球导航卫星系统(GNSS),其中包括美国的GPS,俄罗斯的GLONASS,欧洲的伽利略系统和中国的北斗导航。但对于航空航天和导弹的精密技术,导航系统通常会结合GPS和一个高质量的板载惯性导航系统(INS),但它只能在短时间内提供高精度导航,当失去外部信号时最终会发生漂移。

尽管这种技术很先进,但目前的GPS/INS系统将无法满足未来的自主设备,原因有如下几点:首先,在某些特定的环境,比如比较深的峡谷中,单独的GPS信号很弱,甚至无法使用;其次,GPS信号很容易受到各种有意无意的干扰;第三,民用GPS信号未加密,未经验证,尤其是在公开可用的文档中,很容易被假冒(即被破解)。目前自主设备的导航系统不仅仅依赖GPS/INS,还有一套以摄像机、激光和声纳等传感器技术为基础的技术系统。

“在某些不可避免的情况下,GPS信号会变得不可用,研究人员希望通过增加越来越多的传感器,组建另一套自主设备的导航系统。但我们采取了不同的方法,利用已经存在的环境信号,” Kassas说。

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他的团队正在研发一种基于“泛在无线信号”(SOP)的系统,比如WiFi、信号塔、无线电、电视台以及非导航卫星的信号。这有点类似智能手机上的定位软件根基WiFi和手机信号提供定位精确度的方法。这一方法就是利用环境中不同的无线信号让GPS定位更加精确,或者在GPS失去信号时代替它。

在2016全球导航卫星系统协会大会的演讲中,Kassas的团队展示了正在进行的研究,利用这些现有的通信信号,称为泛在线信号(SOP)导航。这个系统可以自己独立使用,也可以在GPS出现问题时补充INS的数据。为了做到这一点,团队对SOP进行了理论分析,建造了一个能够从SOP中读取时间和位置信息的软件定义无线电,并在无人机和地面车辆实验之前创造了导航算法。他们希望这可以让未来的自动驾驶车辆更加安全和实用。

“自动驾驶工具将不可避免地带来一场社会与文化革命,”Kassas说。“我的团队就在应付实现低成本和可靠的自动驾驶工具中所遇到的挑战。我们的目标是让这些工具可以长时间不依赖人类运行,同时可以开展诸如搜索、营救、监视、绘图、农业、灭火、物流以及交通任务。”

除了Kassas,研究生Joshua Morales,Joe Khalife,Kimia Shamaei,Jesse Garcia,Sonya Ragothaman和大学生souradeep(Gogol)Bhattacharya促成了这一研究,该研究由海军研究办公室(ONR)资助。

 

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