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全球定位系统(GPS)
虽然数字地图和各式雷达传感器在无人驾驶方面扮演着极其重要的角色,可是除了这两者以外,还有一项更为关键的技术——GPS全球定位系统。这个系统负责统筹和整合信息,并在高清数字地图上为汽车提供最终的精确定位。
GPS是一项已经面世长达数十年的技术,最初用于军事领域;发展遵循摩尔定律,后来发展成为稳定可靠的、低成本的消费应用品。几十年前,GPS的接收器像冰箱一样庞大,而今天已经变成了小小一块芯片,嵌入手机、相机、平板电脑和汽车里。
GPS接收器能接受太空卫星发回的信号,堪称尖端科技发展创下的奇迹。车内或手机里的GPS接收器通过聆听太空卫星发出的蜂鸣信号声,确定你所处地点的经纬度。每一个卫星遵行预先设定的轨道,能持续发出稳定的电脉冲流,精确到以秒为单位。
太空中总共有24颗卫星为GPS系统提供信号,但GPS接收器只需要接收到4颗卫星就能计算出地球上的具体定位,而其余卫星的信号则更能帮助设备进一步做测量。每颗卫星发射自己专属的信号,GPS接收器把这些信号汇集后形成一股特有的信号,发给原有的卫星。工作中,卫星信号流源源不断地输入,GPS接收器必须仔细分辨聆听。通过计算信号响应之间的时间间隔,GPS接收器应用“三角定位”的数学方法计算出准确的位置。如果两颗卫星的信号同时到达,GPS接收器把这种情况判断为位置恰好处于距离中点的平分面上。
在常见的驾驶环境中,GPS接收器能计算距离为4米,约13英尺。如果接收器提供的定位信息精确无误且持续更新,研发无人驾驶汽车的难度就可以大大降低。遗憾的是,由于大气环境中的云、雨等造成干扰,卫星信号可能遭遇屏蔽或延迟,导致计算结果产生偏差。
都市驾驶的另一个严重问题是超声波的反射脉冲。如果你曾经在纽约的曼哈顿使用GPS设备,你一定感受过卫星脉冲信号遇上高层建筑产生反弹的情况——GPS系统出现混乱失控,节奏凌乱,每隔几分钟就产生新的定位。事实上是,从卫星上发出的部分脉冲信号,遇上了摩天大楼产生反弹,给接收器造成假象,误认为它们的抵达时间略有不同。就连最好的GPS系统也能被城市峡谷效应(Urban Canyon Effect)误导。