將來(lái)駕駛輔助系統(tǒng)將依賴(lài)于精確、牢靠和連續(xù)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(chē)和其他車(chē)輛。通常處理這一問(wèn)題的計(jì)劃是采用車(chē)載的測(cè)距傳感器。雷達(dá)、激光雷達(dá)和基于視覺(jué)的系統(tǒng)可以檢測(cè)到視野內(nèi)的物體。與這些非協(xié)作式傳感器相反的是，協(xié)作式傳感器遵照的戰(zhàn)略是一切的道路參與者主動(dòng)地提供估量的相對(duì)位置信息。能夠運(yùn)用基于車(chē)車(chē)通訊的協(xié)作式辦法補(bǔ)償車(chē)載測(cè)距傳感器檢測(cè)范圍、視角和設(shè)備梗塞的缺陷。協(xié)作式戰(zhàn)略和非協(xié)作式戰(zhàn)略的交融從定位的精確性和魯棒性角度來(lái)思索似乎都可以得到最大的好處。本文給讀者提供一個(gè)關(guān)于不同車(chē)輛相對(duì)定位技術(shù)的綜合性概述。

 精度（Accuracy）

普通來(lái)講，丈量系統(tǒng)的精度能夠定義為丈量值和真實(shí)值的接近水平。在定位系統(tǒng)中采用丈量值和真值的差值來(lái)定量描繪該接近水平。通常定位系統(tǒng)中的精度指的是三維的定位精度，但是在車(chē)輛應(yīng)用當(dāng)中由于車(chē)輛是在道路上行駛的，普通不太關(guān)注垂直的車(chē)輛位置，因而普通采用二維的位置精度。定位的精度普通定量的描繪為均方根誤差（RMSE，Root Mean Squared Error）或者其它慣例比方95%置信區(qū)間。當(dāng)評(píng)價(jià)車(chē)輛相對(duì)定位系統(tǒng)的精度時(shí)，通常將沿軌跡方向和垂直軌跡方向的精度辨別看待。特別是關(guān)于車(chē)載測(cè)距傳感器，需求區(qū)別看待測(cè)距精度和丈量角度的精度。

同測(cè)得的相對(duì)位置和相對(duì)速度信息一樣，當(dāng)前丈量結(jié)果的不肯定性信息關(guān)于駕駛輔助應(yīng)用也是有用的。依據(jù)目的車(chē)輛檢測(cè)間隔、視角、目的物體的材質(zhì)以及環(huán)境條件的不同，傳感器的精度也會(huì)有所不同。理想的相對(duì)定位系統(tǒng)應(yīng)該可以提供沿軌跡和垂直軌跡方向的高精度、無(wú)偏向的相對(duì)位置和速度信息，還包括當(dāng)前估量的不肯定性。Shladover and Tan 指出1m的定位精度在碰撞預(yù)警可承受的邊緣，而50cm的精度會(huì)顯著的提升系統(tǒng)的性能。

牢靠性（Reliability）

特別是關(guān)于平安關(guān)鍵應(yīng)用（safety-critical applications），系統(tǒng)的牢靠性是十分重要的要素。一個(gè)系統(tǒng)可能精度很高，但是假如不夠牢靠也不行。在系統(tǒng)工程中，牢靠性也稱(chēng)為完好性。完好性給出了“能夠?qū)φ麄€(gè)系統(tǒng)提供信息的正確性停止的信任度量”。完好性還包括在超越特定參數(shù)的誤差極限時(shí)提供警報(bào)的才能。完好性剖析產(chǎn)生特定參數(shù)的置信區(qū)間，即所謂的維護(hù)級(jí)別，以及完好性風(fēng)險(xiǎn)，即丈量不包含在維護(hù)級(jí)別內(nèi)的概率。固然在民用航空中對(duì)一切相關(guān)的操作部件施加了嚴(yán)厲的完好性請(qǐng)求，但在公路運(yùn)輸范疇才剛剛開(kāi)端特別思索完好性。道路車(chē)輛功用平安規(guī)范（ISO 26262）定義了所謂的汽車(chē)平安完好性等級(jí)，以量化車(chē)輛內(nèi)部的每個(gè)功用，軟件和硬件組件相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)以及與平安關(guān)鍵應(yīng)用相關(guān)的風(fēng)險(xiǎn)。

可用性（Availability）

定位系統(tǒng)盡可能地可用是十分重要的，多種緣由會(huì)招致可用性降低。基于GNSS的定位系統(tǒng)可能在衛(wèi)星視野完整阻塞的狀況下不可用，例如在隧道中。不只是GNSS，任何類(lèi)型的基于無(wú)線電的定位系統(tǒng)都能夠經(jīng)過(guò)干擾信號(hào)而變得不可用?；谝曈X(jué)的測(cè)距系統(tǒng)可能不適用于霧、大雨或夜間等條件。

只要當(dāng)各車(chē)輛裝備有所需的定位和通訊設(shè)備時(shí)協(xié)作式辦法才可用。在早期開(kāi)發(fā)階段，較低的浸透率將產(chǎn)惹事實(shí)上的低可用性。因而為了給平安系統(tǒng)提供連續(xù)的操作，對(duì)可用性的請(qǐng)求應(yīng)到達(dá)接近100％。

 檢測(cè)范圍和視場(chǎng)（Detecting Range and Field of View）

激光掃描儀和視覺(jué)等測(cè)距系統(tǒng)具有視野特性，這意味著它們只能丈量能夠直接看到的相鄰障礙物的位置，并且很容易被其他車(chē)輛，建筑物或四周的地形所阻撓。這些系統(tǒng)還遭到它們有限的發(fā)射功率或傳感器靈活度的限制。此外其視野也有限，由它們掃描環(huán)境的方位角和仰角的張角所定義，為了克制這種限制，需求在車(chē)輛四周放置多個(gè)傳感器以取得360度的環(huán)境視圖。而應(yīng)用V2V通訊和全向天線，能夠完成對(duì)環(huán)境的全方位感知。

 維度（Dimension）

空間中的位置是三維重量，因而它是一種相對(duì)的位置坐標(biāo)。許多相對(duì)定位系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)用僅可以丈量一維或二維的相對(duì)位置。基于GNSS的協(xié)作式處理計(jì)劃可以在車(chē)輛之間提供完好的3D相對(duì)位置。

 目的分辨和辨認(rèn)（Target Resolution and Identification）

目的的分辨指的是分辨不同對(duì)象的才能。量化目的的數(shù)量并隨著時(shí)間的推移對(duì)目的停止跟蹤關(guān)于駕駛輔助系統(tǒng)來(lái)說(shuō)十分重要。臨近的目的可能會(huì)被車(chē)載測(cè)距傳感器錯(cuò)誤地兼并為一個(gè)單獨(dú)的對(duì)象。系統(tǒng)檢測(cè)和跟蹤目的的最大數(shù)量會(huì)遭到測(cè)距傳感器內(nèi)部處置才能以及車(chē)載處置才能的限制。依據(jù)道路環(huán)境的不同，為取得與平安相關(guān)的應(yīng)用所需的對(duì)物體的辨識(shí)，將需求跟蹤多達(dá)100個(gè)目的。另外，隨著時(shí)間的推移對(duì)目的的明白辨認(rèn)是關(guān)于相對(duì)定位處理計(jì)劃的進(jìn)一步請(qǐng)求，即在檢測(cè)和跟蹤中綴時(shí)為同一目的提供相同的ID。

系統(tǒng)延遲（System Delay）

平安相關(guān)的駕駛輔助應(yīng)用，通常具有需求快速響應(yīng)和高動(dòng)態(tài)的特性。警報(bào)系統(tǒng)及時(shí)發(fā)出警報(bào)并且控制系統(tǒng)可以平穩(wěn)地響應(yīng)相對(duì)位置的變化是非常重要的。為此，來(lái)自相對(duì)位置設(shè)備的信息必需在短時(shí)間內(nèi)處置并以足夠高的速率輸出。在隊(duì)列行駛中，追求快速牢靠地控制車(chē)輛的速度和轉(zhuǎn)向。固然今天的ACC應(yīng)用需求10 Hz到20 Hz的更新速率，但將來(lái)的碰撞檢測(cè)和預(yù)碰撞應(yīng)用需求高達(dá)50 Hz的更新速率。

丈量的輸出頻率是一個(gè)重要要素。丈量的延遲（即從物理事情發(fā)作直到輸出到應(yīng)用程序所經(jīng)過(guò)的時(shí)間）也是很重要的，由于它招致前向碰撞預(yù)警（FCA）障礙物檢測(cè)的延遲或者在隊(duì)列應(yīng)用中控制的不穩(wěn)定。例如，雷達(dá)傳感器和激光掃描儀對(duì)速度變化不敏感，它們只能經(jīng)過(guò)對(duì)連續(xù)丈量量的觀測(cè)來(lái)估量加速度，并因而遭到延遲增加的影響。直接傳輸車(chē)輛傳感器信息的協(xié)作式處理計(jì)劃將克制該限制。但是，V2V通訊將引入傳播和通訊系統(tǒng)的延遲。

非技術(shù)方面的請(qǐng)求（Non-Technical Requirements）

在評(píng)價(jià)某個(gè)相對(duì)定位系統(tǒng)的適用性時(shí)，還應(yīng)思索其他非技術(shù)請(qǐng)求或限制。比方在商用客貨運(yùn)車(chē)輛中，價(jià)錢(qián)起著重要作用。某種相對(duì)定位處理計(jì)劃的本錢(qián)不只是在汽車(chē)中裝載該設(shè)備的直接價(jià)錢(qián)，還需求思索二次本錢(qián)，包括裝置和維護(hù)本錢(qián)，處置才能，重量和功耗，以及所產(chǎn)生的噪音和熱量。在運(yùn)用基于根底設(shè)備通訊（例如蜂窩通訊）的協(xié)作式處理計(jì)劃中，能夠預(yù)期運(yùn)轉(zhuǎn)本錢(qián)會(huì)以月費(fèi)或年費(fèi)的方式以維持根底設(shè)備和運(yùn)用答應(yīng)頻帶。

結(jié)論

在線的測(cè)距傳感器比方雷達(dá)傳感器和激光掃描儀可以提供較高的間隔精度，但雷達(dá)傳感器側(cè)向的分辨率較低，激光掃描儀可以提供較高精度的側(cè)向間隔。兩者均可以為平安相關(guān)應(yīng)用提供可承受的更新頻率（》10Hz），但是只要雷達(dá)可以直接提供相對(duì)速度信息?；谝曈X(jué)的系統(tǒng)只能估量近間隔車(chē)輛的間隔，并且必需運(yùn)用有關(guān)物體和背景的附加信息來(lái)估量間隔更遠(yuǎn)車(chē)輛的間隔信息。只能經(jīng)過(guò)比擬連續(xù)圖像的信息來(lái)取得相對(duì)速度。激光掃描儀和攝像頭系統(tǒng)由于依賴(lài)可見(jiàn)光招致可用性較低，并因而對(duì)不理想的照明和氣候條件敏感。最終由激光掃描儀或攝像機(jī)支持的雷達(dá)傳感器是用于平安關(guān)鍵的高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)相對(duì)定位十分合適的辦法。

基于雷達(dá)和視覺(jué)的處理計(jì)劃在縱向和橫向性能方面可以互相補(bǔ)充。雷達(dá)傳感器的帶寬增加將使得回波信號(hào)中能包含更多的細(xì)節(jié)信息。雷達(dá)傳感器的研討方向?yàn)楦鼜?qiáng)大、更準(zhǔn)確的檢測(cè)和跟蹤算法。此外，用于基于視覺(jué)的車(chē)輛跟蹤系統(tǒng)的圖像處置算法將繼續(xù)開(kāi)展以降低錯(cuò)誤檢測(cè)率和道路物體的錯(cuò)誤分類(lèi)。

關(guān)于本錢(qián)，雷達(dá)傳感器在過(guò)去十年中價(jià)錢(qián)下跌，估計(jì)基于視覺(jué)的系統(tǒng)也會(huì)發(fā)作同樣的狀況，由于相機(jī)技術(shù)曾經(jīng)在消費(fèi)市場(chǎng)中占領(lǐng)了一席之地，并且該技術(shù)曾經(jīng)成熟，能夠引入汽車(chē)范疇。而激光掃描儀由于其機(jī)械部件的存在，可能需求更多的時(shí)間才干夠具有足夠的吸收力以便找到市場(chǎng)。

一切非協(xié)作式辦法都具有視野特征，并且容易被障礙物阻撓，例如其他車(chē)輛或者在彎曲的鄉(xiāng)村道路以及城市環(huán)境中具有有限的范圍。此外，運(yùn)用RSS（Received Signal Strength，信號(hào)接納強(qiáng)度），RTD（Round-Trip Delay，往復(fù)延遲）和TOA（Time-Of-Arrival，抵達(dá)時(shí)間）丈量的基于協(xié)作轉(zhuǎn)發(fā)器的辦法在非視距條件下表現(xiàn)出太大的誤差。這被以為是其應(yīng)用于車(chē)輛平安應(yīng)用的重要缺陷，由于其需求及時(shí)地對(duì)車(chē)輛前方的動(dòng)態(tài)事情作出反響。而基于V2V通訊的協(xié)作式辦法能夠應(yīng)對(duì)到達(dá)幾百米的視野遮擋，經(jīng)過(guò)車(chē)輛之間的定位信息交流來(lái)完成相對(duì)定位。在這里，不同的處理計(jì)劃互相競(jìng)爭(zhēng)，以滿(mǎn)足高級(jí)駕駛輔助應(yīng)用的請(qǐng)求。獨(dú)立GNSS處理計(jì)劃不滿(mǎn)足相對(duì)位置和相對(duì)速度的精確性和可用性請(qǐng)求。GNSS與車(chē)載運(yùn)動(dòng)傳感器和慣性傳感器的交融用于絕對(duì)位置肯定，進(jìn)步了可用性和精確性。運(yùn)用GNSS載波相位處理計(jì)劃能夠完成厘米準(zhǔn)確的相對(duì)位置，但是具有對(duì)衛(wèi)星視野阻塞的高靈活度的缺陷，招致有限的可用性并且僅保存用于開(kāi)放天空?qǐng)鼍啊?/span>

雖然如此，基于GNSS的處理計(jì)劃在城市峽谷或隧道等具有應(yīng)戰(zhàn)性的環(huán)境中的有限可用性和低精度依然是將來(lái)基于V2V通訊的協(xié)作辦法需求處理的主要問(wèn)題。高精度地圖將成為將來(lái)自動(dòng)駕駛汽車(chē)取得精確絕對(duì)位置坐標(biāo)定位的關(guān)鍵。經(jīng)過(guò)運(yùn)用車(chē)載感知傳感器，自動(dòng)駕駛車(chē)輛將可以辨認(rèn)四周的特征，并且能夠得到本人的位置信息或與其他車(chē)輛共享這些信息，以便取得本人與其他車(chē)輛的相對(duì)位置關(guān)系。

協(xié)作式和非協(xié)作式的交融是最有希望的相對(duì)位置估量辦法。倡議將具有高精度和關(guān)于照明與氣候條件具有良好魯棒性的雷達(dá)傳感器與具有擴(kuò)展全方位范圍和辨認(rèn)才能的V2V通訊相分離?；谝曈X(jué)的系統(tǒng)和雷達(dá)傳感器未來(lái)能夠?qū)⒆畹图?jí)別的協(xié)作式技術(shù)提供的四周道路運(yùn)用者的信息歸入其中用以改善車(chē)輛檢測(cè)和不同目的的分辨率。關(guān)于協(xié)作式辦法，若將GNSS的偽距和載波相位丈量值停止交流，并與運(yùn)動(dòng)傳感器和慣性傳感器信息分離將可以提供最高的精確性、可用性和魯棒性。