將來駕駛輔助系統(tǒng)將依賴于精確、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、自行車和其他車輛。通常處理這一問題的計劃是采用車載的測距傳感器。雷達(dá)、激光雷達(dá)和基于視覺的系統(tǒng)可以檢測到視野內(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地提供估量的相對位置信息。能夠運(yùn)用基于車車通訊的協(xié)作式辦法補(bǔ)償車載測距傳感器檢測范圍、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思索似乎都可以得到最大的好處。本文給讀者提供一個關(guān)于不同車輛相對定位技術(shù)的綜合性概述。

 精度（Accuracy）

普通來講，丈量系統(tǒng)的精度能夠定義為丈量值和真實值的接近水平。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，但是在車輛應(yīng)用當(dāng)中由于車輛是在道路上行駛的，普通不太關(guān)注垂直的車輛位置，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)評價車輛相對定位系統(tǒng)的精度時，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)于車載測距傳感器，需求區(qū)別看待測距精度和丈量角度的精度。

同測得的相對位置和相對速度信息一樣，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)目的車輛檢測間隔、視角、目的物體的材質(zhì)以及環(huán)境條件的不同，傳感器的精度也會有所不同。理想的相對定位系統(tǒng)應(yīng)該可以提供沿軌跡和垂直軌跡方向的高精度、無偏向的相對位置和速度信息，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，牢靠性也稱為完好性。完好性給出了“能夠?qū)φ麄€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)的誤差極限時提供警報的才能。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)級別，以及完好性風(fēng)險，即丈量不包含在維護(hù)級別內(nèi)的概率。固然在民用航空中對一切相關(guān)的操作部件施加了嚴(yán)厲的完好性請求，但在公路運(yùn)輸范疇才剛剛開端特別思索完好性。道路車輛功用平安規(guī)范（ISO 26262）定義了所謂的汽車平安完好性等級，以量化車輛內(nèi)部的每個功用，軟件和硬件組件相關(guān)的風(fēng)險以及與平安關(guān)鍵應(yīng)用相關(guān)的風(fēng)險。

可用性（Availability）

定位系統(tǒng)盡可能地可用是十分重要的，多種緣由會招致可用性降低?；贕NSS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，任何類型的基于無線電的定位系統(tǒng)都能夠經(jīng)過干擾信號而變得不可用?；谝曈X的測距系統(tǒng)可能不適用于霧、大雨或夜間等條件。

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

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

激光掃描儀和視覺等測距系統(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，需求在車輛四周放置多個傳感器以取得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，因而它是一種相對的位置坐標(biāo)。許多相對定位系統(tǒng)單獨(dú)運(yùn)用僅可以丈量一維或二維的相對位置?；贕NSS的協(xié)作式處理計劃可以在車輛之間提供完好的3D相對位置。

 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象的才能。量化目的的數(shù)量并隨著時間的推移對目的停止跟蹤關(guān)于駕駛輔助系統(tǒng)來說十分重要。臨近的目的可能會被車載測距傳感器錯誤地兼并為一個單獨(dú)的對象。系統(tǒng)檢測和跟蹤目的的最大數(shù)量會遭到測距傳感器內(nèi)部處置才能以及車載處置才能的限制。依據(jù)道路環(huán)境的不同，為取得與平安相關(guān)的應(yīng)用所需的對物體的辨識，將需求跟蹤多達(dá)100個目的。另外，隨著時間的推移對目的的明白辨認(rèn)是關(guān)于相對定位處理計劃的進(jìn)一步請求，即在檢測和跟蹤中綴時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)和高動態(tài)的特性。警報系統(tǒng)及時發(fā)出警報并且控制系統(tǒng)可以平穩(wěn)地響應(yīng)相對位置的變化是非常重要的。為此，來自相對位置設(shè)備的信息必需在短時間內(nèi)處置并以足夠高的速率輸出。在隊列行駛中，追求快速牢靠地控制車輛的速度和轉(zhuǎn)向。固然今天的ACC應(yīng)用需求10 Hz到20 Hz的更新速率，但將來的碰撞檢測和預(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)過的時間）也是很重要的，由于它招致前向碰撞預(yù)警（FCA）障礙物檢測的延遲或者在隊列應(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速度變化不敏感，它們只能經(jīng)過對連續(xù)丈量量的觀測來估量加速度，并因而遭到延遲增加的影響。直接傳輸車輛傳感器信息的協(xié)作式處理計劃將克制該限制。但是，V2V通訊將引入傳播和通訊系統(tǒng)的延遲。

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

在評價某個相對定位系統(tǒng)的適用性時，還應(yīng)思索其他非技術(shù)請求或限制。比方在商用客貨運(yùn)車輛中，價錢起著重要作用。某種相對定位處理計劃的本錢不只是在汽車中裝載該設(shè)備的直接價錢，還需求思索二次本錢，包括裝置和維護(hù)本錢，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)作式處理計劃中，能夠預(yù)期運(yùn)轉(zhuǎn)本錢會以月費(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)可以直接提供相對速度信息。基于視覺的系統(tǒng)只能估量近間隔車輛的間隔，并且必需運(yùn)用有關(guān)物體和背景的附加信息來估量間隔更遠(yuǎn)車輛的間隔信息。只能經(jīng)過比擬連續(xù)圖像的信息來取得相對速度。激光掃描儀和攝像頭系統(tǒng)由于依賴可見光招致可用性較低，并因而對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)鍵的高級駕駛輔助系統(tǒng)相對定位十分合適的辦法。

基于雷達(dá)和視覺的處理計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中能包含更多的細(xì)節(jié)信息。雷達(dá)傳感器的研討方向為更強(qiáng)大、更準(zhǔn)確的檢測和跟蹤算法。此外，用于基于視覺的車輛跟蹤系統(tǒng)的圖像處置算法將繼續(xù)開展以降低錯誤檢測率和道路物體的錯誤分類。

關(guān)于本錢，雷達(dá)傳感器在過去十年中價錢下跌，估計基于視覺的系統(tǒng)也會發(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，可能需求更多的時間才干夠具有足夠的吸收力以便找到市場。

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，信號接納強(qiáng)度），RTD（Round-Trip Delay，往復(fù)延遲）和TOA（Time-Of-Arrival，抵達(dá)時間）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)用于車輛平安應(yīng)用的重要缺陷，由于其需求及時地對車輛前方的動態(tài)事情作出反響。而基于V2V通訊的協(xié)作式辦法能夠應(yīng)對到達(dá)幾百米的視野遮擋，經(jīng)過車輛之間的定位信息交流來完成相對定位。在這里，不同的處理計劃互相競爭，以滿足高級駕駛輔助應(yīng)用的請求。獨(dú)立GNSS處理計劃不滿足相對位置和相對速度的精確性和可用性請求。GNSS與車載運(yùn)動傳感器和慣性傳感器的交融用于絕對位置肯定，進(jìn)步了可用性和精確性。運(yùn)用GNSS載波相位處理計劃能夠完成厘米準(zhǔn)確的相對位置，但是具有對衛(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放天空場景。

雖然如此，基于GNSS的處理計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基于V2V通訊的協(xié)作辦法需求處理的主要問題。高精度地圖將成為將來自動駕駛汽車取得精確絕對位置坐標(biāo)定位的關(guān)鍵。經(jīng)過運(yùn)用車載感知傳感器，自動駕駛車輛將可以辨認(rèn)四周的特征，并且能夠得到本人的位置信息或與其他車輛共享這些信息，以便取得本人與其他車輛的相對位置關(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的系統(tǒng)和雷達(dá)傳感器未來能夠?qū)⒆畹图墑e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輛檢測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。