[論文レビュー] Deep urban unaided precise GNSS vehicle positioning.

Todd E. Humphreys, Matthew J. Murrian+1 more|arXiv (Cornell University)|Jun 23, 2019

GNSS positioning and interference参考文献 29被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、密度の高い基準局ネットワークとソフトウェア定義受信機を用いた、補助なしの載波位相差分GNSS（CDGNSS）システムを提案する。このシステムは、インertial、視覚的、オドメトリの補助なしで、深部都市環境において87%以上の可用性を維持しながら、95%確率で17cmの3次元位置決め精度を達成した。これは、高精度で全天候にわたる自動運転車両のナビゲーションに向けた大きな一歩を示している。

ABSTRACT

This paper presents the most thorough study to date of vehicular carrier-phase differential GNSS (CDGNSS) positioning performance in a deep urban setting unaided by complementary sensors. Using data captured during approximately 2 hours of driving in and around the dense urban center of Austin, TX, a CDGNSS system is demonstrated to achieve 17-cm-accurate 3D urban positioning (95% probability) with solution availability greater than 87%. The results are achieved without any aiding by inertial, electro-optical, or odometry sensors. Development and evaluation of the unaided GNSS-based precise positioning system is a key milestone toward the overall goal of combining precise GNSS, vision, radar, and inertial sensing for all-weather high-integrity high-absolute-accuracy positioning for automated and connected vehicles. The system described and evaluated herein is composed of a densely-spaced reference network, a software-defined GNSS receiver, and a real-time kinematic (RTK) positioning engine. A performance sensitivity analysis reveals that navigation data wipeoff for fully-modulated GNSS signals and a dense reference network are key to high-performance urban RTK positioning. A comparison with existing unaided systems for urban GNSS processing indicates that the proposed system has significantly greater availability or accuracy.

研究の動機と目的

• 衛星の視界が悪く、多径波が深刻な深部都市の谷間において、高精度で信頼性の高いGNSS位置決めを達成する挑戦に応えること。
• 都市環境において可用性が低く、精度が低下する既存の補助なしGNSSシステムの限界を克服すること。
• 正確な載波位相差分GNSSが、インertial、視覚的、オドメトリセンサーからの補助なしに、高精度な3次元位置決めを達成できることを実証すること。
• ナビゲーションデータワイプオフと密度の高い基準局ネットワークが、都市部におけるロバストなRTK性能を実現する上で果たす重要な役割を確立すること。
• 正確なGNSSを他のセンサー（視覚、レーダー、インertial）と統合する基盤を提供し、全天候で高整合性・高精度な位置決めを実現する自動車のナビゲーションシステムを実現すること。

提案手法

• ユーザー受信機のためのリアルタイム補正データを提供する、GNSS地上局を密に配置した基準局ネットワークを展開する。
• 複数のGNSS信号をトラッキング可能で、リアルタイムに載波位相の曇乱整数化を実行できるソフトウェア定義GNSS受信機を用いる。
• 載波位相測定値と整数曇乱整数化を用いるリアルタイムキネマティック（RTK）位置決めエンジンを実装し、センチメートルレベルの精度を達成する。
• 完全変調GNSS信号に対するナビゲーションデータワイプオフを適用し、トラッキングのロバスト性を向上させ、多径波による劣化を低減する。
• オースティン、テキサスで収集した約2時間分の実際の都市走行データを処理し、リアルな深部都市環境下での性能を評価する。
• 特にナビゲーションデータワイプオフと基準局ネットワークの密度が、システムの主要な構成要素に与える影響を分離する感度分析を実施する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 補助なしのCDGNSSは、深部都市環境においてどの程度センチメートルレベルの3次元位置決め精度を達成できるか？
• RQ2 深部都市の谷間において、RTK解の可用性は、既存の補助なしGNSSシステムと比べてどの程度か？
• RQ3 ナビゲーションデータワイプオフは、都市環境におけるRTK解の性能にどのような影響を与えるか？
• RQ4 基準局ネットワークの密度は、都市部における位置決めの可用性と精度にどのように影響するか？
• RQ5 完全にGNSSベースのシステムは、インエイシャル、視覚的、オドメトリセンサーからの補助なしに、深部都市環境で高精度な位置決めを達成できるか？

主な発見

• 本システムは、GNSS信号のみを用いて、深部都市環境で95%の確率で17cmの3次元位置決め精度を達成した。
• 2時間にわたる連続的な都市走行中、解の可用性が87%を超えた。これは、センサー補助なしで高い信頼性を示している。
• 完全変調GNSS信号に対するナビゲーションデータワイプオフは、都市部の多径波環境下でトラッキングのロバスト性と位置決め性能を顕著に向上させた。
• 密度の高い基準局ネットワークは、深部都市の谷間で高い解の可用性と精度を維持するために不可欠であった。
• 提案された補助なしCDGNSSシステムは、都市環境における既存の補助なしシステムと比較して、精度と可用性の両面で優れていた。
• 本結果は、高精度で補助なしのGNSS位置決めが、将来的な全天候で高整合性の自動車ナビゲーションシステムのコアコンponentsとして実現可能であることを裏付けた。