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【毫米波雷达（七）】自动驾驶汽车中的精准定位——RTK定位技术

news 2025/7/8 3:11:41

一、什么是RTK？

RTK，英文全名叫做Real-time kinematic，也就是实时动态。这是一个简称，全称其实应该是RTK（Real-time kinematic，实时动态）载波相位差分技术。

二、RTK的组装

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如上图所示，这是一个标准的传统RTK组网。
其中，除了卫星之外，RTK系统包括两个重要组成部分——基准站和流动站。
两个站都带有卫星接收机，可以观测和接收卫星数据。顾名思义，基准站是提供参考基准的基站。而流动站，是可以不断移动的站。流动站其实就是要测量自身三维坐标的那个对象目标，也就是用户终端。

三、RTK定位过程

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第①步，基准站先观测和接收卫星数据；
第②步，基准站通过旁边的无线电台（数据链），将观测数据实时发送给流动站（距离一般不超过20公里）；
第③步，流动站收到基准站数据的同时，也观测和接收了卫星数据；
第④步，流动站在基准站数据和自身数据的基础上，根据相对定位原理，进行实时差分运算，从而解算出流动站的三维坐标及其精度，其定位精度可达1cm~2cm。

四、RTK技术在毫米波雷达中的应用

RTK包括哪些工作
咱们所说的RTK模块，其实是基于RTK技术所做的一个校准测试。项目初期可以根据雷达RTK测试结果给客户展示雷达探测效果；后期针对复杂场景进行算法程序的优化。
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五、RTK系统说明

本套真值方法由上海华测导航技术股份有限公司生产的CGI-610(修订20200108)厘米级组合导航系统，来提供基准时间和距离真值。CGI-610由1个基站、2组定位天线、2组定向天线、2组主机（IMU）、3个电台组成，通过本系统可以获取目标车在自车坐标系中的横向位置、纵向位置、横向速度、纵向速度和航向角。目标车的长度是4.4米，宽度是1.7米。
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把1号GPS定位天线、1号GPS定向天线、1号移动电台和1号主机安装在自车上，把1号GPS定位天线、1号GPS定向天线、1号移动电台分别连接在1号主机（IMU）上。把1号主机数据，通过CAN线传给雷达，雷达的数据通过以太网传给自车的PC上。
把2号GPS定位天线、2号GPS定向天线、2号移动电台和2号主机安装在自车上，把2号GPS定位天线、2号GPS定向天线、2号移动电台分别连接在2号主机（IMU）上。
把2号主机的数据，通过CAN盒传到目标车的PC上。
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如图3所示为GNSS天线装载在测试车辆上的三视图，图中定义并标识出了Ｘ、Y、Z相对于测试车辆的具体方向，其中每个定义箭头所指示的方向都为正方向。

六、RTK参数设置

1、目标车相关参数设置

从RTK系统中传出来的位置等信息是定位天线的位置信息，因此通过目标车定位天线到车四边缘的距离(targetLoUp\ targetLoDown\ targetLaLeft\ targetLaRight)、目标车RTK真值和目标的航向角，便可以通过坐标系旋转平移计算出目标车四个角点的真值，计算方法见3.2第二点。如图4展示了需要测量的参数。
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2、自车相关参数设置

通过坐标系旋转平移将目标车的RTK坐标转换到以自车定位天线为原点的坐标系下，而雷达航迹位置是以后轴中心为原点，因此需要将目标车RTK坐标平移到自车的后轴中心；为此需要测量自车定位天线到后轴中心的横向距离egoCarLa和纵向距离egoCarLo，示意图如图5；
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3、自车角度补偿参数设置

雷达通过方位角标定方法得到雷达安装的角度误差，如图6中的角b，并且补偿到点云的方位角中，此时雷达的航迹通过标定都补偿到了自车中轴方向。由于自车的两个RTK天线是人工装的，两个天线的连线与自车中轴有一个角度误差，如图6中的角c，因此自车的航向角需要补偿一个角度c。
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七、RTK时间同步方法

由于本方案涉及到组合导航和1个毫米波雷达组成，在用组合导航的结果来评估毫米波雷达准确性之前，需要左右的信息统一到一个时空坐标系下。本方案的时间基准是主雷达感知时刻，空间坐标系是自车坐标系，空间坐标原点是自车后轴中心。
1、时间同步
由于组合导航的时间已经经过CGI-610系统统一到了世界时间上，所以只需要采用硬线IO脉冲同步授时的方式，把组合导航的时间同步到主雷达时间上。RTK和雷达到IO脉冲的时间不一样，此时需要计算两者到IO脉冲时间差，补偿到RTK目标的横纵向位置上。
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八、RTK数据处理流程

1、参数设置

设置目标天线到车身四边缘的距离targetLoUp\ targetLoDown\ targetLaLeft\ targetLaRight、自车天线到后轴中心的偏置(egoCarLa\egoCarLo)、自车角度补偿(Yaw)、航迹和RTK参考点标志accuracyPointFlag等信息。目前可以通过上位机

2、将RTK数据转为内部协议数据

该步骤主要是将采集的RTK数据转为符合内部协议的格式。

3、将RTK数据转为世界坐标系下

该步骤主要将采集的RTK数据（经纬度等信息）转为世界平面直角坐标系下

4、将目标信息旋转到自车坐标系下

该步骤主要将世界坐标系下的目标信息通过坐标轴旋转平移方法（公式1、公式2）转换到自车坐标系下。

5、RTK匹配雷达航迹

利用转换到自车坐标系后的目标真值信息去关联位置最近的雷达目标，并获取航迹的ID。

6、计算RTK和航迹误差

该步骤主要计算目标的真值信息和航迹目标横纵向距离、横纵向速度、横纵向加速度、航向角的差值

7、保存误差

将上一步计算的各个属性误差保存成hex文件，方便用Matlab统计指标。
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九、RTK数据校验方法

1、采集静止目标数据

自车静止停正，分别采集目标车在本车道前方5m、10m和15m数据、目标车在左右旁车道前方10m数据。示意图如下：
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2、采集运动目标数据

采集自车静止目标车40kph本车道、左右旁车道远离数据、自车静止目标车60kph左右旁车道从远处靠近数据。示意图如下：
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