挪威团队研发SmartNav！城市里，GPS终于能精准到厘米级

我们大多数人很少会质疑地图上显示自己位置的GPS定位点是否准确。

然而，当我们在陌生城市用手机导航时，即便正沿着同一条人行道稳步行走，定位点却似乎在不停地“跳跃”。

“城市环境对卫星导航来说堪称‘炼狱’。”阿尔德希尔・穆罕默迪解释道。穆罕默迪是挪威科技大学（NTNU）的博士研究员，他正致力于研究如何让平价GPS接收器（比如智能手机、运动手表里的那种）在不依赖昂贵外部校正服务的前提下，大幅提升定位精度。

高精度定位对自动驾驶车辆——也就是无人车或自动驾驶汽车而言，尤为关键。

城市峡谷

穆罕默迪及其在挪威科技大学的团队研发了一套新系统，能让自动驾驶车辆在密集的城市环境中安全导航。

“在城市里，玻璃和混凝土会让卫星信号来回反射。高楼会遮挡信号，在开阔高速公路上表现完美的导航，到了建筑密集区就失灵了。”穆罕默迪说。

当GPS信号经建筑物反射后，到达接收器的时间会变长。这种延迟会干扰与卫星之间距离的计算，进而导致显示的位置不准确。

这类复杂的城市环境被称为“城市峡谷”。这就好比站在深邃峡谷的底部，信号要经过岩壁多次反射才能传到你这里。

“对自动驾驶车辆来说，这直接关系到它是能稳健安全行驶，还是会迟疑不定、行驶不稳。这也是我们研发‘智能导航’（SmartNav）的原因——它是专为‘城市峡谷’设计的定位技术。”穆罕默迪解释道。

精度近乎厘米级

在高楼林立的区域，不仅卫星信号会受干扰，即便未受干扰的信号，其精度也不足以满足需求。

为解决这一问题，研究人员结合了多种不同技术来校正信号，最终研发出一款可集成到自动驾驶车辆导航系统中的计算机程序。

要实现这一成果，他们得到了谷歌一项新服务的助力。不过在深入讲解前，或许有必要先了解GPS的工作原理：

GPS（全球定位系统）由多颗环绕地球运行的小型卫星组成。这些卫星通过无线电波发送信号，由GPS接收器接收。当接收器能接收到至少四颗卫星的信号时，就能计算出自身的位置。

信号中包含一段信息，附带一个代码——这个代码会标明卫星的位置，以及信号发送的精确时间，就像卫星发来的一条“短信”。

用“波”替代代码

在城市中，信号在建筑物间来回反射时，这段代码往往会出现偏差。挪威科技大学的研究人员首先研究的解决方案，就是完全舍弃这段代码，转而利用无线电波本身的信息。

信号到达接收器时，电波是在“向上传播”还是“向下传播”？这被称为电波的“载波相位”。

“仅依靠载波相位能实现极高的精度，但这需要时间——接收器移动时，这种方式就不太实用了。”穆罕默迪说。

问题在于，要等计算结果足够准确，你就得保持静止——而且不是静止微秒级的时间，而是要等好几分钟。

不过，提升GPS信号精度还有其他方法。用户可以使用一种通过名为RTK（实时动态定位）的基站来校正信号的服务。

只要用户处于某座RTK基站的覆盖范围内，这种技术就能正常工作。但该方案成本高昂，且主要面向专业用户。

另一种方案是PPP-RTK（精密单点定位-实时动态定位），它会将精确校正信息与卫星信号相结合。目前，欧洲的伽利略卫星系统已支持这项技术，并免费广播校正信息。

但能提供帮助的还不止这些。

谷歌与“走错街道”难题

当特隆赫姆（挪威城市）的研究人员还在寻找更优解决方案时，谷歌已为其安卓用户推出了一项新服务。

试想一下：比如你计划去伦敦度假，在平板上打开谷歌地图，输入酒店地址后，就能立即放大查看街道环境，仔细观察酒店的外观，以及周边建筑的高度。

如今，谷歌已为全球近4000座城市构建了这类建筑3D模型。该公司正利用这些模型预测卫星信号在建筑物间的反射路径——比如，当你用地图APP找路回酒店时，有时会显示“你在街道另一侧”，而这项技术就能解决这个问题。

“他们结合了传感器、无线网络、移动网络的数据，以及建筑3D模型，得出流畅的定位结果，从而抵消反射带来的误差。”穆罕默迪说。

值得信赖的精度

研究人员如今已能将所有这些不同的校正系统，与他们自主研发的算法相结合。在特隆赫姆的街道上测试时，该系统90%的情况下都能实现优于10厘米的定位精度。

研究人员表示，这一精度在城市环境中完全值得信赖。

同时，PPP-RTK技术的应用也会让这项技术走进大众生活——因为它的服务成本相对较低。

“PPP-RTK减少了对密集本地基站网络和昂贵订阅服务的依赖，能让平价GPS接收器实现低成本、大规模的高精度定位。”穆罕默迪总结道。