GNSS在无人驾驶汽车中的作用

无人驾驶汽车需要位置认证

 

　　人们一谈起无人驾驶汽车，就会说到GNSS，它究竟有什么重大作用，是个人们普遍关心的问题。由于GNSS的脆弱性（信号微弱、没有加密、容易被干扰和欺骗），日益被人们所认知，从而使得GNSS的作用在无人驾驶汽车中的地位似乎有所削弱。那是怎么回事？

 

　　目前人们正在创建的广泛可视化地图数据库，当与车上的摄像头、雷达和激光雷达相结合并通过人工智能（AI）算法处理时，使得无人驾驶汽车能够像人类驾驶一样被操纵。车辆中的模式识别处理允许其“读取”街道标志并识别地标，在地图上登记其位置。

 

　　如果一个人在他或她的家乡和特别熟悉的地方开车，他们总是能够清楚地知道其行进的方向，不需要使用GNSS。人工智能处理“大脑”，通过本地存储或网络连接访问大型地图数据库，将如同始终处于熟悉的家乡环境中：不断了解自己的位置并正确实现导航定位。

 

　　那么，GNSS将成为未来汽车中不必要的装置吗？答案是不会。

 

　　首先，没有一种导航方法是万无一失的，而今天，GNSS已经是我们驾驶汽车的主要导航方法。这是一种经济有效、准确的实时确定位置的方法，并且通过集成惯性导航传感器来处理GNSS间歇性不可用时的问题，这些技术方法正在不断改进中，前景可期。

 

　　其次，不仅汽车本身需要知道其导航位置，还有汽车外的其他需求也十分明显，包括像滴滴打车和神州专车这样的乘车共享应用程序（App），汽车共享和基于使用情况的保险应用程序，与动态收费和停车应用程序，都取决于要知道汽车在哪里。 GNSS为所有这些应用提供足够精度的位置坐标。因此，GNSS接收机在无人驾驶汽车上应该是必不可少的。

 

　　干扰和欺骗的情况

 

　　GNSS的一个弱点是其开放的、未加密的格式。欺骗这些信号变得越来越容易。汽车共享，与基于使用的保险和动态收费应用程序都可以为欺诈行为创造金钱激励，并通过欺骗器实施。例如，汽车共享网络中的汽车可以报告虚假位置，表明它安全地停放在安全区域 ，而实际上，小偷正忙着将汽车开走。

 

　　我们假设所有进出汽车的无线连接都是安全的。这是一种合理的假设，当然最近有证据表明，存在通过不安全的远程链接进行劫车。标准SSL加密，类似于用于在互联网上输入信用卡信息的内容，在这里运行良好。我们现在有知识和技术，以防止这种劫车再次发生。

 

　　然而，即使通信链路是安全的，车内的GNSS欺骗器也可以使得GNSS接收机傻瓜化，实现在被盗时仍然报告假的“安全”位置。保险或收费应用也是如此。而欺诈行为本身不一定非常复杂，一个简单的、低成本的干扰器，就可以在足够长的时间内拒绝适当的位置来支付费用。因此，当务之急是需要一种安全的定位方法。

 

　　定位用的其他信号

 

　　用于无人驾驶汽车定位的理想信号是什么样的？应该是：比GNSS强大得多，因此不容易被干扰掉；需要加密，因此不会被欺骗；它必须无处不在，可在全球范围内使用；它必须可靠且极具鲁棒性，可用性达到99.999％以上；它必须实用且价格适合大众市场汽车应用。

 

　　虽然精度始终是很重要的，但用于定位的信号不必像现在的GNSS那样精准。对于需要防欺骗的所有这些应用来说，精度达到10米就足够了，因为它不会用于驾驶控制汽车，而只能用于定位。当GNSS信号可用时，它还可以与GNSS串联使用，以验证报告的位置。

 

　　这样的信号，今天在全球范围内可用的是：STL（卫星授时和定位）。信号由铱星卫星所携带，它是一种特殊用途信号，信号强度比GNSS强30 dB以上，并有加密防欺骗保护。通过订阅模式可以向用户提供该信号解码方法。

 

　　以下是使用汽车共享的方法示例的。一群人订购了汽车共享服务，该服务提供X个车辆以服务于Y个人，其中X小于Y。该服务最佳地安排人们在何时何地可用汽车。服务提供商需要随时了解汽车的下落，以最大限度地利用车队，因此每辆车都有一个GNSS接收机。但为了确保这些报告的真实性，他们还拥有一个安全的定位接收机。为该接收机分配唯一的ID，该ID被授权解码加密的信号。最终，我们希望这个接收机和GNSS融合到同一设备中。如果位置报告与授权认证的定位报告不一致，车队经理可以采取行动立即恢复汽车至正常状态。保险提供商，也将涵盖安全定位车辆与防盗设备一样，提供优惠费率。

 

　　公共特许服务（PRS）能做到吗？

 

　　伽利略卫星导航系统新的公共特许服务（PRS）已经具有加密功能，如果被应用，可提供类似级别的身份验证保护。然而，它仍然是一个很容易被干扰的微弱GNSS信号。当然，任何信号都可能被干扰，即使是比GNSS强一千倍的信号也不能幸免。考虑到强信号的牢靠性，监控汽车的管理系统，例如保险，收费或汽车共享系统，可以在丢失定位信息时发出警报。汽车上仅根据GNSS定位发出的此类警报将是频繁的，而且通常由于简单的信号衰落导致经常性错误，从而产生如此多的错误警报，这将使监控系统难于被实际应用。但是，要是同时失去的是强信号定位和GNSS定位，就可能导致有效的警报方法。

 

　　GNSS导航确实是现代时代的伟大进步之一，为我们提供了世界上任何地方的精确时间和位置。它的两个主要缺点：容易被干扰和欺骗。但是可以通过增加其他更强大的加密信号（如STL）来克服，提供强大的抗干扰性和正面有效的认证。