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自动驾驶怎么知道自己在哪?一文看懂GPS、RTK、IMU、轮速和激光定位

  • 2026-09-07 16:18:22
自动驾驶怎么知道自己在哪?一文看懂GPS、RTK、IMU、轮速和激光定位
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让车子知道自己在哪里
自动驾驶怎么知道自己在哪?一文看懂GPS、RTK、IMU、轮速和激光定位

手机导航偏个两三米,大多数时候没什么。但自动驾驶不行。因为对它来说:偏两三米,可能已经不是“位置偏了一点”,而是“跑到另一条车道去了”。

所以自动驾驶要知道的,不只是:“我在哪条路上?”还包括:我在哪条车道?偏了多少?车头朝哪?刚才又移动了多少?问题来了:自动驾驶到底怎么知道自己在哪?答案是:

从来不是只靠GPS。

01
01 GPS / GNSS:先告诉车“我大概在哪”
我大概在你这里哦

我们平时习惯说 GPS,更准确一点,它属于 GNSS 卫星定位。它最核心的作用其实就一句话:

告诉车辆:你现在大概在地球上的什么位置。

你可以把它理解成汽车头顶一直有几颗卫星在喊:

“你在这儿!”

正常情况下,这个方法很好用。但一到高楼、树荫、隧道、地下车库这些地方,麻烦就来了。有时候卫星信号会被挡住。有时候更离谱信号先撞到建筑,再反射到车辆。

原本应该走直线,结果硬是绕了个弯。系统却不知道它“绕路”了,于是位置也可能跟着算偏。车明明在这条路上,定位却可能一本正经地告诉它:

“不,你在旁边。”

所以 GPS 很重要,但它也不是万能的。

它擅长的是:

先告诉车辆一个全球位置。

至于这个位置到底能不能一直又稳又准,那就得看当时的信号环境给不给面子了。这个就需要下一位给它修改作业了。

💡 小提示:高楼林立的城市里,GPS有时会被建筑反射信号“骗偏”。


02
02 RTK:把“大概”改成“尽量准确”
把定位修的更精准

RTK 不是一种全新的传感器,简单理解就是:给卫星定位加一套“高精度纠错”。普通 GPS 可能只能告诉你:

“你大概在这附近。”

RTK 则会继续纠正:

“不对,再往左一点……对,就是这里。”

它会利用基准站提供的误差改正信息,把原本米级的定位误差继续压缩。条件好的时候,甚至可以做到厘米级定位

所以可以这样记:

GPS:告诉你大概在哪。

RTK:把“大概”两个字尽量删掉。

不过 RTK 也有一个绕不开的问题:

它再准,前提还是得收到足够好的卫星信号。

一进隧道、地下车库,或者遇到严重遮挡,它也会开始犯难,这个时候怎么办呢,有请下一位自我介绍。

💡 小提示:RTK 的本质不是“换了一套定位”,而是在给 GPS 不断改作业。


03
03 IMU:卫星没了,我先自己算
卫星没了,我先自己算

IMU 主要靠两样东西:加速度计 + 陀螺仪。它不关心卫星在哪,也不用“看路”。它只负责一件事:老老实实记住,车刚才是怎么动的。

我刚才加速了吗?

我转了多少?

车身姿态有没有变化?

假设车辆进隧道前,位置还是准的。进了隧道以后,卫星信号没了,但 IMU 不会立刻“失忆”。它知道:

刚才往前走了。

又向右转了一点。

车身还轻微晃了一下。

于是系统就能根据这些运动变化,继续推算车辆的位置。它最大的优点是:不依赖外界,什么时候都能干活。但缺点也很直接:算久了会漂。

每次可能只差一点点,可这些小误差一层层叠加,时间一长,就容易变成:“我感觉我应该在这儿。”实际上已经偏出去一截了。

所以 IMU 很像一个蒙着眼走路的人:

走几步没问题,走久了就容易迷路。

而且 IMU 更擅长知道:

“我怎么动了。”

至于车轮到底实际滚了多远,还得听听下一位怎么说。

轮速:车轮自己来报数

💡 小提示:IMU 最怕的不是突然算错,而是每次只错一点,最后越积越多。


04
04 轮速:轮子也在帮忙算位置
走了多少路,我来告诉你

还有一个非常朴素、但一直很好用的定位来源:车轮。

道理也特别直接。轮子转了多少圈,轮胎一圈大概多长,两边一算,就能估出来:车辆刚才走了多远。所以轮速做的事情,说白了就是:帮汽车记步数。

人靠手机计步,车靠轮子计程。听起来不高级,但非常实用。

尤其当卫星信号不好时,轮速至少还能告诉系统:

“别慌,刚才我大概又往前滚了8米。”

不过问题也来了。轮子有时候也会“虚报业绩”。

打滑了、空转了、路面太湿、轮胎磨损了、胎压、载重让有效轮胎半径发生变化。

这时候就可能出现一种很尴尬的情况:

轮子:我明明走了10米!车辆:不好意思,实际上没那么多。

所以轮速很适合辅助定位,但不能单独拍板。它能告诉你:

“我大概走了多远。” 却不太能告诉你:“我现在到底走到地图上的哪里了。”

那怎么办?这时候就得抬头看看周围

激光定位:拿现实世界,来给自己对答案。

💡 小提示:轮速算的是“轮子转了多少”,不是“车一定走了多少”;打滑、胎压和轮胎磨损,都会让这个账越记越偏。


05
05 激光定位:看看周围,“这里我认识吗?”
周围的环境我熟悉,前面是我最爱的奶茶店

激光雷达除了看障碍物,还能干一件很重要的事:帮车辆确认“我到底在哪”。它会不断扫描周围环境,比如墙体、护栏、路缘、灯杆、建筑物。然后把眼前看到的这些特征,和提前建立好的地图进行匹配。

逻辑其实很像人到了一个熟悉的地方:

左边这堵墙,对上了。

右边这根杆,也对上了。

前面的道路结构,还是那个样子。

那基本就能判断:“没错,我就在这里。”

所以激光定位可以简单理解成:

它不抬头问卫星“我在哪”,而是低头看看周围——“这里是不是我认识的地方?”

这也是它很有意思的一点:

卫星定位更像是看坐标

激光定位更像是认环境

💡 小提示:激光定位很像我们报位置——“我在金茂大厦西北角,蜜雪冰城前面20米。”不是只给坐标,而是拿周围的地标给自己定位。


06
06 为什么要搞这么多?因为没有一个是绝对可靠的
“我现在,就在这里。”
GPS怕遮挡;RTK再准,也得先有靠谱的卫星信号;IMU不怕遮挡,但时间一长就容易“越算越自信,越算越偏”;轮速简单实用,可一旦打滑,账就开始记错;激光定位看得细,但环境一变、地图一改,也可能突然发现:

“等等,这地方怎么跟我记得不一样?”

所以真正的自动驾驶定位,从来不是:“这几个人里,我到底该信谁?”而是:“你们几个先互相对一下答案。”

GPS负责告诉它:

“你大概在这片。”

RTK接着说:

“再修一点,就这里。”

IMU补一句:

“刚才车是这么动的。”

轮速再报:

“这一段大概走了这么远。”

激光定位最后看看周围:

“墙对上了,杆子也对上了,没跑,确实是这里。”

最后这些信息汇到一起,系统才敢真正拍板:“我现在,就在这里。”

💡 小提示:真正可靠的定位,不是找一个“最准的”,而是让几个各有缺点的定位方式互相兜底。

写在最后

最后记住这5句话就够了:

GPS / GNSS:我大概在哪?

 RTK:再修准一点。

 IMU:我刚才怎么动了?

轮速:我刚才走了多远?

激光定位:周围和地图对得上吗?

它们各看一部分,最后一起“对答案”。所以自动驾驶定位真正难的,不是拿到一个坐标。而是这个坐标,到底靠不靠谱。

毕竟最怕的不是“不知道在哪”,而是走错了,还定位得特别自信。

#自动驾驶  #自动驾驶定位  #GPS  #RTK

说明:本文内容基于本人真实公众号创作经历整理,部分配图使用 AI 辅助生成

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