Навигация,
которая не теряет
машину.

В Москве я всё чаще сталкивался с навигационными помехами: маршрут остаётся на экране, а точка автомобиля замирает или перескакивает на соседнюю улицу. Я решил продолжить расчёт позиции даже после потери спутников.

Так появилось приложение Car GNSS Bridge. При потере GNSS оно продолжает определять положение по данным автомобиля и карте дорог, затем передаёт координату в Android. Привычный навигатор строит маршрут и показывает манёвры.

Внешний GNSS-приёмник даёт спутниковую координату. Автомобиль — скорость, данные четырёх колёс, угол руля и передачу. Карта хранит форму дорог и связи между ними. Знакомые Wi-Fi-точки помогают уточнять положение.

Приложение работает на штатной магнитоле Geely Monjaro с ECARX и Android 9. Автомобильные данные используются только для чтения: рулём, тягой и тормозами оно не управляет.

Для тестов я использовал двухантенный UM982, подключённый по USB. Подойдёт и обычный одноантенный GNSS-приёмник с выдачей координат NMEA: курс с двух антенн приложению не нужен.

Готовая позиция поступает в навигатор через системный канал Android Location — вместе со скоростью и направлением движения.

Скорость всегда берётся из автомобильного канала, даже при хорошем GNSS. Если вычислять её по разности координат, скачки спутниковой точки превращаются в ложные ускорения.

При проверке каждый пятый такой расчёт расходился с автомобильной скоростью больше чем на 20 км/ч. Поэтому на стоянке приложение передаёт навигатору нулевую скорость, а в движении — измеренную автомобилем.

После потери GNSS последняя проверенная координата становится началом счисления пути — dead reckoning. Скорость и время дают пройденное расстояние. Курс определяет, в какую сторону перенести точку.

Разность вращения колёс показывает поворот автомобиля. Угол руля даёт его предсказание по кинематической модели. Приложение сопоставляет оба канала: предсказание не должно противоречить измерению.

Направление относительно севера задаёт GNSS-хорда — смещение между двумя доверенными координатами. В режиме RoadLock, после выбора дороги, дополнительной опорой служит её направление.

Даже небольшая постоянная ошибка курса постепенно уводит расчётную траекторию вбок. Поэтому одного счисления для долгой поездки недостаточно.

Приложение проверяет возраст спутниковой координаты, качество приёма и согласованность с движением автомобиля. Получить сообщение от приёмника ещё не значит получить пригодную позицию.

После потери GNSS расчёт продолжается по движению и карте. Когда сигнал возвращается, новая координата проходит проверку, прежде чем стать опорой.

Для проверки нужны независимые данные: колёса, руль и монотонные часы. Само счисление тоже накапливает ошибку, поэтому его расхождение с GNSS не может быть единственной причиной отвергнуть спутниковую точку.

RoadLock сопоставляет движение с дорожной сетью и откладывает пройденный путь вдоль выбранной дороги. Пока участок выбран верно, ошибка курса не уводит метку поперёк него.

Расстояние по-прежнему приходит из автомобильной одометрии. Карта задаёт форму пути, а курс помогает выбрать продолжение на перекрёстке.

Как выбирается ветка

На развилке измеренный колёсами поворот сравнивается с поворотом каждой ветви. В режиме «ведёт» выбирается лучшее совпадение, только если оно заметно лучше второго варианта.

Если однозначного выбора нет, приложение возвращается к свободному счислению и записывает причину. Так неоднозначный выбор не закрепляется в дальнейшей траектории.

Когда GNSS работает и RoadLock удерживает дорогу, навигатор получает спутниковую точку, спроецированную на неё. Проверки достоверности используют исходное измерение.

Данные OpenStreetMap преобразованы в дорожный граф: участки дорог и соединения между ними. Он хранится в магнитоле и доступен RoadLock без сетевых запросов во время поездки.

Москва и область входят в приложение и занимают 39 МБ. Другие регионы России и соседних стран скачиваются заранее; доступны 17 стран, пауза и продолжение загрузки.

Граф записан в компактном бинарном формате и читается через отображение файла в память — memory mapping. Приложение получает нужные участки карты по мере движения.

При хорошем GNSS приложение связывает видимые Wi-Fi-точки с проверенной координатой. При потере сигнала узнаёт сохранённое окружение и после проверки может однократно скорректировать смещение. Затем расчёт снова продолжается по движению и карте.

Теперь карта Wi-Fi-ориентиров общая для всех автомобилей. Точка из чужих наблюдений попадает в неё после подтверждения двумя машинами из разных сетей. Названия сетей не публикуются, адреса точек закодированы.

Где пропадает сигнал

В поездках по центру Москвы приёмник сообщал о глушении по 20–42 минуты подряд. Такие наблюдения пополняют общую карту помех с участками около 450 × 450 метров.

Приложение предупреждает о зонах глушения впереди. Эта карта помогает подготовиться к потере сигнала, но не участвует в расчёте координат.

Журнал сохраняет входные данные, решения приложения и переданную навигатору позицию. Replay — повторное воспроизведение записи — позволяет проверить тот же тоннель или развязку без новой поездки.

Калибровка теперь выполняется на стенде по записанным поездкам. Новые параметры принимаются, только если сохраняют или улучшают результат на других записях, которые не участвовали в подборе.

Диагностика показывает не только итоговую координату, но и источник данных, их возраст и причину каждого решения. Это помогает найти, где именно возникла ошибка.

В версии 0.26.74 главный экран стал проще: спутники над машиной, шесть показателей и кнопка запуска. Подробная диагностика и настройка навигации находятся в отдельных разделах.

Есть и «Локация стоянки». При переключении в P приложение передаёт место серверу, а бот присылает его в привязанный чат Telegram. Привязка выполняется по QR-коду на магнитоле.