組合導(dǎo)航的認(rèn)知新汽車新技術(shù)改革新車輛工程系誠毅和悅

精卓智行1車輛工程系誠毅和悅

精卓智行2第一部分組合導(dǎo)航的基本概念車輛工程系誠毅和悅

精卓智行3導(dǎo)航定位是負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)提供智能網(wǎng)聯(lián)汽車的運(yùn)動(dòng)信息，包括位置、速度、姿態(tài)、加速度、角速度等，一般采用的是多傳感器融合定位的方式。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的導(dǎo)航定位通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS）、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)（BDS）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、視覺SLAM、激光雷達(dá)SLAM等，獲取車輛的位置和航向信息。一、組合導(dǎo)航的基本概念1.導(dǎo)航定義車輛工程系誠毅和悅

精卓智行4絕對(duì)定位：是指通過GPS或BDS實(shí)現(xiàn)，采用雙天線，通過衛(wèi)星獲得車輛在地球上的絕對(duì)位置和航向信息。相對(duì)定位：是指根據(jù)車輛的初始位姿，通過慣性導(dǎo)航獲得車輛的加速度和角加速度信息，將其對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，得到相對(duì)初始位姿的當(dāng)前位姿信息。組合定位：是將絕對(duì)定位和相對(duì)定位進(jìn)行結(jié)合，以彌補(bǔ)單一定位方式的不足。一、組合導(dǎo)航的基本概念2.定位定義車輛工程系誠毅和悅

精卓智行5衛(wèi)星定位系統(tǒng)由空間部分（

即

星座）、地面控制部分（即

地面監(jiān)控系統(tǒng)）、用戶設(shè)備部分（即信號(hào)接收機(jī)）三部分組成。一、組合導(dǎo)航的基本概念2.定位定義車輛工程系誠毅和悅

精卓智行6全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)(Global

Navigation

Satellite

System)，是能夠在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為用戶提供全天候的三維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息空基無線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)。當(dāng)前，投入運(yùn)作的GNSS主要包括美國的全球定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS）、歐洲的伽利略系統(tǒng)（GALILEO）和我國的北斗系統(tǒng)（BDS）。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-分類車輛工程系誠毅和悅

精卓智行7全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-分類方案論證和初步設(shè)計(jì)階段從1

9

73

年到1979

年，

共發(fā)射了4顆試驗(yàn)衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟蹤網(wǎng)1973

-

1979

實(shí)用組網(wǎng)階段1989

年2

月4

日第一顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功，表明GPS系統(tǒng)進(jìn)入工程建設(shè)階段。1993

年底實(shí)用的GPS網(wǎng)即（

21

+

3

）

GPS星座已經(jīng)建成，

今后將根據(jù)計(jì)劃更換失效的衛(wèi)星1.GPS的發(fā)展歷史1989

全面研制和試驗(yàn)階段從1

9

79

年到1984

年，

又陸續(xù)發(fā)射了7

顆試驗(yàn)衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行81979

-

1984

1.GPSGPS（Global

Positioning

System）是由美國國防部研制的全球首個(gè)定位導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)，1990~1999年為系統(tǒng)建成并進(jìn)入完全運(yùn)作能力階段，1993年實(shí)現(xiàn)24顆在軌衛(wèi)星滿星運(yùn)行。其中，24顆導(dǎo)航衛(wèi)星平均分布在6個(gè)軌道面上，保證在地球的任何地方可同時(shí)見到4~12顆衛(wèi)星，使地球上任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻均可實(shí)現(xiàn)三維定位、測速和測時(shí)，使用世界大地坐標(biāo)系（WGS-84）。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-分類車輛工程系誠毅和悅

精卓智行9全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-分類全球定位系統(tǒng)由空間部分(GPS衛(wèi)星)、地面監(jiān)控部分和用戶部分組成。GPS衛(wèi)星車輛工程系誠毅和悅

精卓智行10地面監(jiān)控部分用戶部分空間部分組成：24顆工作衛(wèi)星（21顆工作衛(wèi)星+3顆備用衛(wèi)星）作用：接收并存儲(chǔ)來自地面控制系統(tǒng)的導(dǎo)航電文；在原子鐘的控制下自動(dòng)生成測距碼和載波；并將測距碼和導(dǎo)航電文調(diào)制在載波上播發(fā)給用戶；接收地面命令，調(diào)整軌道及維護(hù)系統(tǒng)運(yùn)行。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行11控制部分組成：1個(gè)主控站+5個(gè)全球監(jiān)測站+3個(gè)地面控制站作用：監(jiān)控站的主要任務(wù)是取得衛(wèi)星觀測數(shù)據(jù)并將這些數(shù)據(jù)傳送至主控站。注入站的作用是將主控站計(jì)算出的衛(wèi)星星歷和衛(wèi)星鐘的改正數(shù)等注入到衛(wèi)星中去。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行12用戶部分組成：GPS

用戶設(shè)備作用：用戶設(shè)備部分即GPS

信號(hào)接收機(jī)，其主要功能是能夠捕獲到按一定衛(wèi)星截止高度角所選擇的待測衛(wèi)星，并跟蹤這些衛(wèi)星的運(yùn)行。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行13全球，全天候連續(xù)不斷的導(dǎo)航定位能力實(shí)時(shí)導(dǎo)航，定位精度高，觀測時(shí)間短。測站無需通視GPS的特點(diǎn)車輛工程系誠毅和悅

精卓智行14可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標(biāo)儀器操作簡便抗干擾能力強(qiáng)、保密性好GPS的特點(diǎn)車輛工程系誠毅和悅

精卓智行156142弊端接收機(jī)噪聲接收機(jī)自己在測量距離時(shí)也會(huì)帶入自己的誤判多路徑傳輸誤差衛(wèi)星信號(hào)碰到一些反射物體，發(fā)射的信號(hào)會(huì)對(duì)實(shí)際信號(hào)有影響， 5讓用戶誤判到底哪個(gè)才是真正想要的信號(hào)對(duì)流層延遲與電離層延遲相似電離層延遲衛(wèi)星信號(hào)在從太空穿越大氣層，經(jīng)過3 電離層時(shí)其速度會(huì)變慢，而我們卻不知道它慢了多少時(shí)間時(shí)鐘誤差衛(wèi)星告訴你的時(shí)間和標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間有偏差軌道誤差衛(wèi)星告訴你的位置和其真實(shí)的位置有偏差GPS定位誤差車輛工程系誠毅和悅

精卓智行16監(jiān)控中心車載終端車輛工程系誠毅和悅

精卓智行17GPS車載定位的組成2.GLONASSGLONASS的空間星座由27顆工作星和3顆備用星組成，均勻地分布在3個(gè)近圓形的軌道平面上，這3個(gè)軌道平面兩兩相隔120°，使用前蘇聯(lián)地心坐標(biāo)系（PZ-90）。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)--分類車輛工程系誠毅和悅

精卓智行18全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-分類GALILEOGALILEO是歐盟于2002年批準(zhǔn)建設(shè)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，計(jì)劃由分布在3個(gè)軌道平面上的30顆中等高度軌道衛(wèi)星構(gòu)成，每個(gè)軌道平面上有10顆衛(wèi)星，9顆正常工作，1顆運(yùn)行備用，軌道平面傾角56°，軌道高度為24126km，其民用精度較高，使用世界大地坐標(biāo)系（WGS-84）。BDSBDS（BeiDou

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Satellite

System）是由我國自主研發(fā)、獨(dú)立運(yùn)行的全球衛(wèi)星定位與通訊系統(tǒng)，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，采用我國獨(dú)立建設(shè)使用的CGCS2000坐標(biāo)系。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行19全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)-分類四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的性能對(duì)比數(shù)據(jù)GPSGLONASSGALILEOBDS國家美國俄羅斯歐盟中國組網(wǎng)衛(wèi)星數(shù)/個(gè)24-30303024-30軌道平面數(shù)6363軌道高度/km26560255102322221150軌道傾角55°64.8°56°55°運(yùn)行周期11H58M11H15M13H12H55M測地坐標(biāo)系WGS-84PZ-90WGS-84CGCS2000使用頻率/GHz1.2281.5751.597~1.6171.240~1.2601.164~1.3001.559~1.5921.207~1.2691.561~1.590車輛工程系誠毅和悅

精卓智行20第二部分組合導(dǎo)航的組成車輛工程系誠毅和悅

精卓智行21組合導(dǎo)航-組成以GPS為例，介紹GNNS的系統(tǒng)組成。如圖，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)主要由空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分組成。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行22組合導(dǎo)航-組成（1）空間星座由24顆衛(wèi)星組成，其中21顆為工作衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面上，即每個(gè)軌道平面上有4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道平面相對(duì)于地球赤道面的軌道傾角為55°，各軌道平面的升交點(diǎn)的赤經(jīng)相差60°，1個(gè)軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應(yīng)衛(wèi)星升交角距超前30°。這種布局的目的是保證在全球任何地點(diǎn)、任何時(shí)刻至少可以觀測到4顆衛(wèi)星。而最少只需要其中3顆衛(wèi)星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔，所能連接到的衛(wèi)星數(shù)越多，解碼出來的位置就越精確。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行23組合導(dǎo)航-組成（2）地面監(jiān)控部分主要由1個(gè)主控站、5個(gè)監(jiān)測站和3個(gè)注入站組成。主控站負(fù)責(zé)從各個(gè)監(jiān)控站收集衛(wèi)星數(shù)據(jù)，計(jì)算出衛(wèi)星的星歷和時(shí)鐘修正參數(shù)等，并通過注入站注入衛(wèi)星；并向衛(wèi)星發(fā)布指令，控制衛(wèi)星，當(dāng)衛(wèi)星出現(xiàn)故障時(shí)，調(diào)度備用衛(wèi)星。監(jiān)測站在主控站的直接控制下，自動(dòng)對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行持續(xù)不斷的跟蹤測量，并將自動(dòng)采集的偽距觀測量氣象數(shù)據(jù)和時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行處理，然后存儲(chǔ)并傳送到主控站。注入站則負(fù)責(zé)將主控站計(jì)算的衛(wèi)星星歷、鐘差信息、導(dǎo)航電文、控制指令發(fā)動(dòng)給衛(wèi)星。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行24組合導(dǎo)航-組成3）用戶設(shè)備主要是GPS接收器、衛(wèi)星天線及相關(guān)設(shè)備，主要作用是從GPS衛(wèi)星接收信號(hào)并利用傳來的信息計(jì)算用戶地理位置的緯度、經(jīng)度、高度、速度和時(shí)間等信息。車載、船載GPS導(dǎo)航儀，內(nèi)置GPS功能的移動(dòng)設(shè)備，GPS測繪設(shè)備等都屬于GPS用戶設(shè)備。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行25第三部分慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的定義車輛工程系誠毅和悅

精卓智行26慣性導(dǎo)航系統(tǒng)-分類慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（Inertial

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System，INS），簡稱慣導(dǎo)，是一種不依賴于外部信息，也不向外部輻射能量的自主式導(dǎo)航系統(tǒng)。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)基于陀螺儀和加速度傳感器的信號(hào)組合進(jìn)行自主式導(dǎo)航，圖為慣導(dǎo)外觀圖，陀螺儀測量物體三軸的角速率，用于計(jì)算載體姿態(tài)；加速度計(jì)測量物體三軸的線加速度，可用于計(jì)算載體速度和位置。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行27慣性導(dǎo)航系統(tǒng)-特點(diǎn)（1）能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好而且噪聲小。（2）數(shù)據(jù)更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好。（3）可全天候地工作于空中、地面乃至水下。（4）隱蔽性好，且不受外界電磁干擾的影響。但是，由于其導(dǎo)航信息經(jīng)過積分而產(chǎn)生，定位誤差隨著時(shí)間增大而增大，長期精度差，容易產(chǎn)生溫漂和零漂等問題。車輛工程系誠毅和悅

精卓智行28第四部分組合導(dǎo)航的應(yīng)用車輛工程系誠毅和悅

精卓智行29組合導(dǎo)航-應(yīng)用組合導(dǎo)航主要應(yīng)用于車道偏離預(yù)警、車道保持輔助、前