《智能網(wǎng)聯(lián)汽車改裝與測(cè)試技術(shù)》定位導(dǎo)航設(shè)備的安裝與調(diào)試

定位導(dǎo)航設(shè)備的

安裝與調(diào)試ICVIntelligent&ConnectedVehicle1定位導(dǎo)航設(shè)備的工作原理（1）全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位原理GNSS定位系統(tǒng)利用衛(wèi)星的三角定位原理和測(cè)量無(wú)線電信號(hào)傳輸時(shí)間來(lái)計(jì)算接收器的位置。通過(guò)計(jì)算三個(gè)衛(wèi)星的幾何數(shù)據(jù)，并融合同步計(jì)算結(jié)果，確定接收器的衛(wèi)星坐標(biāo)位置。實(shí)際應(yīng)用中，衛(wèi)星信號(hào)傳播受到大氣電離層、遮擋、反射折射和多路徑干擾等因素的影響。三角定位原理圖1定位導(dǎo)航設(shè)備的工作原理（1）全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位原理差分GPS（DGPS）技術(shù)用于降低天氣、云層等因素對(duì)GPS信號(hào)的影響。DGPS技術(shù)分為位置差分和距離差分，距離差分包括偽距差分和載波相位差分。實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)載波相位差分技術(shù)（RTK）是智能網(wǎng)聯(lián)汽車公司采用的一種差分GPS技術(shù)。RTK通過(guò)處理兩個(gè)基站載波相位觀測(cè)量的差分，提高定位精度，達(dá)到厘米級(jí)精度。RTK存在一些問(wèn)題，如高基站鋪設(shè)成本、受遮擋影響和電磁干擾等。差分GPS工作示意圖1定位導(dǎo)航設(shè)備的工作原理（2）慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理

工作原理：陀螺儀測(cè)量物體的角速率，用于計(jì)算載體的姿態(tài)。加速度計(jì)測(cè)量物體的線加速度，用于計(jì)算載體的速度和位置。根據(jù)牛頓力學(xué)定律，將測(cè)量值對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，得到載體的速度和角速度。再次對(duì)速度和角速度進(jìn)行積分，得到載體的位置。將位置信息轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航坐標(biāo)系，得到在該坐標(biāo)系中的速度、偏航角和位置等信息。優(yōu)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)性好而且噪聲低。（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(guò)積分而產(chǎn)生，定位誤差隨著時(shí)間增加而增大，長(zhǎng)期精度差，容易產(chǎn)生溫漂、零漂等問(wèn)題。1定位導(dǎo)航設(shè)備的工作原理（3）GPS和慣性傳感器融合原理GPS是當(dāng)前行車定位和無(wú)人駕駛中至關(guān)重要的技術(shù)，包括32顆衛(wèi)星、主控站、數(shù)據(jù)注入站和監(jiān)測(cè)站等組成。慣性傳感器（IMU）是能檢測(cè)加速度和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳感器，基礎(chǔ)型號(hào)包括加速度計(jì)和角速度計(jì)，而六軸慣性傳感器則由三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀構(gòu)成。GPS提供相對(duì)精準(zhǔn)的定位，但更新頻率較低，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)計(jì)算需求。慣性傳感器在短時(shí)間內(nèi)能提供穩(wěn)定的實(shí)時(shí)位置更新，但定位誤差會(huì)隨時(shí)間增長(zhǎng)。為了充分利用兩種傳感器的優(yōu)點(diǎn)，我們需要尋找一種方法將它們進(jìn)行融合，以實(shí)現(xiàn)更實(shí)時(shí)和精準(zhǔn)的定位。1定位導(dǎo)航設(shè)備的工作原理（3）GPS和慣性傳感器融合原理GPS數(shù)據(jù)一般用X、Y、Z表示，代表了曝光點(diǎn)時(shí)刻的地理位置（緯度、經(jīng)度、高程）。IMU數(shù)據(jù)主要包含了：航向角（heading）、俯仰角（tilt）及翻滾角（roll）三個(gè)數(shù)據(jù)。航向角定義：右手大拇指指向車輛坐標(biāo)系Z軸正方向，其余四根手指可以擺動(dòng)角度稱為俯仰角，逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)；俯仰角定義：右手大拇指指向車輛坐標(biāo)系X軸正方向，其余四根手指可以擺動(dòng)角度稱為俯仰角；俯仰角計(jì)算：翻滾角計(jì)算：航向角計(jì)算：翻滾角定義：右手大拇指指向車輛坐標(biāo)系Y軸正方向，其余四根手指可以擺動(dòng)角度稱為俯仰角，逆時(shí)針為正，順時(shí)針為負(fù)；2

慣性測(cè)量單元的種類（1）按測(cè)量精度進(jìn)行分類按照精度分可以為兩類：第一類是基于光纖陀螺（FOG）的IMU，它的特點(diǎn)是精度高，但同時(shí)成本也高，一般應(yīng)用于精度要求較高的地圖采集車輛。第二類是基于微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）器件的IMU，它的特點(diǎn)是體積小，成本低，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，但缺點(diǎn)是誤差大。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航（SINS）解算（1）通過(guò)陀螺輸出的角速度信息積分得到姿態(tài)信息（2）通過(guò)姿態(tài)信息對(duì)加速度計(jì)輸出的比力進(jìn)行轉(zhuǎn)換，由載體坐標(biāo)系得到導(dǎo)航坐標(biāo)系（3）進(jìn)行重力計(jì)算，有害加速度、地球自轉(zhuǎn)角速度等補(bǔ)償計(jì)算（4）由加速度信息積分得到速度與位置2

慣性測(cè)量單元的種類（2）按力學(xué)編排實(shí)現(xiàn)形式進(jìn)行分類根據(jù)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的力學(xué)編排實(shí)現(xiàn)形式又可以分為平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是將陀螺儀和加速度等慣性元件通過(guò)萬(wàn)向支架角運(yùn)動(dòng)隔離系統(tǒng)與運(yùn)動(dòng)載物固聯(lián)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。其慣性測(cè)量裝臵(加速度計(jì)和陀螺儀)安裝在機(jī)電導(dǎo)航平臺(tái)上，以平臺(tái)坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，測(cè)量運(yùn)載體運(yùn)動(dòng)參數(shù)。平臺(tái)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)框架伺服系統(tǒng)隔離了載體的角運(yùn)動(dòng)，因此可以獲得較高的系統(tǒng)精度。捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其慣性測(cè)量裝置（加速度計(jì)和陀螺儀）直接裝在飛行器、艦艇、導(dǎo)彈等載體上，載體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，加速度計(jì)和陀螺儀的敏感軸指向也跟隨轉(zhuǎn)動(dòng)。陀螺儀測(cè)量