項目六任務1：衛(wèi)星導航系統(tǒng)及定位技術（課件）

衛(wèi)星導航系統(tǒng)及定位技術智能汽車傳感器應用技術思考討論題（2分鐘）一、課程導入你知道衛(wèi)星定位系統(tǒng)有哪些類型嗎？各個定位系統(tǒng)又有什么特點？課程導入視覺傳感器的缺點視覺傳感器的概念視覺傳感器的結構組成視覺傳感器的類型視覺傳感器的特點視覺傳感器的應用總結視覺傳感器的工作流程二、導航發(fā)展歷程古代人們在夜空中的利用北極星恒定在北方方位的特性來判知東西南北，借助日月星辰判斷海上航行的方向。在航海中，人們使用一種測角儀，測量從水天線到星星的仰角，將測量的結果和早已測定好的“過洋牽星圖”比較，就可以知道船只在海中的大概位置。課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航北極星定位示意圖二、導航發(fā)展歷程中國古代先人在長期的實踐中有了對磁石磁性的認識，發(fā)明了指南針（司南）。主要組成部分是一根裝在軸上的磁針，磁針在天然地磁場的作用下可以自由轉動并保持在磁子午線的切線方向上，磁針的南極指向地理南極(磁場北極)，利用這一性能可以辨別方向，指南針應用于航海是世界航海史上的一項劃時代的創(chuàng)舉。指南針（司南）課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航二、導航發(fā)展歷程無線電導航是通過接收沿岸放置的導航臺中較近的兩戶導航臺同時發(fā)來的無線電信號，根據(jù)這兩個導航臺發(fā)出信號到達艦艇的時間差計算出這兩個導航臺與船只之間距離差，從而測出船位，這是無線電導航的基本原理。后來又將測時差改為測信號電磁波的相位差，提高了導航精確度和導航距離。無線電導航定位示意圖課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航二、導航發(fā)展歷程雷達導航是依靠雷達熒光屏上目標顯示的變化情況來引導航行的，由天線、發(fā)射機、接收機、顯示器、電源所組成，也是用無線電來測定目標方位和距離的。當雷達的發(fā)射機發(fā)射出的電波遇到障礙后，就被反射回來，接收機接收到信號后，便在顯示器的熒光屏上顯示出來。然后，通過一系列復雜的計算便可測出目標的方位和距離。雷達導航定位示意圖課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航二、導航發(fā)展歷程全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（theGlobalNavigationSatelliteSystem）目前已廣泛應用于各種領域，能在地球表面或近地空間的任何地點為用戶提供全天候的三維坐標和速度以及時間信息的空基無線電導航定位系統(tǒng)，一般民用導航精度能夠精確到米級。常見的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)有美國的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的GALILEO、和中國的BeiDou四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)，區(qū)域衛(wèi)星導航系統(tǒng)有日本的QZSS和印度的IRNSS。衛(wèi)星導航定位示意圖課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航二、導航發(fā)展歷程GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem），由28顆衛(wèi)星(其中4顆備用)組成，采用4星定位，軍民兩用，分布在6條交點互隔60度的軌道面上，距離地面約20000千米。已經(jīng)實現(xiàn)單機導航精度約為10米，綜合定位精度可達厘米級和毫米級。但民用領域開放的精度約為10米。由于GPS定位技術涉及軍事用途，美國限制非特許用戶利用GPS做高精度定位。2.1GPS衛(wèi)星導航系統(tǒng)格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS：GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTEM），由28顆衛(wèi)星(其中4顆備用)，采用3星定位，精度比GPS低，軍民兩用。導航精度在0.3米左右，但民用領域開放的精度約為10米。2.2GPS格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航二、導航發(fā)展歷程伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)（Galileo：Galileosatellitenavigationsystem），由歐盟研制和建立的全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，計劃30顆衛(wèi)星(其中3顆備用)，采用3星定位，專門為民用，衛(wèi)星軌道位置比GPS略高，離地面高度24126千米。定位誤差不超過1米。伽利略提供的公開服務定位精度通常為15～20米和5～10米兩種檔次。公開特許服務有局域增強時能達到米級，商用服務有局域增強時為厘米級。2.3伽利略衛(wèi)星導航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS：BeiDouNavigationSatelliteSystem），由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，采用雙星定位，軍民兩用，定位精度約10米。2.4北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航三、衛(wèi)星定位及導航技術在衛(wèi)星定位技術是利用人造地球衛(wèi)星進行點位測量的技術，GPS全球定位系統(tǒng)是一個由覆蓋全球的28顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。系統(tǒng)可以保證在任意時刻，地球上任意一點都可以同時觀測到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測點的經(jīng)緯度和高度，以便實現(xiàn)導航、定位、授時等功能。這可以用來引導飛機、船舶、車輛以及個人，安全、準確地沿著選定的路線準時到達目的地。3.1GPS定位GPS定位示意圖課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航三、衛(wèi)星定位及導航技術GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)由空間部分、控制部分、用戶部分三部分組成。3.2GPS定位系統(tǒng)的組成GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)組成示意圖課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航三、衛(wèi)星定位及導航技術要對車輛進行絕對定位，需要求岀車輛在地球上的經(jīng)度、緯度和高度，利用GNSS對車輛進行定位，需要車輛在同一時間里最少能觀測到4顆衛(wèi)星，以獲得衛(wèi)星與車輛的時鐘差，進而求出車輛經(jīng)度、緯度、高度。3.3全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)GNSS(GPS、DGPS、BDS)定位技術的基本原理GPS定位技術的基本原理課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航三、衛(wèi)星定位及導航技術根據(jù)差分GPS基準站發(fā)送的信息方式可將差分GPS定位分為三類，即：位置差分、偽距差分和相位差分。這三類差分方式的工作原理是相同的，即都是由基準站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對其測量結果進行改正，以獲得精確的定位結果。所不同的是，發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。3.4GPS定位原理載波相位差分定位示意圖課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航三、衛(wèi)星定位及導航技術我國的北斗導航系統(tǒng)，其原理與美國GPS系統(tǒng)相比略有不同，在相關功能上有所創(chuàng)新，從應用的角度來說，相比GPS，北斗導航系統(tǒng)有著不少獨特的優(yōu)勢。3.5北斗導航系統(tǒng)定位概述北斗導航系統(tǒng)課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航三、衛(wèi)星定位及導航技術手機定位的途經(jīng)可以從GPS、基站信息、WiFi信息以及藍牙Beacon、加速度傳感器信息獲取，每一種定位方式都有利弊。但是在傳統(tǒng)的位置服務（LBS）開發(fā)過程中，開發(fā)者需要自己設定定位的方式，以針對不同的使用場景。另外，基于GPS和基站定位的耗電量較大，這也限制了定位功能的使用場景。融合定位技術融合了目前市面上的所有定位方式，包括GPS、基站定位、Wifi定位、藍牙定位以及傳感器定位，可謂定位技術集大成者。在國內(nèi)，這種融合定位技術的實現(xiàn)，主要是通過第三方的位置服務廠商（例如：高德）與手機芯片廠商進行合作，從而在手機硬件和系統(tǒng)層次集成融合定位技術。3.6融合定位技術（FLP）概述課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航三、衛(wèi)星定位及導航技術1、導航的分類（1）自主式導航不需要外部輔助，譬如慣性導航、多普勒導航和天文導航等。（2）非自主式導航需要有關的地面或空中設備配合完成，如無線電導航、衛(wèi)星導航。3.7導航系統(tǒng)的認知課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航三、衛(wèi)星定位及導航技術2、導航系統(tǒng)導航系統(tǒng)是能提供導航參數(shù)并能實現(xiàn)導航任務的系統(tǒng)。早期導航系統(tǒng)主要由功能單一的儀表組成，當前導航系統(tǒng)是由各種傳感器構成的高精度多功能系統(tǒng)，提供載體運動的空間六自由度（三維位置和三維角度）參數(shù)來確定一個物體在三維空間的位置和姿態(tài)。3.7導航系統(tǒng)的認知導航系統(tǒng)示意圖課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航三、衛(wèi)星定位及導航技術3、導航系統(tǒng)的工作狀態(tài)導航系統(tǒng)有指示導航和自動導航兩種工作狀態(tài)。（1）指示導航狀態(tài)導航設備提供的導航信息僅供駕駛員操縱和引導載體用，則導航系統(tǒng)工作為指示狀態(tài)，在指示狀態(tài)下，導航系統(tǒng)不直接對載體進行控制。（2）自動導航狀態(tài)導航系統(tǒng)直接提供信息給載體的自動駕駛控制系統(tǒng)，由自動駕駛系統(tǒng)操縱和引導載體，則導航系統(tǒng)工作于自動導航狀態(tài)。在這兩種工作狀態(tài)下，導航系統(tǒng)的作用都只是提供導航參數(shù)，“導航”的含義也側重于測量和提供參數(shù)。3.7導航系統(tǒng)的認知課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航1、絕對定位絕對定位是指通過GNSS實現(xiàn)，通過衛(wèi)星獲得車輛在地球上的經(jīng)度、緯度、海拔高度和航向信息。2、相對定位相對定位是指以車輛的初始位置為參考點，獲得一段時間后，車輛相對于初始位置的距離和方向，通常通過慣性導航系統(tǒng)（INS）實現(xiàn)。3、組合定位組合定位也就是這兩種方式都采用，可以獲得車輛的絕對位姿和相對位姿，使定位系統(tǒng)更精確可靠。4.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位三種類型課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定位，是一種比通常的導航定位系統(tǒng)精度更高的定位，它不再是精準到米，而是精準到厘米。車輛通過全球導航衛(wèi)星系統(tǒng)GNSS（全球定位系統(tǒng)GPS、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)BDS）、慣性導航系統(tǒng)INS和激光雷達等，獲取自身的位置和航向信息，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的路徑規(guī)劃和決策控制提供依據(jù)。4.2導航和定位系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的作用智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位方式課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航智能網(wǎng)聯(lián)汽車細分的定位技術有全球定位系統(tǒng)GPS、差分全球定位系統(tǒng)DGPS、北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)BDS、慣性導航系統(tǒng)INS和激光雷達定位五種，其中前三種都是通過衛(wèi)星來實現(xiàn)定位。4.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位三種類型智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位技術課程導入導航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導航技術總結智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導航五、總結1.視覺傳感器是指通過對攝像頭拍攝到的圖像進行圖像處理，對目標進行檢測，并輸出數(shù)據(jù)和判斷結果的傳感器；2.視覺傳感器主要由光