智聯網汽車技術課件 任務5 導航定位技術

項目二

汽車信息感知系統(tǒng)任務5

導航定位技術智能網聯汽車技術全球定位系統(tǒng)課程導入學習目標理解GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)的構成，和它的工作原理。01激活舊知你能告訴我GPS是什么嗎？激活舊知探索新知

GPS全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)通常由地面控制部分、衛(wèi)星空間部分、終端裝置部分三個核心部分組成。探索新知在任何特定時間，大約有30顆GPS衛(wèi)星在太空運行，他們各自距離地球表面約2萬公里。每個工作衛(wèi)星發(fā)射導航和定位信號，用戶可以使用這些信號來實現導航。1.衛(wèi)星探索新知控制站分散在世界各地，用于監(jiān)視和控制衛(wèi)星，其主要目的是讓系統(tǒng)保持運行，并驗證GPS廣播信號的精確度。擔負起對地面監(jiān)測系統(tǒng)的全面控制，收集并處理監(jiān)控站提交的各類觀測數據，用系統(tǒng)固定格式進行編寫并傳遞到地面的發(fā)射中心，由發(fā)射中心傳送至給衛(wèi)星，并且主控站還需要實時修改每顆衛(wèi)星的星歷，對時鐘數值進行修正。2.控制站探索新知最核心的就是進行數據傳輸任務，將主控站的各類導航數據，定位數據以及電文傳送到空間衛(wèi)星，同時也會將衛(wèi)星的健康狀態(tài)實時地傳送到主控站，與主控站進行信息互通互動。3.地面天線探索新知GPS接收器存在于手機、電腦、汽車、船只以及許多其他設備中，如果周圍沒有高樓等障礙物并且天氣良好，那么無論你身在何處，GPS接收器應每次至少檢測到四顆GPS衛(wèi)星。4.GPS接收器探索新知GPS的工作原理GPS實施的是“到達時間差”的概念，利用每一顆GPS衛(wèi)星的精確位置和連續(xù)發(fā)動的星上原子鐘生成的導航信息獲得從衛(wèi)星至接收機的到達時間差。探索新知GPS的工作原理在三維空間中，衛(wèi)星1可以發(fā)送的信息包含自己的坐標（X1，Y1，Z1）和當前時間T1，因為定位衛(wèi)星上方有原子鐘，所以時間信息是非常準確的。汽車接收衛(wèi)星1的信號時間為T，此時汽車所在的位置應該是在以衛(wèi)星1為圓心，半徑為光速*（T-T1）的球面上。如果加上第二顆衛(wèi)星，汽車的位置可以縮小為兩個球面相交的圓圈上，加上第三顆衛(wèi)星位置信息就可以將范圍縮小到圓圈上的兩點，其中和地球球面相交的點即為汽車當前坐標。但是還有一個未知數，汽車接收到衛(wèi)星的時間T，因為汽車授時不準確，微小的誤差都是要乘以光速，會使得距離誤差特別大。所以需要第四顆衛(wèi)星，解決時間誤差的問題。探索新知小貼士另一種理解的方式，無人機的空間坐標包含X、Y、Z，時間為T，有四個未知數，所以需要四個方程求解。如果GPS接收設備沒有時間差，那么只需要三個方程即可求解，也就是三顆衛(wèi)星。GPS定位原理的理解GPS定位原理GPS的工作原理應用新知衛(wèi)星想象成是在太空中的“掛鐘”小結謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術項目二

汽車信息感知系統(tǒng)任務5

導航定位技術主講人：曾鑫智能網聯汽車技術北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)課程導入學習目標了解北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的系統(tǒng)組成、基本產品和應用場景。01學習任務通過學習能正確解釋北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)是如何工作的？它在哪些領域有著廣泛的應用？01激活舊知你了解北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)嗎？探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其組成北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BeiDouNavigationSatelliteSystem,BDS）是中國自行研制的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，也是繼GPS，GLONASS之后的第三個成熟的衛(wèi)星導航系統(tǒng)。探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其組成探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其組成基于北斗系統(tǒng)的導航服務已被電子商務、移動智能終端制造、位置服務等廠商采用，廣泛進入中國大眾消費、共享經濟和民生領域，應用的新模式、新業(yè)態(tài)、新經濟不斷涌現，深刻改變著人們的生產生活方式。探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其組成北斗系統(tǒng)主要由空間段、地面段和用戶段三部分組成。探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)及其組成空間段北斗系統(tǒng)空間段由若干地球靜止軌道衛(wèi)星、傾斜地球同步軌道衛(wèi)星和中圓地球軌道衛(wèi)星等組成。地面段北斗系統(tǒng)地面段包括主控站、時間同步/注入站和監(jiān)測站等若干地面站，以及星間鏈路運行管理設施。用戶段北斗系統(tǒng)用戶段包括北斗兼容其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的芯片、模塊、天線等基礎產品，以及終端產品、應用系統(tǒng)與應用服務等。探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎產品1.D-Helix天線：D-Helix天線已實現GPS、北斗、GALILEO及GLONASS四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)全頻段組合，同時可支持L-Band。天線增益更可高達4dBi，同時其優(yōu)異低仰角性能、保障天線在各種惡劣環(huán)境下的全天候對衛(wèi)星的跟蹤能力。尤其適合遮擋嚴重、信號質量差等作業(yè)場合的高精度作業(yè)，如GIS測繪、無人機、智能駕駛等領域。Helix天線探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎產品2.3D基準站天線：3D基準站天線采用國際先進3D扼流圈結構設計，配備抗多徑扼流板，使用防水、防紫外線外罩，具有相位中心穩(wěn)定、定位精度高、低仰角接收效果好等特點，現已廣泛應用于地基增強系統(tǒng)CORS站項目。3D基準站天線探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎產品3.UC6226車規(guī)級高性能GNSS芯片：火鳥UFirebirdTMUC6226采用28nm工藝并采用巧妙的PMU設計，兼具超低功耗和極致小型化的特點，顯著提升用戶設備的續(xù)航能力。探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎產品4.板卡類別K726GNSS定位定向板卡K708GNSS高精度定位板卡K706GNSS高精度板卡K700GNSS三系統(tǒng)單頻板卡UM220-IVN雙系統(tǒng)導航/定位模塊UM4B0全系統(tǒng)全頻點高精度RTK定位/定向模塊探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎產品5.接收機：M300ProGNSS接收機——支持國家北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，兼容全球主流衛(wèi)星導航系統(tǒng)。具有完全自主核心知識產權的高精度GNSSRTK技術，支持BDSB3I信號，具備BDS獨立定位、差分和RTK解算能力。M300ProGNSS接收機探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎產品6.UR4B0四系統(tǒng)多頻高精度接收機——UR4B0支持BDS和GPS三頻信號，并支持Galileo系統(tǒng)的四系統(tǒng)高精度接收機產品，內置大容量存儲和長效鋰電池，具備串口、網絡和無線等多種通訊接口，提供友好的人機交互界面和牢靠的封裝，適用于測繪、氣象、地震、位移監(jiān)測、科學研究和其他高精度測量定位的應用領域。UR4B0四系統(tǒng)多頻高精度接收機探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎產品7.UR380三系統(tǒng)八頻高精度接收機——UR380是全新設計的支持BDS和GPS三頻信號的三系統(tǒng)高精度CORS接收機產品，內置大容量存儲和長效鋰電池，具備串口、網絡和無線等多種通訊接口，提供友好的人機交互界面和牢靠的封裝，適用于測繪、氣象、地震、位移監(jiān)測、科學研究和其他高精度測量定位的應用領域。UR380三系統(tǒng)八頻高精度接收機探索新知北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基礎產品8.T300GNSS接收機——T300GNSS接收機：可以單系統(tǒng)定位,也可以多系統(tǒng)聯合定位。隨著我國北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)可靠性和實用性不斷加強,BDS+GPS+GLONASS+GALILEO聯合應用，能增加跟蹤衛(wèi)星數量，提高GNSS高精度定位的準確性及穩(wěn)定性，使接收機在高遮擋地區(qū)也能精準定位。T300GNSS接收機小結謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術項目二

汽車信息感知系統(tǒng)任務5

導航定位技術主講人：曾鑫智能網聯汽車技術慣性導航系統(tǒng)課程導入學習目標掌握慣性導航的理論依據01理解慣性導航的技術特點02學習任務理解牛頓第二定律和微積分01激活舊知你能跟大家解釋一下牛頓第二定律嗎？探索新知牛頓第二定律陀螺儀微積分探索新知探索新知慣性導航的理論依據牛頓第二定律告訴我們：dv/dt=a，而路程與時間的關系也顯而易見：ds/dt=v，這樣就將路程與加速度聯系在了一起。路程與速度都不能直接測量，但加速度可以，只要有加速度，就能知道每時每刻的路程了。但是現實情況不是一維，而是三維立體空間。探索新知慣性導航的理論依據這樣，運動路徑就和傳感器可測得的加速度、角加速度這兩個量聯系在了一起。慣性導航就是通過測量這兩個瞬時變量，依次得出速度、距離，結合初始位置得到實際位置，再經過一系列公式運算，就可以將運動路徑完完整整計算出來了。慣性導航單元探索新知慣性導航的特點和應用1.慣性導航的優(yōu)點探索新知慣性導航的特點和應用1.慣性導航的優(yōu)點探索新知慣性導航的特點和應用2.慣性導航的局限性慣性導航有一個非常大的缺點：誤差隨時間增大。探索新知慣性導航的特點和應用3.慣性導航的應用前景導航系統(tǒng)性能對比一覽表探索新知慣性導航的特點和應用3.慣性導航的應用前景慣性導航+衛(wèi)星導航探索新知思政元素北斗系統(tǒng)秉承“中國的北斗、世界的北斗、一流的北斗”發(fā)展理念，愿與世界各國共享北斗系統(tǒng)建設發(fā)展成果，促進全球衛(wèi)星導航事業(yè)蓬勃發(fā)展，為服務全球、造福人類貢獻中國智慧和力量。北斗系統(tǒng)為經濟社會發(fā)展提供重要時空信息保障，是中國實施改革開放40余年來取得的重要成就之一，是新中國成立70年來重大科技成就之一，是中國貢獻給世界的全球公共服務產品。中國將一如既往地積極推動國際交流與合作，實現與世界其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)的兼容與互操作，為全球用戶提供更高性能、更加可靠和更加豐富的服務。北斗系統(tǒng)應用新知慣性導航扮演了至關重要的角色，在沒有明確的地圖或GPS信號的環(huán)境中，慣性導航仍能準確無誤地策略出我們的位置。但同時，它也存在一些局限，比如誤差會隨著時間增長而增大。因此，我們現在傾向于將慣性導航與衛(wèi)星導航系統(tǒng)結合使用，這樣就可以通過外部信號定期修正內部誤差，保證導航的準確性。小結謝謝觀看THANKS智能網聯汽車技術項目二

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導航定位技術主講人：曾鑫智能網聯汽車技術高精地圖課程導入學習目標掌握高精度地圖的概念、信息、制作流程和格式規(guī)范。01激活舊知大家知不知道，我們每天開車、打車、甚至是步行的時候，手機導航給我們指引方向的這個地圖，是怎樣的一種地圖呢？激活舊知電子地圖的定位精度在米級高精度地圖可以做到厘米級探索新知高精地圖的定義高精度地圖也稱為高分辨率地圖（HighDefinitionMap,HDMap)。廣義高精地圖探索新知高精地圖和導航地圖的區(qū)別高精地圖與傳統(tǒng)地圖對比為了實現車道級導航、路徑規(guī)劃功能，需要在原始地圖數據中抽象道路結構，形成由頂點組成的拓撲圖形結構，同時為了優(yōu)化數據的存儲，需要將道路用連續(xù)的曲線段來表示。特點一除道路參考線外，高精度地圖還應描述道路的連通性。比如路口沒有車道線的部分，需要將所有可能的行駛路徑抽象成道路參考線，在高精度地圖數據庫中體現。特點二高精度地圖數據庫還需要記錄無車道道路的拓撲結構，且除車道的幾何特性外，道路模型還包括車道數、道路坡度、功能屬性等。特點三探索新知高精地圖和導航地圖的區(qū)別與傳統(tǒng)地圖相比，高精度地圖信息的豐富性、準確性和實時性都有顯著的提升。高精度地圖包含的信息有以下內容和特點：為了實現車道級導航、路徑規(guī)劃功能，需要在原始地圖數據中抽象道路結構，形成由頂點組成的拓撲圖形結構，同時為了優(yōu)化數據的存儲，需要將道路用連續(xù)的曲線段來表示。特點一除道路參考線外，高精度地圖還應描述道路的連通性。比如路口沒有車道線的部分，需要將所有可能的行駛路徑抽象成道路參考線，在高精度地圖數據庫中體現。特點二高精度地圖數據庫還需要記錄無車道道路的拓撲結構，且除車道的幾何特性外，道路模型還包括車道數、道路坡度、功能屬性等。特點三探索新知高精地圖和導航地圖的區(qū)別與傳統(tǒng)地圖相比，高精度地圖信息的豐富性、準確性和實時性都有顯著的提升。高精度地圖包含的信息有以下內容和特點：為了實現車道級導航、路徑規(guī)劃功能，需要在原始地圖數據中抽象道路結構，形成由頂點組成的拓撲圖形結構，同時為了優(yōu)化數據的存儲，需要將道路用連續(xù)的曲線段來表示。特點一除道路參考線外，高精度地圖還應描述道路的連通性。比如路口沒有車道線的部分，需要將所有可能的行駛路徑抽象成道路參考線，在高精度地圖數據庫中體現。特點二高精度地圖數據庫還需要記錄無車道道路的拓撲結構，且除車道的幾何特性外，道路模型還包括車道數、道路坡度、功能屬性等。特點三探索新知高精地圖和導航地圖的區(qū)別與傳統(tǒng)地圖相比，高精度地圖信息的豐富性、準確性和實時性都有顯著的提升。高精度地圖包含的信息有以下內容和特點：為了實現車道級導航、路徑規(guī)劃功能，需要在原始地圖數據中抽象道路結構，形成由頂點組成的拓撲圖形結構，同時為了優(yōu)化數據的存儲，需要將道路用連續(xù)的曲線段來表示。特點一除道路參考線外，高精度地圖還應描述道路的連通性。比如路口沒有車道線的部分，需要將所有可能的行駛路徑抽象成道路參考線，在高精度地圖數據庫中體現。特點二高精度地圖數據庫還需要記錄無車道道路的拓撲結構，且除車道的幾何特性外，道路模型還包括車道數、道路坡度、功能屬性等。特點三探索新知高精地圖和導航地圖的區(qū)別與傳統(tǒng)地圖相比，高精度地圖信息的豐富性、準確性和實時性都有顯著的提升。高精度地圖包含的信息有以下內容和特點：探索新知小貼士對象模型記錄道路和車道行駛空間范圍邊界區(qū)域的元素，模型屬性包括對象的位置、形狀和屬性值。這些地圖元素包括路牙、護欄、互通式立交橋、隧道、龍門架、交通標志、可變信息標志、輪廓標志、收費站、電線桿、交通燈、墻壁、箭頭、文字、符號、警告區(qū)、分流區(qū)等。地圖元素探索新知高精地圖包含的主要信息車道級路網01定位02動態(tài)地圖03探索新知高精地圖包含的主要信息需要為自動駕駛汽車提供準確的道路信息，因此要對路網精確的三維表征（厘米級精度）進行描述，比如路面的幾何結構、道路標示線的顏色與形狀、每個車道的（坡度、曲率、航向、高程等）數據屬性，甚至還要將道路隔離帶（及材質）等信息及其所在位置進行詳盡描述。車道級路網圖層(RoadModel)探索新知高精地圖包含的主要信息主要用于輔助自動駕駛車輛定位。定位層與無人駕駛車輛本身采用的傳感器及應用場景緊密相關,在無人礦區(qū)或地下停車場所需的地圖信息要素差異很大。在采集道路周邊環(huán)境時，所生成的點云數據中包含極為豐富的地理空間信息，如標識牌、路燈、安全島、里程樁、攝像頭和護欄等特征點線，以及相關屬性信息（等級、材質、類型、寬度等）。在制作高精度地圖時，這些要素信息通過點云的提取，既方便又能達到較高的空間幾何精度。定位層(LocalisationModel）探索新知高精地圖包含的主要信息主要用于自動駕駛汽車感知和考慮當前道路和交通狀況的路線規(guī)劃，但只有當車輛在地圖中準確定位時，動態(tài)地圖層才能輔助車輛進行環(huán)境感知。動態(tài)層需要哪些信息要素也還沒有定論，仍處于探討研究的階段。動態(tài)層(LaneModel)探索新知高精地圖的產生流程探索新知高精地圖的產生流程（1）數據采集典型采集車配置探索新知高精地圖的產生流程（2）數據處理信息處理探索新知高精地圖的產生流程（3）元素識別道路元素識別探索新知高精地圖的產生流程（4）人工驗證人工驗證合成高精地圖探索新知導航數據標準導航數據標準NDS（NavigationDataStandard）是面向汽車生態(tài)系統(tǒng)的地圖數據全球標準，由寶馬、大眾、戴姆勒等知名國際汽車廠商、系統(tǒng)商以及數據商為主導成立，旨在通過多方的共同努力，制定出新的適合汽車制造商、系統(tǒng)供應商以及地圖供應商未來發(fā)展的標準導航電子地圖數據格式。探索新知導航數據標準其突出特點是：在兼顧性能和功能的基礎上，采用了數據庫技術存儲地圖數據，能夠比較好地解決地圖增量更新、擴展和數據安全的問題。探索新知導航數據標準價值全球規(guī)格増量更新高精度地圖標準地圖切換云混合.......探索新知小貼士在中國，高精地圖的行業(yè)準入門檻很高。根據原國家測繪地理信息局2016年下發(fā)的《關于加強自動駕駛地圖生產測試與應