智能網聯(lián)汽車傳感器技術 課件 5.導航系統(tǒng)的認知

2023導航系統(tǒng)的認知煙臺汽車工程職業(yè)學院劉強1.導航系統(tǒng)的定義目錄CONTENTS2.導航系統(tǒng)的分類3.導航系統(tǒng)的特點導航系統(tǒng)的定義導航定位是負責實時提供智能網聯(lián)汽車的運動信息，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。智能網聯(lián)汽車的導航定位通過全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GPS)、北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)（BDS）、慣性導航系統(tǒng)、視覺SLAM、激光雷達SLAM等，獲取車輛的位置和航向信息。導航系統(tǒng)的分類1.絕對定位絕對定位是指通過GPS或BDS實現(xiàn)，采用雙天線，通過衛(wèi)星獲得車輛在地球上的絕對位置和航向信息。相對定位:是指根據(jù)車輛的初始位姿，通過慣性導航獲得車輛的加速度和角加速度信息，將其對時間進行積分，得到相對初始位姿的當前位姿信息。2.組合定位組合定位是將絕對定位和相對定位進行結合，以彌補單—定位方式的不足。全球導航定位系統(tǒng)(GlobalNavigationSatelliteSystem)，是能夠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空基無線電導航定位系統(tǒng)。當前，投入運作的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)星導航系統(tǒng)(GLONASS)、歐洲的伽利略系統(tǒng)(GALILEO)和我國的北斗系統(tǒng)。導航系統(tǒng)的分類（1）北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS：BeiDouNavigationSatelliteSystem）采用雙星定位，軍民兩用，定位精度約10米。2020年發(fā)射完成全部35顆“北斗”衛(wèi)星，為全球提供導航服務。能在任何時間、任何地點為用戶確定其所在的地理經緯度和海拔高度。在定位性能上有所創(chuàng)新，不僅能使用戶知道自己所在位置，還可以告訴別人自己的位置，特別適用于需要導航與移動數(shù)據(jù)通信場所。導航系統(tǒng)的分類（2）格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS：GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTEM）由27顆工作星和3顆備用星組成，均勻地分布在3個近圓形的軌道平面上這3個軌道平面兩兩相隔120°導航精度在0.3米左右，但民用領域開放的精度約為10米。使用前蘇聯(lián)地心坐標系(PZ-90)。導航系統(tǒng)的分類（3）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。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。導航系統(tǒng)的分類（4）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。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。導航系統(tǒng)的特點全球全天候定位優(yōu)點定位精度高觀測時間短測站間無需通視儀器操作簡便三維地心坐標（1）全球全天候定位：GPS衛(wèi)星的數(shù)目較多，且分布均勻，保證了地球上任何地方任何時間至少可以同時觀測到4顆GPS衛(wèi)星，確保實現(xiàn)全球全天候連續(xù)的導航定位服務（除打雷閃電不宜觀測外)。導航系統(tǒng)的特點全球全天候定位優(yōu)點定位精度高觀測時間短測站間無需通視儀器操作簡便三維地心坐標(2)定位精度高:GPS相對定位精度在50km以內可達10-6m，100-50Okm可達10-7m，1000km可達10-9m。在300-1500m工程精密定位中，1小時以上觀測時解其平面位置誤差小于1mm，與ME-5000電磁波測距儀測定的邊長比較，其邊長較差最大為0.5mm，校差中誤差為0.3mm。導航系統(tǒng)的特點全球全天候定位優(yōu)點定位精度高觀測時間短測站間無需通視儀器操作簡便三維地心坐標(3）觀測時間短:隨著GPS系統(tǒng)的不斷完善，20km以內相對靜態(tài)定位，僅需15-20分鐘;當每個流動站與基準站相距在15KM以內時，流動站觀測時間只需1-2分鐘;采取實時動態(tài)定位模式時，每站觀測僅需幾秒鐘導航系統(tǒng)的特點全球全天候定位優(yōu)點定位精度高觀測時間短測站間無需通視儀器操作簡便三維地心坐標(4)測站間無需通視:

GPS測量只要求測站上空開闊，不要求測站之間互相通視，因而不再需要建造覘標。導航系統(tǒng)的特點全球全天候定位優(yōu)點定位精度高觀測時間短測站間無需通視儀器操作簡便三維地心坐標(5）儀器操作簡便:隨著GPS接收機的不斷改進，GPS測量的自動化程度越來越高，有的已趨于“傻瓜化”。導航系統(tǒng)的特點全球全天候定位優(yōu)點定位精度高觀測時間短測站間無需通視儀器操作簡便三維地心坐標(6)可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標:GPS水準可滿足四等水準測量的精度，另外，GPS定位是在全球統(tǒng)一的wGS-84坐標系統(tǒng)中計算的，因此全球不同地點的測量成果是相互關聯(lián)的。導航系統(tǒng)的特點全球全天候定位優(yōu)點定位精度高觀測時間短測站間無需通視儀器操作簡便三維地心坐標(6)可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標:GPS水準可滿足四等水準測量的精度，另外，GPS定位是在全球統(tǒng)一的wGS-84坐標系統(tǒng)中計算的，因此全球不同地點的測量成果是相互關聯(lián)的。導航系統(tǒng)的特點缺點：（1）系統(tǒng)確定位置受氣候、電離層、對流層、空氣、電磁波等因素的影響會存在偏差。（2)GPS高程測量能夠達到一定的精度，但用GPS施測的市政工程測量控制點，應進一步用常規(guī)儀