智能网联环境感知技术：6-3 组合导航认标定

惯性导航系统-原理
惯性导航系统的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，测量载体在惯性参考系的加速度和角加速度信 息，再将这些测量值对时间进行一次积分，求得运动载体的速度、角速度，之后进行二次积分求得运动载 体的位置信息，然后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置等信息，其工作 原理框图如图所示。一般情况下惯导会结合GPS使用，并融合经纬度信息以提供更精确的位置信息。
（1）GPS接收机天线 GPS接收机天线由天线单元和前置放大器两部分组成。天线的作用是将GPS卫星信号的微弱电磁波能量转化 为相应电流，并通过前置放大器将接收到的GPS信号放大。
（2）GPS接收机天线
接收机主机由变频器、信号通道、微处理器、存储器和显示器组成。GPS信号接收机不仅需要功能较强的机 内软件，而且需要一个多功能的GPS数据测后处理软件包。接收机加处理软件包，才是完整的GPS信号用户 设备。 （3）GPS接收机电源
GPS接收机电源有两种，一种为内电源，一般采用锂电池，主要对RAM存储器供电；另一 种为外接电源，常用可充电的12V直流镍镉电池组。
全球导航卫星系统-原理
GNNS定位系统是利用卫星基本三角定位原理、接收装置以测量无线电信号的传输时间来测量距离。
如图所示。三个卫星组成一个三角形，通过计算 三个卫星位置几何数据，并融合同步计算结果， 从而计算出当前接收器的卫星坐标位置。通常， GPS接收器会使用第四颗卫星的位置对前三个卫 星的位置测量进行确认，以达到更好的效果。
导航系统-总结
差分GNNS是一个比较精确的定位系统，但是其具有更新频率过低的局限性，同时易受 环境影响（如建筑物遮挡），因此在特定环境下不足以提供足够实时的位置更新。与此 相比， INS的更新频率快，并补偿了GNNS短时间信号缺失（如遮挡）的情况，但是存 在累积误差缺陷。因此通过整合GNNS与INS的定位方法，可以为智能网联汽车提供既准 确又足够实时的位置更新。
组合导航-标定
任务目标：定位与惯导传感器传感器工作原理，掌握标定方法 设备或仪器：定位与惯导，GNSS定位天线和4G天线，智能传 感器台架等
1.安全要求与注意事项: 注意人身和设备安全；场地面积足够，无障碍物；功能检测 时，学员应在指定工作区域，以免随意走动造成干扰。
2.将连接好天线组合导航安装在台架上； 3.将4G天线放置在空旷空间上； 4.启动标定软件GUI；
载波相位测距的卫星信号
GPS定位-原理
（3）实时差分定位 GPS实时差分定位的原理是在已有的精确地心坐标点上安放GPS接收机（称为基准站），利用已知的地心坐 标和星历计算GPS观测值的校正值，并通过无线电通信设备（称为数据链）将校正值发送给运动中的GPS接 收机（称为流动站），如图所示。流动站利用校正值对自己的GPS观测值进行修正，以消除上述误差，从而 提高实时定位精度。GPS动态差分方法有多种，主要有位置差分、伪距差分( RTD)、载波相位实时差分(RTK) 和广域差分等。
卫星信号发射与接收的时间差
GPS定位-原理
（2）载波相位测量及载波相位定位 载波相位测量是测定GPS卫星载波信号到接收机天线之间的相位延迟。GPS卫星载波上调制了测距码和导航 电文，接收机接收到卫星信号后，先将载波上的测距码和卫星电文去掉，重新获得载波，称为重建载波。 GPS接收机将卫星重建载波与接收机内由振荡器产生的本振信号通过相位计比相，即可得到相位差。如图所 示。载波波长L1=19cm，L2=24cm，比C/A码波长（C/A=293m）短得多，因此载波相位定位比伪距定位精度 高得多。
实时差分GPS定位系统
GPS接收机
GPS接收机是一种被动式无线电定位设备，按不同用途分为导航型接收机、测地型接收机、授时型接收机 和姿态测量型接收机；按接收机通道数可以分为多通道接收机、序贯通道接收机和多路复用通道接收机。
GPS接收机主要由GPS接收天线、GPS接收机主机和电源三部分组成。
GPS定位-原理
差分GPS-原理
如图所示，DGPS技术通过在一个精确的已知 位置（基准站）上安装GPS监测接收机，计 算得到基准站与GPS卫星的距离，然后再根 据误差修正结果提高定位精度。
差分GPS-原理
差分GPS分为两大类，即位置差分和距离差分。距离差分又分为两类，即伪距差分和载波术——RTK（Real-Time Kinematic）技术。RTK技术是实时处理两个基站载波相位观测量的差分方法，即将基准站采集的载波相位发 送给用户接收机，通过求差解算坐标。 RTK可使定位精度达到厘米级，这也是很多智能网联汽车公司采用RTK技术定位的原因。但 RTK也存在的一 定的问题：基站铺设成本较高；非常依赖卫星数量，比如在一些桥洞和高楼大厦的环境下，可视的卫星数量 会急剧下降；容易受到电磁环境干扰。在受到遮挡时，信号丢失，没有办法做定位。因此目前采用RTK定位 技术实现大规模量产商用的可行性不高。
GPS定位-原理
（1）伪距测量及伪距单点定位 伪距测量就是测定卫星到接收机的距离。每个卫星以每1毫秒一次的频率播发伪随机测距码信号，若 信号到达GPS接收机的传播时间为dT，乘以光速就能示得距离。通过4颗以上GPS卫星的伪距，及从 卫星导航电文中获得的卫星瞬时坐标，采用距离交会法就能求出接收机的三维坐标。伪随机码又称为 伪噪声码，是一种可以预先确定并可以重复地产生和复制，又具有随机统计特性的二CTORY
01. 组合导航认知与安装 02. 组合导航故障检测 03. 组合导航标定
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组合导航标定
GPS定位-原理
GPS定位包括伪距单点定位、载波相位定位和实时差分定位。 每个GPS卫星播发一组信号，每组信号包括两个不同频率的载波信号（L1和L2）、两个不同的测距码信号 （C/A码调制在L1载波上，P码或Y码同时调制在L1及L2载波上）以及卫星的轨道信息，如图所示。卫星接收机 根据不同的定位方式，将接收到的信号进行不同的处理，得到定位坐标。