智能网联汽车导航定位系统

在RTK作业模式下，基站采集卫星数据，并通过数据链将其观 测值和站点坐标信息一起传送给移动站，而移动站通过对所采 集到的卫星数据和接收到的数据链进行实时载波相位差分处理 （历时不足1s），得出厘米级的定位结果
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5.2.3 GPS/DR组合导航定位系统
车辆航位推算（DR）方法是一种常用的自主式车辆定位技术， 它不用发射接收信号，不受电磁波影响，机动灵活，只要车辆 能达到的地方都能定位
（3）定位精度高：GPS相对定位精度在50km以内可达6~10m， 100~500km可达7~10m，1000km可达9~10m
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5.2.1 GPS的组成与原理——特点
（4）观测时间短：20km以内的相对静态定位仅需15~20min； 快速静态相对定位测量时，当每个流动站与基准站相距15km 以内时，流动站观测时间只需1~2min；采取实时动态定位模式 时，每站观测仅需几秒钟
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5.1.1 导航定位的定义
绝对定位：是指通过GPS或BDS实现，采用双天线，通过卫 星获得车辆在地球上的绝对位置和航向信息
相对定位：是指根据车辆的初始位姿，通过惯性导航获得车 辆的加速度和角加速度信息，将其对时间进行积分，得到相 对初始位姿的当前位姿信息
组合定位：是将绝对定位和相对定位进行结合，以弥补单一 定位方式的不足
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5.1.1 导航定位的定义
➢激光雷达定位：由陀螺仪、加速度传感器及软件构成，通过 测量运动载体的角速度和加速度数据，并将这些数据对时间进 行积分运算，从而得到运动载体的速度、位置和姿态
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5.1.1 导航定位的定义
➢高精度定位是无人驾驶汽车的核心关键技术，所谓高精度是 指定位精度要达到厘米级，究竟哪种方案是最佳的，有待验证载波相位差分技术） 与IMU（惯性测量单元）融合的方案，多种传感器融合加上一 个误差状态卡尔曼滤波器使得定位精度可以达到5~10cm，且具 备高可靠性和鲁棒性，市区允许最高时速超过60km/h。
（5）全球统一的三维地心坐标：同时精确测定测站平面位置 和大地高程
（6）测站之间无需通视：只要求测站上空开阔，可省去经典 测量中的传算点、过渡点等的测量工作
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5.2.2 差分全球定位系统
差分全球定位系统（DGPS）是在GPS的基础上利用差分技术 使用户能够从GPS系统中获得更高的精度；由基准站、数据传 输设备和移动站组成
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5.4.1 惯性导航系统的定义—IMU原理
GPS的作用就类似于摸到的东西之后对自己的位置进行的 修正，IMU的作用就类似于小碎步，不对地对自己的位置 进行推算。不断的修正和不断的推算，就能保证自己的定 位相对稳定
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5.4.1 惯性导航系统的定义—IMU原理
在无人驾驶系统中，GPS的更新频率一般为10Hz，IMU的 更新频率一般为100Hz。两个传感器共同工作时，可以给出 频率100Hz的定位输出
全球定位系统（GPS）是由美国国防部建设的基于卫星的无线电导航定位系统。它 能连续为世界各地的陆海空用户提供精确的位置、速度和时间信息，最大优势是覆 盖全球，全天候工作，可以为高动态、高精度平台服务，目前得到普遍应用
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5.2.1 GPS的组成与原理——组成
卫星：大约有30颗GPS卫星、约2万千米在太空运行 控制站：分散在世界各地，用于监视和控制卫星，其主要目的
配合激光雷达：GPS+IMU为激光雷达的空间位置和脉冲发射姿态提供高精度定 位，建立激光雷达云点的三维坐标系
第5章 智能网联汽车导航定位系统
5.1 导航定位的定义与类型 5.2 全球定位系统 5.3 北斗卫星导航定位系统 5.4 惯性导航系统 5.5 通信基站定位 5.6 高精度地图
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5.1 导航定位的定义与类型—定义
智能网联汽车或无人驾驶汽车的导航定位通过全球定位系统 （GPS）、北斗卫星导航定位系统（BDS）、惯性导航系统、 激光雷达等，获取车辆的位置和航向信息
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5.4.1 惯性导航系统的定义
惯性导航系统一般采用加速度传感器和陀螺仪传感器来测 量载体参数
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5.4.1 惯性导航系统的定义
加速度传感器和陀螺仪结合是就是惯性测量单元（IMU）， 一个解决速度，一个解决方向。IMU 的一个重要特征在于 它以高频率更新，其频率可达到1000Hz，所以 IMU 可以提 供接近实时的位置信息
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5.4.1 惯性导航系统的定义—IMU原理
在0~100ms的周期中，使用IMU进行9次位置的估计，待新的GPS定位数据进来 时，则进行修正，以此实现高频率的定位结果输出。GPS与IMU相辅相成地实 现了无人驾驶汽车的稳定定位
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5.4.1 惯性导航系统的定义—IMU原理
➢全球定位系统（GPS）：一种绝对位姿估计方法；通过GPS来 进行车辆定位；优点在于可全天候连续定位，且适用于全局定 位；缺点在于受环境影响较大，高楼、树木、隧道等都会屏蔽 GPS信号，而且GPS定位精度低，更新周期长，远远不能满足 自动驾驶的需求
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5.1.1 导航定位的定义
➢差分全球定位系统：为了解决GPS的问题，可以通过差分定位 的方法来解决定位问题；基本原理就是车辆在行驶过程中用 GPS作为基准，在GPS更新的时候，通过差分辅助，完成车辆 厘米级的精确定位
有了100Hz的稳定定位，无人驾驶汽车在处理路径跟随问题 时，就能保持极高频率的定位和控制。每走一小步，便重 新进行转向盘转角的计算，进而控制无人驾驶汽车沿着既 定的轨道行驶
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5.4.2 惯性导航系统的作用
弥补GPS：在GPS信号丢失或者很弱的情况下，暂时填补GPS留下的空缺，用积 分法取得最接近真实的三维高精度定位
惯性导航系统可以看成是IMU与软件的结合。通过内置的 微处理器，能够以最高200Hz的频率输出实时的高精度三维 位置、速度、姿态信息
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5.4.1 惯性导航系统的定义—IMU原理
走第一步时， 估计位置 （黑人所在 位置）与实 际位置（白 人所在位置） 还比较接近； 但随着步数 增多，估计 位置与实际 位置的差别 越来越大
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5.1.1 导航定位的定义
➢北斗卫星导航定位系统：目前在汽车领域还没有大面积推广 应用，但在国家制订的智能网联汽车发展规划中，已明确提出 要大力推广北斗卫星导航定位系统在智能网联汽车和无人驾驶 汽车中的应用
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5.1.1 导航定位的定义
➢惯性导航系统：由陀螺仪、加速度传感器及软件构成，通过 测量运动载体的角速度和加速度数据，并将这些数据对时间进 行积分运算，从而得到运动载体的速度、位置和姿态
伪距差分能将两站公共误差抵消，但随着用户到基准站距离的 增加，又出现了系统误差，这种误差用任何差分法都是不能消 除的；用户和基准站之间的距离对精度有决定性影响
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5.2.2 差分全球定位系统——载波相位差分
载波相位差分（RTK）技术是建立在实时处理两个测站的载波 相位基础上的，它能够实时地提供测站点在指定坐标系中的三 维定位结果，并达到厘米级精度
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5.1.1 导航定位的定义
L1、L2级，仅需要实现ADAS，导航级精度即可 L3~L5级，实现自动驾驶，需要厘米级精度导航 全球定位系统（GPS） 差分全球定位系统（DGPS） 北斗卫星导航定位系统（BDS） 惯性导航系统（INS） 激光雷达定位
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Байду номын сангаас
5.1.1 导航定位的定义
（4）融合北斗导航定位系统和卫星增强系统两大资源，因
此也可利用GPS，使应用更加丰富
（5）自主系统，安全、可靠、稳定，保密性强，适合关键
部门应用
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5.4 惯性导航系统——定义
惯性导航系统（INS）是一种利用惯性传感器测量载体的角速度信息，并结合给 定的初始条件实时推算速度、位置、姿态等参数的自主式导航系统。具体来说， 惯性导航系统属于一种推算导航方式。即从一已知点的位置根据连续测得的运动 载体航向角和速度推算出其下一点的位置，因而可连续测出运动体的当前位置。
是让系统保持运行，并验证GPS广播信号的精确度 接收器：存在于手机、计算机、汽车、船舶以及许多其他设备
中，GPS接收器应每次至少检测到4颗GPS卫星
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5.2.1 GPS的组成与原理——工作原理
GPS定位时要求接收机至少观测到4颗卫星的距离观测值才能 同时确定出用户所在空间位置及接收机时钟差
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5.1.2 全球导航卫星系统的类型
美国的全球定位系统（GPS）、中国的北斗卫星导航定位系 统（BDS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）卫星定位系 统以及欧洲空间局的伽利略（GALILEO）卫星定位系统
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5.1.2 全球导航卫星系统的类型
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5.2 全球定位系统
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5.3 北斗卫星导航定位系统
北斗卫星导航定位系统（BDS）：是由中国自行研制开发的区域性有源三维卫 星定位与通信系统，是继美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的 卫星导航定位系统。北斗卫星导航定位系统致力于向全球用户提供高质量的定 位、导航和授时服务，其建设与发展则遵循开放性、自主性、兼容性、渐进性 这4项原则。
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5.2.2 差分全球定位系统——位置差分
安装在基准站上的GPS接收机观测4颗卫星后便可进行三维定 位，解算出基准站的观测坐标
由于存在着轨道误差、时钟误差、大气影响、多径效应以及其 他误差等，解算出的观测坐标与基准站的已知坐标是不一样的， 存在误差