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智能网联汽车导航定位系统

智能网联汽车导航定位系统Ø5.1 导航定位的定义与类型

Ø5.2 全球定位系统

Ø5.3 北斗卫星导航定位系统

Ø5.4 惯性导航系统

Ø5.5 通信基站定位

Ø5.6 高精度地图

5.1 导航定位的定义与类型—定义

Ø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

5.1.1 导航定位的定义

Ø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

Ø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

Ø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

5.1.1 导航定位的定义ØL1、L2级，仅需要实现ADAS，导航级精度即可ØL3~L5级，实现自动驾驶，需要厘米级精度导航Ø全球定位系统（GPS）

Ø差分全球定位系统（DGPS）

Ø北斗卫星导航定位系统（BDS）

Ø惯性导航系统（INS）

Ø激光雷达定位

5.1.1 导航定位的定义

Ø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

5.1.1 导航定位的定义

Ø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

5.1.1 导航定位的定义

Ø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

5.1.1 导航定位的定义

Ø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

5.1.1 导航定位的定义

Ø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

5.1.1 导航定位的定义

Ø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。期待未来有更好的高精度定位方法。

Ø百度Apollo系统使用了激光雷达、RTK（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。

5.1.2 全球导航卫星系统的类型

Ø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

5.1.2 全球导航卫星系统的类型

5.2 全球定位系统

Ø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

5.2.1 GPS的组成与原理——组成

Ø卫星：大约有30颗GPS卫星、约2万千米在太空运行

Ø控制站：分散在世界各地，用于监视和控制卫星，其主要目的是让系统保持运行，并验证GPS广播信号的精确度

Ø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

5.2.1 GPS的组成与原理——工作原理ØGPS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

5.2.1 GPS的组成与原理——特点

Ø（1）全球全天候定位：因为GPS卫星数目较多，且分布均匀，保证了地球上任何地方任何时间至少可以同时观测到4颗GPS 卫星，确保实现全球全天候连续导航定位服务

Ø（2）覆盖范围广：能够覆盖全球98%的范围，可满足位于全球各地或近地空间的军事用户连续精确地确定三维位置、三维运动状态和时间的需要

Ø（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

5.2.1 GPS的组成与原理——特点

Ø（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

Ø（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

Ø（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

5.2.2 差分全球定位系统

Ø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

5.2.2 差分全球定位系统——位置差分

Ø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

Ø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

Ø将已知坐标与观测坐标之差作为位置改正数，通过基准站的数据传输设备发送出去，由移动站接收，并且对其解算的移动站坐标进行改正

Ø位置差分法适用于用户与基准站间距离在100km以内的情况