车载GPS定位技术与应用习题分析

车载GPS定位技术与应用习题及资料（15-16学年）（1） GPS的应用领域有哪些？ GPS在军事中的应用 GPS在交通运输业中的应用 GPS在测量中的应用 GPS在其他领域中的应用（精细农业 遥感 卫星定轨 资源勘探 个人旅游及野外探险 电力、广播、电视、通讯等网络的时间同步、时间传递.）Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System简称GPS，有时也被称作NAVSTAR GPS 其意为“导航星测时与测距全球定位系统”，或简称全球定位系统 美国 由其陆海空三军联合研制 在全球范围内，提供实时、连续、全天候的导航定位及授时服务 1973年 1995年空间部分 地面控制部分 用户设备部分 （2） 中国交通运输目前存在的问题？ 道路增长跟不上车辆和流量的增长，交通供需矛盾日益加剧。据统计，世界上各种车辆的增长速度是道路增长速度的23倍。（3） 什么是ITS？ 目的是什么？a) 答：ITS（IntelligentTransportationSystems）即智能交通系统是在较完善的道路设施基础上，将先进的电子技术、信息技术、传感器技术和系统工程技术集成运用于地面交通管理所建立的一种实时、准确、高效、大范围、全方位发挥作用的交通运输管理系统。b) 其目的是提高交通效率、减少交通对环境的污染和其他影响、增强交通安全。（4） ITS的组成是什么？ （5） ITS的特点是什么？ 1、交通基础设施智能化:交通信号控制、高速公路管理、交通诱导、事故处理、救援系统、电子收费等等。2、交通工具智能化3、交通系统智能化a原理上是基于知识的系统b系统在功能上只要具有判断能力、推理能力和学习能力，并具有辅助决策的作用；c系统在结构上应有机器感知、机器学习、机器识别、知识库等部分组成。（6） ITS的智能化特点体现在什么方面？1）交通基础设施智能化；2）交通工具智能化；3）交通系统智能化。（7） 目前国际上公认的ITS的服务领域有哪些？（1）先进的交通信息服务系统（ATIS）（2）先进的交通管理系统（ATMS）（3）先进的公共交通系统（APTS）（4）先进的车辆控制系统（AVCS）（5）货运管理系统（MMS）（6）紧急救援系统（EMS） ( 7电子收费系统（ETC）)（8） 国际标准化组织有哪两个？ 主要有两大组织：一是ISO下设TC204即“交通信息与控制系统技术委员会”(2001年四月在夏威夷召开的全体会议上，将TC204改名为“ITS技术委员会”)；另一个是CEN/278（欧洲标准化委员会）（9） 标准化研究对ITS发展的有什么作用，表现在什么方面？答：标准化研究对ITS的发展有很大的促进作用，主要表现在以下几点：经济性。不仅带给用户很大的经济性(如便于维护、避免重复投资等)，对设备供应商也同样具有经济性(如扩大市场)。互操作性。包括设备（软、硬件）的互换性与兼容性，实现信息共享性。用户设备获取。有了全国性或全球性标准，用户采购设备就有了很大的自由，而不用局限于某一厂商，对于一些小国或地区更是至关重要。（10） 中国的ITS标准化正式启动的时间和组织是什么？ITS标准体系分为几层，各包含什么？答：1992年由国际标准化组织（ISO）设置了TC204，即“交通信息与控制系统（TICS）技术委员会”，全面负责ITS领域的标准化工作。标志着ITS标准化组织的建立。我国科技部2000年成立全国智能交通系统专家委员会，标志着中国ITS标准化组织的正式建立。ITS标准体系分为两层，上层为通用标准，下层为分系统标准。通用标准层包括：分系统标准包括（11） 什么是LBS？LBS的特点是什么？答：基于位置的服务（Location Based Services，LBS）它包括两层含义：首先是确定移动设备或用户所在的地理位置；其次是提供与位置相关的各类信息服务。意指与定位相关的各类服务系统，简称定位服务。特点： 1）要求覆盖率高一方面要求覆盖的范围足够大。一方面要求覆盖的范围包括室内 2）定位精度定位应该根据用户服务需求的不同提供不同的精度服务，并可以提供给用户选择精度的权利。（12） LBS的基本构成及各个组成部分的功能是什么？ （13） 什么是子午卫星系统？子午卫星导航系统依据什么原理定位？子午卫星系统的组成有哪些？它的缺点表现在什么方面？ NNSS Navy Navigation Satellite System（海军导航卫星系统），由于其卫星轨道为极地轨道，故也称为Transit（子午卫星系统） ；采用利用多普勒效应进行导航定位，也被称为多普勒定位系统；美国研制、建立 1964年1月建成1967年7月解密供民用 系统组成a空间部分卫星：发送导航定位信号（信号：4.9996MHz 30 = 149.988MHz；4.9996MHz 80 = 399.968MHz；星历）卫星星座 由6颗卫星构成，6个轨道面，轨道高度1075km b地面控制部分包括：跟踪站、计算中心、注入站、控制中心和海军天文台c用户部分 多普勒接收机系统缺陷a卫星少，观测时间和间隔时间长，无法提供实时导航定位服务b定位速度慢（约需12天的个观测时间），定位精度低c卫星信号频率低，不利于补偿电离层折射效应的影响d卫星轨道低，难以进行精密定轨（14） GPS的发展简史 （1）方案论证阶段 1973年12月，美国国防部批准研制GPS。 1978年2月22日，第1颗GPS试验卫星发射成功。 从1973年到1979年，共发射了4颗试验卫星。研制了地面接收机及建立地面跟踪网。 （2）全面研制和试验阶段 从1979年到1987年，又陆续发射了7颗试验卫星，研制了各种用途接收机。实验表明，GPS定位精度远远超过设计标准。（3）实用组网阶段 1989年2月14日，第1颗GPS工作卫星发射成功。 1991年，在海湾战争中，GPS首次大规模用于实战。 1993年底实用的GPS网即（21+3）GPS星座已经建成，今后将根据计划更换失效的卫星。 1995年7月17日，GPS达到FOC 完全运行能力（Full Operational Capability）（15） GPS卫星系统与之前其他导航系统相比，具有什么特点？答：（1）全球地面覆盖。地球上任何地点均可连续同步观测到至少4颗卫星， 从而保障了全球、全天候连续三维定位。（2）功能多，精度高。GPS可为各类用户连续地提供动态目标的三维位置、三维速度和时间信息。实时定位。（16） 什么是SA政策？什么是AS政策？答：SA（Selective Availability ）即降低C/A码定位精度的选择可用性政策，包括对GPS卫星基准信号采用技术即为卫星钟加高频抖动，则所有的派生信号均引入一个快速变化的高频抖动。对导航电文采用技术即降低星历精度，加入随机变化。AS（Anti-Spoofing）即将P码经过加密处理变成Y码，Y码是p码与高度机密w码 模2求和得到的码，当实施AS技术时，非特许用户不但不能使用P码作实时定位，而且不能进行P码和C/A码码位测量的联合求解，甚至进行P码数据平滑。（17） GPS、GLONASS、GALILEO之间有什么不同，各自有什么特点？ GLONASS 与GPS比较：a主要区别在于信号分割体制不同：1 GLONASS使用FDMA体制区分不同的卫星 ，即不同的GLONASS卫星发射载波频率不同的信号，但所有的卫星都使用相同的PRN码。2 GPS使用CDMA方式，所有的卫星都是用相同的频率，而在载波上调制的PRN码随卫星的不同而不同。b由于GPS采用的伪码速率比GLONASS的高一倍，其分辨率也高一倍，理论上来说，定位精度比GLONASS的高。c 地区优势不同：GLONASS能为高纬度地区提供更好地覆盖；GPS的优势主要是在中低纬度地区。Galileo系统是一种多功能的卫星导航定位系统，具有公开服务、安全服务、商业服务和政府服务等功能，但只有前两种服务是自由公开的，后两种服务则需经过批准后才能使用。Galileo特点: 比GPS精度高，纯民用，不保密，对用户安全负责（18） 北斗卫星导航系统的基本构成 答：北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。 （19） GPS的组成主要有哪些，各组成部分的主要设备有哪些？各个部分的作用是什么？ 空间部分 GPS卫星星座和GPS卫星 作用：a接收、存储导航电文b生成用于导航定位的信号（测距码、载波）c发送用于导航定位的信号（采用双相调制法调制在载波上的测距码和导航电文）d接受地面指令，进行相应操作e其他特殊用途，如通讯、监测核暴等地面控制部分 组成a主控站：1个 管理、协调地面监控系统各部分的工作;收集各监测站的数据，编制导航电文，送往注入站将卫星星历注入卫星;监控卫星状态，向卫星发送控制指令；卫星维护与异常情况的处理。b监测站：5个 接收卫星数据，采集气象信息，并将所收集到的数据传送给主控站。c注入站：3个 将导航电文注入GPS卫星。d通讯与辅助系统 用户设备部分 （20） GPS的常用时间系统有哪些？它们之间有什么联系？ （21） 常用的GPS坐标系统有哪些？协议天球坐标系到地球坐标系中间要经过哪些转换？ 协议天球坐标系平天球坐标系瞬时天球坐标系瞬时地球坐标系协议地球坐标系。（22） GPS卫星信号如何产生，各信号之间有什么关系？L1载频上的信号结构和L2载频上的信号结构是什么样的？ 基准频率 f0由卫星上的原子钟直接产生 ，卫星信号的所有成分均是该基准频率的倍频或分频（23） 产生C/A码和P码的m序列具有什么特征？ （24） GPS卫星发送的两种伪随机测距码是什么？是如何产生的？（25） GPS导航电文包括哪些信息？导航电文的基本结构？（26） GPS接收机分类及基本功能结构（27） GPS定位方法的基本分类（28） GPS距离观测量的两种观测方式：a) 测量GPS卫星发射的测距码信号（C/A或P码）到达用户接收机的时间；b) 测量接收机接收到的具有多普勒频移的载波信号与接收机产生的参考信号之间的相位差。（29） 误差计算中常用的精度因子有哪些？与卫星几何图形有什么关系？ （30） GPS定位的误差来源有哪些？（31） 电子地图数据与导航应用功能之间的关系（32） 在车辆导航系统中，与数字地图相关的功能有哪些？地图显示、地址匹配、地图匹配、路径规划，路径引导地图显示是车辆导航系统的重要组成部分，它构成了人机接口的基础，地图显示的成功与否直接影响到用户对产品的印象。为了展示地图的道路信息，地图显示需要依赖数字地图中的道路位置、宽度、级别等属性以及道路附近的各种设施。地址匹配又称为地理编码，即通过给定的经纬度坐标确定地图上街道的地址，或者相反的过程。地图匹配是利用数字地图的路网信息修正车辆定位模块的位置输出，位置修正的前提是车辆在道路上行驶。当定位传感器输出的车辆位置与数字地图的道路存在偏差时，地图匹配算法寻找当前最可能的行驶道路并计算在该道路上的位置。地图的拓扑连接必须是完整正确的，以反映真实道路的情况。路线规划和路线引导更是与数字地图密切相关，它的几乎所有数据来源都是数字地图中的道路信息，如路网的空间分布、几何坐标、拓扑连接、道路平均时速、转向限制等等。（33） 路网的基本要素是什么？如何将实际道路网络能够转化成节点路段模型和路段链模型？（34） 车辆导航系统的数字地图和通用数字地图侧重点有什么不同？（35） 地图数据的数字化过程？ （36） 单图集分层结构的特点，优缺点？（37） 数字道路地图的多图集分层结构的内容和存储。（38） 地图数据库按照功能用途可以分为哪几种数据库类型？各有什么作用？（39） 建立网格单元基本思想是什么？（40） 什么是数字道路地图的空间索引？建立空间索引的目的是什么？目前代表性的有哪些？如何建？（四叉树及其改进，R-树及其改进）（41） 航位推算（DR）的基本原理是什么？产生定位误差积累的原因主要是什么？（42） 常用的GPS/DR组合方案有哪些？各有什么优缺点？（43） 什么是地图匹配？基本思想，地图匹配应用的两个基本前题是什么？地图匹配的算法处理过程？（44） 常用的地图匹配方法有哪些？了解其计算的基本思路。（45） 地图匹配中怎样确定误差区域？（46） 影响地图匹配正确性的因素有哪些？（47） 什么是匹配度？候选路段的匹配度应该具有的特点是什么？（48） 要有效的进行地图匹配，匹配度Q(k)需要满足的标准？（49） 根据移动通信的特点与实现方式，在车辆定位系统中应用的移动通信可以归纳为哪些？p129133常规通信、集群通信、蜂窝通信、无线数据广播、专业数据通信、卫星通信等。（50） 车辆定位系统的多址接入方式有哪几种？各自的特点？p144a) 固定分配多址方式。特点：在此方式下，用户所占用的资源是固定的，即使某用户不进行数据传输，其它用户也不能石灰岩为其分配的资源。主要有FDMA、TDMA与CDMA三种。b) 按需分配多址方式。特点：适用于占有时间不固定的动态数据传输用户，当用户需要服务时，由系统内的控制中心分配空闲的信道，服务完成后信道仍可供其它用户使用。该方式需要控制中心进行多用户通信的管理，并占用独立的信道进行动态分配信息的传送。c) 随机分配多址方式。特点：该方式下，多个用户的数据传输是随机的，不同用户同时进行数据传输时将会引起碰撞。对数据碰撞采取不同的处理手段对应不同的随机多址方式。（51） 从实现导航功能的角度看，目前智能车辆导航系统的分类？（52） 路径规划解决的是什么问题？（53） 什么是最短路径？经典的最短路径算法过程？a) 迪杰斯特拉(Dijkstra)算法： b) 弗洛伊德(Floyd)算法 （54） 什么是启发式搜索？基于启发式搜索的最短路径算法主要有哪些？ 启发式搜索是基于知识的搜索策略，即通过选定一种估价函数，在搜索过程中的每一步，寻找估价函数数值最高的节点作为下一个搜索节点。基于启发式搜索的最短路算法有Costed算法、分支界定法、限制搜索区域法、A*算法等。（55） A*算法的基本思想（具体算法不做考试内容，仅作学习使用）a) 该算法在选择下一个被检查的节点时，对当前节点距离终点的长度作为估计，评价其处于最优路线上的可能性量度，这样就可以首先搜索可能性较大的节点，从而提高搜索过程的效率。b) A*算法的估价函数可表示为： 1. f ( v) = g( v)+ h (v )ii. 其中g(v)是从起点到当前顶点，的实际费用的量度，h(v)是从当前顶点，到终点的最小费用的估计，如果h(v)= 0 ，即没有利用任何启发式信息，这时的A*算法就变成了普通的Dijkstra算法。h(v)具体形式的选择取决于路线优化标准，在选择h(v)时，要满足一个要求，就是不能过高估计当前顶点的最小费用，这被称为可纳性条件，只要启发式函数满足可纳性条件，且原问题存在最优解，则A*算法一定能够计算出最优路径。c) A*算法的程序编写原理d) 如图有如下的状态空间：（起始位置是A，目标位置是P，字母后的数字表示节点的估价值）e)i. 搜索过程中设置两个表：OPEN和CLOSED。OPEN表保存了所有已生成而未考察的节点，CLOSED表中记录已访问过的节点。算法中有一步是根据估价函数重排OPEN表。这样循环中的每一步只考虑OPEN表中状态最好的节点。具体搜索过程如下：f) 初始状态：OPEN=A5；CLOSED=；2）估算A5，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；OPEN=B4，C4，D6；CLOSED=A53）估算B4，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；OPEN=C4，E5，F5，D6；CLOSED=B4，A54）估算C4；取得搜有子节点，并放入OPEN表中；OPEN=H3，G4，E5，F5，D6；CLOSED=C4，B4，A55）估算H3，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；OPEN=O2，P3，G4，E5，F5，D6；CLOSED=H3，C4，B4，A56）估算O2，取得搜有子节点，并放入OPEN表中；OPEN=P3，G4，E5，F5，D6；CLOSED=O2，H3，C4，B4，A57）估算P3，已得到解；（56） 基于分层地图的搜索算法（57） 基于