《智能网联汽车概论》课件-组合导航的认知

组合导航的认知新汽车新技术改革新车辆工程系诚毅和悦

精卓智行1车辆工程系诚毅和悦

精卓智行2第一部分组合导航的基本概念车辆工程系诚毅和悦

精卓智行3导航定位是负责实时提供智能网联汽车的运动信息，包括位置、速度、姿态、加速度、角速度等，一般采用的是多传感器融合定位的方式。智能网联汽车的导航定位通过全球卫星定位系统（GPS）、北斗卫星导航定位系统（BDS）、惯性导航系统、视觉SLAM、激光雷达SLAM等，获取车辆的位置和航向信息。一、组合导航的基本概念1.导航定义车辆工程系诚毅和悦

精卓智行4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。一、组合导航的基本概念2.定位定义车辆工程系诚毅和悦

精卓智行5卫星定位系统由空间部分（

即

星座）、地面控制部分（即

地面监控系统）、用户设备部分（即信号接收机）三部分组成。一、组合导航的基本概念2.定位定义车辆工程系诚毅和悦

精卓智行6全球导航定位系统(Global

Navigation

Satellite

System)，是能够在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及时间信息空基无线电导航定位系统。当前，投入运作的GNSS主要包括美国的全球定位系统GPS、俄罗斯的格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS）、欧洲的伽利略系统（GALILEO）和我国的北斗系统（BDS）。全球导航卫星系统-分类车辆工程系诚毅和悦

精卓智行7全球导航卫星系统-分类方案论证和初步设计阶段从1

9

73

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1973

-

1979

实用组网阶段1989

年2

月4

日第一颗GPS工作卫星发射成功，表明GPS系统进入工程建设阶段。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1.GPS的发展历史1989

全面研制和试验阶段从1

9

79

年到1984

年，

又陆续发射了7

颗试验卫星，研制了各种用途接收机。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行81979

-

1984

1.GPSGPS（Global

Positioning

System）是由美国国防部研制的全球首个定位导航服务系统，1990~1999年为系统建成并进入完全运作能力阶段，1993年实现24颗在轨卫星满星运行。其中，24颗导航卫星平均分布在6个轨道面上，保证在地球的任何地方可同时见到4~12颗卫星，使地球上任何地点、任何时刻均可实现三维定位、测速和测时，使用世界大地坐标系（WGS-84）。全球导航卫星系统-分类车辆工程系诚毅和悦

精卓智行9全球导航卫星系统-分类全球定位系统由空间部分(GPS卫星)、地面监控部分和用户部分组成。GPS卫星车辆工程系诚毅和悦

精卓智行10地面监控部分用户部分空间部分组成：24颗工作卫星（21颗工作卫星+3颗备用卫星）作用：接收并存储来自地面控制系统的导航电文；在原子钟的控制下自动生成测距码和载波；并将测距码和导航电文调制在载波上播发给用户；接收地面命令，调整轨道及维护系统运行。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行11控制部分组成：1个主控站+5个全球监测站+3个地面控制站作用：监控站的主要任务是取得卫星观测数据并将这些数据传送至主控站。注入站的作用是将主控站计算出的卫星星历和卫星钟的改正数等注入到卫星中去。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行12用户部分组成：GPS

用户设备作用：用户设备部分即GPS

信号接收机，其主要功能是能够捕获到按一定卫星截止高度角所选择的待测卫星，并跟踪这些卫星的运行。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行13全球，全天候连续不断的导航定位能力实时导航，定位精度高，观测时间短。测站无需通视GPS的特点车辆工程系诚毅和悦

精卓智行14可提供全球统一的三维地心坐标仪器操作简便抗干扰能力强、保密性好GPS的特点车辆工程系诚毅和悦

精卓智行156142弊端接收机噪声接收机自己在测量距离时也会带入自己的误判多路径传输误差卫星信号碰到一些反射物体，发射的信号会对实际信号有影响， 5让用户误判到底哪个才是真正想要的信号对流层延迟与电离层延迟相似电离层延迟卫星信号在从太空穿越大气层，经过3 电离层时其速度会变慢，而我们却不知道它慢了多少时间时钟误差卫星告诉你的时间和标准时间有偏差轨道误差卫星告诉你的位置和其真实的位置有偏差GPS定位误差车辆工程系诚毅和悦

精卓智行16监控中心车载终端车辆工程系诚毅和悦

精卓智行17GPS车载定位的组成2.GLONASSGLONASS的空间星座由27颗工作星和3颗备用星组成，均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这3个轨道平面两两相隔120°，使用前苏联地心坐标系（PZ-90）。全球导航卫星系统--分类车辆工程系诚毅和悦

精卓智行18全球导航卫星系统-分类GALILEOGALILEO是欧盟于2002年批准建设的卫星定位系统，计划由分布在3个轨道平面上的30颗中等高度轨道卫星构成，每个轨道平面上有10颗卫星，9颗正常工作，1颗运行备用，轨道平面倾角56°，轨道高度为24126km，其民用精度较高，使用世界大地坐标系（WGS-84）。BDSBDS（BeiDou

Navigation

Satellite

System）是由我国自主研发、独立运行的全球卫星定位与通讯系统，空间段包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星，采用我国独立建设使用的CGCS2000坐标系。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行19全球导航卫星系统-分类四大卫星导航系统的性能对比数据GPSGLONASSGALILEOBDS国家美国俄罗斯欧盟中国组网卫星数/个24-30303024-30轨道平面数6363轨道高度/km26560255102322221150轨道倾角55°64.8°56°55°运行周期11H58M11H15M13H12H55M测地坐标系WGS-84PZ-90WGS-84CGCS2000使用频率/GHz1.2281.5751.597~1.6171.240~1.2601.164~1.3001.559~1.5921.207~1.2691.561~1.590车辆工程系诚毅和悦

精卓智行20第二部分组合导航的组成车辆工程系诚毅和悦

精卓智行21组合导航-组成以GPS为例，介绍GNNS的系统组成。如图，全球导航卫星系统主要由空间星座部分、地面监控部分和用户设备部分组成。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行22组合导航-组成（1）空间星座由24颗卫星组成，其中21颗为工作卫星，3颗为备用卫星。24颗卫星均匀分布在6个轨道平面上，即每个轨道平面上有4颗卫星，卫星轨道平面相对于地球赤道面的轨道倾角为55°，各轨道平面的升交点的赤经相差60°，1个轨道平面上的卫星比西边相邻轨道平面上的相应卫星升交角距超前30°。这种布局的目的是保证在全球任何地点、任何时刻至少可以观测到4颗卫星。而最少只需要其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔，所能连接到的卫星数越多，解码出来的位置就越精确。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行23组合导航-组成（2）地面监控部分主要由1个主控站、5个监测站和3个注入站组成。主控站负责从各个监控站收集卫星数据，计算出卫星的星历和时钟修正参数等，并通过注入站注入卫星；并向卫星发布指令，控制卫星，当卫星出现故障时，调度备用卫星。监测站在主控站的直接控制下，自动对卫星进行持续不断的跟踪测量，并将自动采集的伪距观测量气象数据和时间标准等进行处理，然后存储并传送到主控站。注入站则负责将主控站计算的卫星星历、钟差信息、导航电文、控制指令发动给卫星。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行24组合导航-组成3）用户设备主要是GPS接收器、卫星天线及相关设备，主要作用是从GPS卫星接收信号并利用传来的信息计算用户地理位置的纬度、经度、高度、速度和时间等信息。车载、船载GPS导航仪，内置GPS功能的移动设备，GPS测绘设备等都属于GPS用户设备。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行25第三部分惯性导航系统的定义车辆工程系诚毅和悦

精卓智行26惯性导航系统-分类惯性导航系统（Inertial

Navigation

System，INS），简称惯导，是一种不依赖于外部信息，也不向外部辐射能量的自主式导航系统。惯性导航系统基于陀螺仪和加速度传感器的信号组合进行自主式导航，图为惯导外观图，陀螺仪测量物体三轴的角速率，用于计算载体姿态；加速度计测量物体三轴的线加速度，可用于计算载体速度和位置。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行27惯性导航系统-特点（1）能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且噪声小。（2）数据更新率高、短期精度和稳定性好。（3）可全天候地工作于空中、地面乃至水下。（4）隐蔽性好，且不受外界电磁干扰的影响。但是，由于其导航信息经过积分而产生，定位误差随着时间增大而增大，长期精度差，容易产生温漂和零漂等问题。车辆工程系诚毅和悦

精卓智行28第四部分组合导航的应用车辆工程系诚毅和悦

精卓智行29组合导航-应用组合导航主要应用于车道偏离预警、车道保持辅助、前