项目5任务2 车辆定位技术

课堂导入：车辆定位技术回顾上节课内容，回答：车辆定位技术主要有哪些？地面无线电定位1卫星定位2独立定位3车辆定位的主要技术项目五车辆定位与导航技术车辆定位技术任务2建议课时：6课时主讲人：03能解释GPS系统和惯性定位系统的工作原理。01能说出地面无线电定位技术常用的方法。02能说出卫星定位技术常见的定位系统，并能依据其组成、特点和应用判别出各系统。04能说出惯性定位系统与卫星融合定位的优点及应用。重点难点①四种类型卫星定位技术的组成、特点和应用。②GPS系统的工作原理。③惯性导航系统与卫星的融合定位原理。①GPS系统的工作原理。②惯性导航系统工作原理。一、地面无线电定位技术现有无线定位系统绝大多数都是通过计算目标移动台的位置来定位，计算位置时需要用到的定位参数是通过测量传播于多个基站和移动台之间的定位信号获得。地面无线电定位技术（蜂窝无线定位技术）一、地面无线电定位技术1AOA定位2TOA定位3TDOA定位4混合定位依据上节课所学内容，回忆无线电定位方法有哪些？一、地面无线电定位技术常用无线电定位方法——AOA定位信号到达角度定位方法/方位测量定位方法，是由两个或多个基站接收到移动台的角度信息，然后利用其计算移动台的位置。

一、地面无线电定位技术常用无线电定位方法——TOA定位基于时间的定位方法，称为圆周定位。它是通过测量两点间电波传播时间来计算移动台的位置。

一、地面无线电定位技术常用无线电定位方法——TDOA定位也称双曲线定位，它是利用移动台到达不同基站的时间不同，获取到达各个基站的时间差，建立方程组，求解移动台位置，这种定位要求各个基站时间必须同步。基站与移动台之间距离差通过测量信号从两个基站同时出发到达移动台或从移动台出发到达两基站的时间差t21和t31来确定，即R21=R2-R1=c*t21，R31=R3-R1=c*t31。取i=1，2，3，构成三个方程组，可以求得移动台位置坐标（𝑥0，𝑦0）。

一、地面无线电定位技术常用无线电定位方法——混合定位混合定位是把各种不同的测量信息和特征值进行融合对移动台进行定位的技术。常见的混合定位技术有以下四种：TDOA/AOA1TDOA/TOA2TOA/AOA3TDOA/场强定位4二、卫星定位技术四大卫星定位系统思考下面四大卫星定位系统各由什么组成？具有什么特点？应用领域有哪些？二、卫星定位技术GPS全称“卫星授时测距导航系统”/“全球定位系统”，是具有在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导航与定位系统。是世界上第一个独立的军民两用全球卫星导航系统。GPS系统二、卫星定位技术空间卫星：卫星均匀分布在6个轨道面上，可以保证在全球任何地方、任何时间都可捕获到至少4颗卫星，并能在卫星中预存导航信息。每颗GPS卫星都可发送两个频率的载波信号，一种信号是民码，另一种信号是军码。空间卫星部分负责提供星历和时间信息、发射伪距和载波信号、提供其他辅助信息。GPS系统组成二、卫星定位技术地面监控系统：负责对空间卫星系统进行监测、控制，并向每颗卫星注入更新的导航电文。GPS系统组成监控站负责获取卫星数据、采集气象信息，并将所收集到的数据传送至主控站。主控站负责协调地面控制系统各部分的工作，收集各监控站的数据，编制导航电文，控制或调度卫星，并进行卫星维护和异常情况处理。注入站负责将主控站编制的导航电文等控制信息注入每颗卫星。二、卫星定位技术用户接收设备：主要由用户和接收设备（GPS接收机）组成。GPS系统组成GPS接收机主要负责：①跟踪、接收、放大、处理卫星信号，测量出信号从卫星到天线的传播时间；②解译导航电文，实时解算测站三维位置。导航型授时型测地型GPS接收机按用途可分为：二、卫星定位技术GPS系统特点010206030405全球全天候定位测站间无需通视定位精度高观测时间短，作业效率高应用广泛仪器操作简便二、卫星定位技术GPS系统应用陆地应用海洋应用航空航天应用车辆导航应急反应大气物理观测等远洋船最佳航程航线测定船只实时调度与导航海洋救援等飞机导航航空遥感姿态控制低轨卫星定轨等二、卫星定位技术GLONASS系统GLONASS系统全称是“全球卫星导航系统，该系统与GPS系统原理、功能十分类似，是世界上第二个独立的军民两用全球卫星导航系统。二、卫星定位技术空间卫星由24颗工作星和3颗备份星组成，均匀地分布在3个近圆形的轨道面上。用户设备(接收机)能接收卫星发射的导航信号，并测量其伪距和伪距变化率，同时从卫星信号中提取并处理导航电文。地面监控系统由系统控制中心、中央同步器、遥测遥控站（含激光跟踪站）和外场导航控制设备组成。GLONASS系统组成二、卫星定位技术GLONASS系统特点123抗干扰能力强采用频分多址(FDMA)方式采用军民合用、不加密的开放政策二、卫星定位技术GLONASS系统应用航空、航海交通安全与管理大地测量与制图地面交通运输实时监控移动目标的异地时间同步生态监测、野外搜寻与救生二、卫星定位技术北斗系统北斗系统全称是北斗卫星导航系统，是中国自行研制的全球卫星导航系统。是继GPS、俄罗斯GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统。二、卫星定位技术北斗系统北斗卫星导航系统按照三步走的总体规划分步实施。其中，定位终端需发射信号的为有源定位，不发信号仅靠接收信号就能定位的为无源定位。北斗卫星导航系统发展路线图二、卫星定位技术北斗系统组成空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星三种轨道卫星组成混合导航星座。地面段主控站时间同步/注入站监测站用户段北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品，以及终端产品、应用系统与应用服务等。二、卫星定位技术北斗系统特点01采用三种轨道卫星组成的混合星座，抗遮挡能力强，尤其低纬度地区性能特点更为明显。03创新融合了导航与通信能力，具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。02提供多个频点的导航信号，能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度。二、卫星定位技术北斗系统应用0706080402电力调度05森林防火通信时统救灾减灾气象预报01交通运输海洋渔业03水文监测050103二、卫星定位技术伽利略系统Galieo全称是“伽利略卫星导航系统，该系统是与美国全球导航定位系统(GPS)和俄罗斯的GLONASS系统兼容的民用全球定位卫星系统。二、卫星定位技术伽利略系统组成空间卫星：空间部分由30颗Galileo卫星组成（其中3颗为备用卫星），卫星使用的时钟是铷钟和无源氢钟，卫星上除基本的载荷外，还有搜索救援载荷和通信载荷。地面监控系统：地面部分包括2个Galileo控制中心、20个分布在全球的Galileo传感站，若干个工作站。控制中心主要负责控制卫星的运转和导航任务的管理。传感站主要通过通信网络向控制中心传送数据。工作站用于实现卫星和控制中心数据交换功能。用户接收设备：由导航定位模块和通信模块组成。二、卫星定位技术伽利略系统特点A定位信息精度高B系统更稳定C系统更安全二、卫星定位技术伽利略系统应用01主要指导航、定位和授时基础服务02主要指搜索与救援特殊服务03主要指海、陆、空、精准农业等方面拓展服务二、卫星定位技术观看微课视频“卫星定位技术类型”，思考“四种定位系统有什么不同？”比较类目北斗GPSGLONASSGalileo轨道倾角（度）605564.856用户范围军民两用民用为主军民两用军用为主军民两用军用为主军民两用民用为主普通用户定位精度（米）101005010特殊用户定位精度（米）110161通信是否否是所用频段数目322>=3二、卫星定位技术观看微课视频“卫星定位技术类型”，思考“四种定位系统有什么不同？”比较类目北斗GPSGLONASSGalileo信号CDMACDMAFDMACDMA优势①同时具备定位与通讯功能②自主系统，安全、可靠、稳定，保密性强，适合关键部门应用①全球全天候定位②定位精度高③观测时间短④测站间无需通视⑤仪器操作简便⑥可提供全球统一的三维地心坐标⑦应用广泛打破了美国对卫星导航独家经营的局面，既可为民间用户提供独立的导航服务，又可与GPS结合，提供更好的精度几何因子（GDOP）；①覆盖面积是GPS系统的两倍②地面定位误差不超过1米，GPS只能找到街道，而伽利略系统则能找到车库门③使用多种频段工作，在民用领域比GPS更经济、更透明、更开放二、卫星定位技术观看视频“GPS如何定位”，GPS系统是如何实现定位的？二、卫星定位技术观看动画“GPS系统原理”利用三个以上卫星的已知空间位置，即可求得地面待定点（GPS接收机）的位置，这就是GPS卫星定位的基本原理。考虑到卫星的时钟与GPS接收机时钟之间的误差，实际上有4个未知数，X0，Y0，Z0和钟差（T0），因而需要引入第4颗卫星，形成4个方程式进行求解，从而得到观测点的经纬度和高程。二、卫星定位技术

二、卫星定位技术GPS按定位方式，可分为两种。单点定位根据一台接收机的观测数据来确定接收机位置的方式，它只能采用伪距观测量，可用于车船等的概略导航定位。相对定位根据两台以上接收机的观测数据来确定观测点之间的相对位置的方法，它既可采用伪距观测量也可采用相位观测量。二、卫星定位技术GPS观测中的误差与GPS有关的误差与GPS接收机有关的误差与传播途径有关的误差电离层折射对流层折射多路径效应卫星星历误差卫星中差SA干扰误差接收机钟差接收机的位置误差接收机天线相位中心误差三、独立定位技术与前两种技术相比，独立定位技术的突出优点是完全自主，不需要使用通信设备，因此受外界因素的影响小。最典型的独立定位技术是惯性导航系统（InertialNavigationSystem，INS），简称惯导系统。它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。三个轴陀螺仪三轴加速度传感器惯导系统（核心部件）三、独立定位技术惯导系统——三个轴陀螺仪工作原理①测量运动物体在三个方向的角速度，②对角速度与时间进行积分，可以计算得到运动物体的角度变化量，③与初始角度相加，就可以得到运动物体当前的运动方向。观看微课视频“惯性导航系统”，思考惯导系统如何工作？三、独立定位技术①对加速度传感器进行一次积分，以计算物体在三个方向上的运动速度；②对物体每个时刻的运动方向和运动速度进行积分，获得物体的运动轨迹和行驶距离；③结合物体的初始位置，得到运动物体的当前位置。惯导系统——三轴加速度传感器工作原理三、独立定位技术惯导系统优点优点隐蔽性好，不受外界电磁干扰的影响可全天候工作于空中、地球表面乃至水下数据更新频率高，可达1kHz三、独立定位技术惯导系统与卫星的融合定位卫星定位系统优点：定位精度很高缺点：受障碍物阻挡，不

能有效接收位置信息；更新频率低。惯导系统优点：数据更新频率高缺点：定位误差随时间

的累积而增大；定位精度在短时

间内有效。信誉数据更新频率高定位精度高惯导系统与卫星的融合定位依据前面所学知识，思考惯性导航系统和卫星定位系统各自具有哪些优缺点。三、独立定位技术惯导系统与卫星的融合定位应用——卡尔曼滤波器一、判断题（）1.GPS全称“卫星授时测距导航系统”或“全球定位系统”，是具有

在海、陆、空进行全方位、实时三维导航与定位功能的新一代卫星导

航与定位系统。（）2.GPS系统主要由24颗空间卫星、GPS接收机、1个主控站、2个注

入站、5个监控站组成。（）3.格洛纳斯系统是俄国的，伽利略系统是欧盟的。（）4.北斗卫星导航系统三步走的总体规划依次是：区域无源服务、区域

有源服务、全球无源服务。一、判断题（）5.伽利略系统的应用主要体现在基础服务、特殊服务和拓展服务三个

方面。（）6.惯导系统是依赖于外部信息但不向外部辐射能量的自主式导航系统。（）7.利用卡尔曼滤波器综合卫星定位系统和惯性导航系统的定位优点，