智能网联汽车概论 课件 模块七 互联密码-V2X

智能网联汽车概论模块六

互联密码—V2X目录单元1V2X技术基础单元2V2X通信技术互联密码—V2X导读V2X使用信息和通信技术，实现V2V、V2I、V2P和V2N，V2X目前使用卫星导航和捷联惯导技术导航；V2X数据传输技术有两种：DSRC和C-V2X。

本模块介绍导航基础、RTK技术和DSRC和C-V2X通信技术，要点是RTK技术和C-V2X通信技术。

读者应明确卫星导航、捷联惯导的基础——四个坐标系，捷联惯导与卫星导航的关系，RTK的作用和工作过程。

希望读者在掌握V2X相关知识的基础上，通过科研小课题、拓展小贴士拓展视野，结合学习与工作实际，初步具备将V2X知识运用到实际工作的能力。互联密码—V2X

智能网联汽车使用的网络主要有车载网络（车内网）、车载自组织网络、车载移动互联网三种。车用无线通信技术也称V2X技术，是无线通信技术在智能网联汽车上的应用。如图所示，车用无线通信技术主要包括V2V、V2I、V2P、V2N等。V2V可以帮助车辆与车辆实时交换文字、图片、视频等信息，常用于避免或减少交通事故以及车辆监控管理。V2I可以帮助车辆获取附近区域的信息，常用于实时信息服务、车辆监控管理等。V2P可以帮助车辆与弱势交通参与者（包括行人、骑行者等）进行通信，从而避免或减少交通事故。V2N技术可以帮助车辆与云平台之间进行数据交互，常用于车辆导航、车辆远程监控、信息娱乐服务等。车用无线通信技术的分类互联密码—V2XV2X带来的优势V2X技术让车辆接入范围更广的信息网络，如获取前方路段实时交通状况、交通信号灯变化时间等，对优化行车路径、调整行驶速度意义重大。V2X在自动驾驶中的角色在利用4G/5G/6G网络的自动驾驶技术中，V2X技术扮演着至关重要的角色。它使自动驾驶车辆能与周围环境中的各种元素实现实时通信，为车辆提供更全面的信息。互联密码—V2X互联密码—V2X

用于V2X系统的数据传输技术有两种：专用短程通信（DedicatedShortRangeCommunications，DSRC）技术和蜂窝车联网无线通信（CellularVehicle-to-Everything，C-V2X）技术。DSRC（dedicatedshortrangecommunication）是指专用短程通信技术，是智能运输系统领域专门用于汽车在高速公路等收费点实现不停车自动收费的技术，即射频识别（RFID）技术；C-V2X是基于4G/5G通信技术的车用无线通信技术，该技术先由4GLTE向LTE-V演进，后由LTE-V向5G演进。互联密码—V2X互联密码—V2XV2X技术基础-认识惯性坐标系互联密码—V2XV2X技术基础-认识地心地固坐标系互联密码—V2XV2X技术基础-认识导航坐标系互联密码—V2XV2X技术基础-认识载体坐标系1.制作i系、e系模型。要求：（1）展示春分点和格林尼治点；（2）表达黄道和赤道平面。2.制作n系模型，能够展示n系两种不同的坐标系。3.制作b系模型，能够展示b系两种不同的坐标系。科研小课题互联密码—V2X互联密码—V2XV2X技术基础-惯导系统（InertialNavigationSystem，INS）惯性导航系统（INS）是一种利用惯性传感器测量运动载体的角速度信息，并结合给定的初始条件实时推算运动载体的位置、速度、姿态角等参数的自主式导航系统。惯性导航系统属于推算导航方式，即从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，因而可连续跟踪运动载体的实时位置。惯性导航系统惯性导航系统通常由陀螺仪、加速度计、计算机、显示器等组成，如图所示。惯性导航系统中的陀螺仪用来形成一个导航坐标系，使加速度计的测量轴稳定在该坐标系中，并给出航向和姿态角；加速度计用来测量运动载体的加速度，经过对时间的一次积分可得到运动载体的速度，再经过对时间的一次积分即可得到运动载体的行驶距离。互联密码—V2XV2X技术基础-惯导系统（InertialNavigationSystem，INS）惯性导航系统主要采用加速度计和陀螺仪来测量运动载体的参数。加速度计和陀螺仪结合就是惯性测量单元（IMU）。惯性导航系统可以看成是IMU与软件的结合，IMU通过内置的微处理器，能够以高频率输出实时的高精度位置、速度、航向和姿态角等信息。互联密码—V2XV2X技术基础-惯导系统（InertialNavigationSystem，INS）惯性导航系统的工作原理

惯性导航系统的基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量运动载体在惯性参考系中的加速度和角加速度，经积分运算求得运动载体的速度、位置和角速度信息，然后将这些信息变换到导航坐标系中，得到在导航坐标系中的速度、位置、姿态角等信息。互联密码—V2XV2X技术基础-惯导系统（InertialNavigationSystem，INS）互联密码—V2XV2X技术基础-惯导系统（InertialNavigationSystem，INS）互联密码—V2XV2X技术基础-卫星定位和和实时动态技术（RealTimeKinematic，RTK）卫星定位系统是车辆导航、定位、自动驾驶等功能的基石。它能提供车辆精确位置信息，与车载传感器的环境感知信息结合，可实现准确路径规划和精确自动驾驶，对车辆相关功能至关重要。互联密码—V2XV2X技术基础-卫星定位和和实时动态技术（RealTimeKinematic，RTK）卫星在空中连续发送带有时间和位置信息的无线电信号，用户设备接收这些信息后，经过计算可求出卫星接收机的三维位置、三维方向、运动速度和时间信息。卫星采用三角定位原理，以卫星接收机测量无线电信号的传输时间来测量距离。由每颗卫星的所在位置，测量卫星接收机到每颗卫星的距离，便可以算出卫星接收机所在位置的三维空间坐标值。只要利用卫星接收机接收三颗卫星的信号，就可以确定用户设备所在的位置互联密码—V2XV2X技术基础-卫星定位和和实时动态技术（RealTimeKinematic，RTK）（1）首先测量卫星接收机到第一颗卫星的距离l1，把当前可能的位置范围限定在距离第一颗卫星l1的地球表面。（2）然后测量卫星接收机到第二颗卫星的距离l2，进一步把当前位置范围限定在距离第一颗卫星l1和距离第二颗卫星l2的交叉区域内。（3）最后测量卫星接收机到第三颗卫星的距离l3，确定距离第一颗卫星l1、距离第二颗卫星l2、距离第三颗卫星l3的三个区域的交汇点，通过交汇点定位出当前的位置。三角定位的具体工作原理如下

在实际应用中，卫星接收机一般利用四颗及以上卫星接收信号，来定位用户设备所在的位置和高度。卫星实施的是“到达时间差”的概念，利用每一颗卫星的精确位置和连续发动的星上原子钟生成的导航信息获得从卫星至接收机的到达时间差。互联密码—V2XV2X技术基础-卫星定位和和实时动态技术（RealTimeKinematic，RTK）在三维空间中，卫星1可以发送的信息包含自己的坐标（X1，Y1，Z1）和当前时间T1，因为定位卫星上方有原子钟，所以时间信息是非常准确的。汽车接收卫星1的信号时间为T，此时汽车所在的位置应该是在以卫星1为圆心，半径为光速*（T-T1）的球面上。如果加上第二颗卫星，汽车的位置可以缩小为两个球面相交的圆圈上，加上第三颗卫星位置信息就可以将范围缩小到圆圈上的两点。其中和地球球面相交的点即为汽车当前坐标。但是还有一个未知数，汽车接收到卫星的时间T，因为汽车授时不准确，微小的误差都是要乘以光速，会使得距离误差特别大。所以需要第四颗卫星，解决时间误差的问题。。互联密码—V2XV2X技术基础-卫星定位和和实时动态技术（RealTimeKinematic，RTK）

四颗卫星信号能够精确计算出用户的三维位置（经度、纬度和高程）、降低时间误差，提高定位精度和可靠性。根据空间距离公式7-2计算卫星到待测设备的距离，这样通过四颗以上定位卫星就可以列出关于xi、yi、zi和△ti的4个方程组，解方程组就可以算出x、y、z和△t。互联密码—V2XV2X技术基础-卫星定位和和实时动态技术（RealTimeKinematic，RTK）1.为什么须四颗卫星才能准确定位？制作一个模型，能够直观展示卫星定位。小课堂互联密码—V2X互联密码—V2XV2X技术基础-卫星定位和和实时动态技术（RealTimeKinematic，RTK）（1）星历误差互联密码—V2XV2X技术基础-卫星定位和和实时动态技术（RealTimeKinematic，RTK）（1）传输路径电离层影响RTK通过差分处理消除公共误差和空间相关性误差。公共误差包括电离层延迟、对流层延迟、卫星钟差和轨道误差等。空间相关性误差：基准站与车辆空间距离越近，误差相关性越高，修正效果越好（通常要求基线距离≤30km）。互联密码—V2XV2X技术基础-卫星定位和和实时动态技术（RealTimeKinematic，RTK）载波相位差分又称RTK（realtimekinematic，实时动态）技术其原理与伪距差分的原理基本相同由基准站通过数据链实时将基准站载波观测量及基准站坐标信息一同发送给移动站。移动站接收GPS卫星的载波相位与来自基准站的载波相位，组成相位差分观测值并进行实时处理，能实时给出厘米级的定位结果。1.北斗三号有哪几种卫星？分别是如何分布的？小课堂互联密码—V2X互联密码—V2XV2X技术基础-高精度地图高精度地图是指相较于普通导航电子地图而言，精度更高、数据维度更多的电子地图。精度更高体现在精度达到厘米级别，数据维度更多体现在其除包括道路信息之外，还包括与交通相关的周围静态信息。什么是高精度地图01道路数据包括车道线的位置、类型、宽度、坡度、曲率等车道信息。02车道周边的固定对象包括交通标志、交通信号灯等信息，车道限高、下水道口、障碍物及其他道路细节，高架物体、防护栏、道路边缘类型、路边地标等基础设施信息。

高精度地图将大量的行车辅助信息存储为结构化数据，这些信息可以分为道路数据和车道周边的固定对象两类，如图所示。互联密码—V2XV2X技术基础-高精度地图

在智能网联汽车应用领域，高精度地图在多个方面都发挥着重要作用。高精度定位辅助环境感知规划与决策互联密码—V2XV2X技术基础-高精度地图地图匹配地图匹配是高精度地图有效应用的重要方向，也是自动驾驶系统自主导航、自动驾驶的重要前提。高精度地图可以提供道路中特征物（如标志牌、龙门架等）的形状、尺寸、高精度位置等语义信息。车载传感器在检测到相应特征物时，就可根据检测到的特征物信息去匹配上述语义信息，由车辆与特征物间的相对位置推算出当前车辆的高精度绝对位置信息。01互联密码—V2XV2X技术基础-高精度地图环境感知高精度地图可对车载传感器无法探测的部分进行补充，也可进行实时状况的监测及外部信息的反馈，以辅助车辆对环境进行感知。这一点对自动驾驶非常重要。例如，当受恶劣天气影响时，可以使用高精度地图来获取当前位置精准的交通状况。02互联密码—V2XV2X技术基础-高精度地图路径规划可以将高精度地图看作一种超视距传感器，它主要用于全局路径规划，并对局部路径规划做出有效辅助。对于提前规划好的最优路径，由于实时更新的交通信息，最优路径也会随时发生变化。此时高精度地图在云计算机的辅助下，能有效提供最新的路况，帮助自动驾驶系统重新规划最优路径。03互联密码—V2XV2X技术基础-高精度地图互联密码—V2XV2X通信技术分类

常用的V2X通信技术有专用短程通信（DedicatedShortRangeCommunication，DSRC）和蜂窝V2X（CellularVehicletoEverything，C-V2X）。互联密码—V2XV2X通信技术-DSRCDSRC（dedicatedshortrangecommunication）是指专用短程通信技术，在5.9GHz附近的频段连接车与车、车与道路基础设施，实现数百米的范围内对高速行驶的车辆的识别和双向通信，提供实时图像、语音和数据信息传输，保证通信链路低时延、低干扰和可靠性。