地图定位和匹配课件

Navi-systemFunctionsKeyWordsinMapMatchingDataFusionDF信息融合对多个信息来源采用进行综合处理，

从而获得比单个信息更准确的过程.DeadReckoningDR航位推算，

航位推导通过已知位置信息，

利用运动物体的运动速度/加速度和方向，

结合精确计时，

通过计算得出位置方法.ZeroOffsetN/E零度漂移，

零漂指陀螺仪在静止时输出值产生的突变误差SensorSNS传感器指包括陀螺仪及车速脉冲等传感器器件。如无特殊说明，特指尚扬硬件的陀螺仪及其车速脉冲输出.GyroscopeGyro陀螺仪，

螺旋仪精密仪器.按工艺分有机械，

激光，

光纤等分类，

按用处分有角度陀螺仪，

加速陀螺仪，

水平陀螺仪等.本文内如无注明，

指角度陀螺仪，

用以传出角度变化值.MapMatchingMM地图匹配指结合数字地图信息以确定最精确的当前位置的方法.LocationMethod车载导航组合定位通常采用GPS/DR的组合，从软件层次看，目前组合方案主要分为切换式和最优估计法切换式组合方案有两种工作状态：GPS模式和DR模式，系统工作于何种模式取决于信号的有效性，当GPS信号可靠时，采用GPS模式，同时利用GPS输出更新DR的初始推算位置；当GPS定位数据失效，则切换到DR模式。最优估计理论中，卡尔曼滤波是最常用的一种方法。卡尔曼滤波用于组合定位中，就是将GPS和DR的信息同时用于定位结果的求解过程中，使系统的状态在滤波过程中不断地得到修正，组合定位的输出又可以提供较为准确的初始位置和方向信息，从而即使GPS失效，单独使用DR定位也能较长时间保持较高精度。同时，滤波方法可以有效消除或削弱传感器定位测量中的随机误差。根据利用信息的不同，基于滤波的组合方案又分为松散组合和紧密组合两种。松散组合是直接利用接收机输出的定位结果与DR推算得到的位置和速度进行数据融合；紧密组合是利用接收机输出的伪距、相位、伪距率等原始观测值与所需要的信息进行数据融合MathematicalFormulaDeadReckoningABC(2)CharactersofDR(3)由上面的航位推算算法，可以得出下列结论：（1）航位推算系统工作时需要实时获得距离的变化量和角度的变化量；（2）航位推算系统需要运用其他的手段获得初始时刻的位置；（3）航位推算是一个累加的过程，所以随着时间的推移，航位推算系统误差会因为累积而很快发散。如果不补偿或不适当的补偿累积的误差，车辆位置计算会变得越来越不精确。因此，单独的航位推算系统不能用来进行长时间的独立定位。航位推算系统主要由航向传感器和测距装置组成。目前常用的车载航向传感器有磁罗盘、差动里程仪和角速率陀螺，测距装置有加速度计和里程仪。从成本、性能、体积、抗干扰能力和安装难度等方面综合考虑，最适合车载DR系统的航向传感器是角速度陀螺仪，而里程仪由于是大多数汽车的标准部件，用作测距装置非常方便。下面介绍这两种传感器工作原理及误差分析

SensorsABC(1)角度传感器和距离传感器（速度传感器）是DR系统的重要组成部分目前较常见的距离传感器有里程仪和加速度计，加速度计是一种较常见的车辆速度传感器，它通过测量车辆的加速度，然后对其积分便可得到当前的行驶速度，其优点是不易受到车辆自身和道路状况的影响，但积分过程容易引起误差累积，而且目前加速度计的价格也要高于里程仪。里程仪价格较低，而且汽车一般都装有里程仪，因此可以直接使用。常用的角度传感器有磁罗盘、差分里程仪和角速率陀螺仪。磁罗盘是通过感应地磁的变化直接测量得到车辆的方位角（与地磁北向的夹角），但是磁罗盘易受车体磁化程度的变化及道路环境磁场的影响造成较大误差。差分里程仪将两个里程仪分别安装在汽车的两个平行相对的车轮上面，在汽车转弯时两个里程仪感应的车辆行驶速率不同，由此计算得到汽车的相对转角，但通常差分里程仪测得的航向误差也较大。SensorsABC(2)-Odometer里程仪是测量车辆行驶距离或速度的传感器，常用的有两种测量手段，即无线电测速方式和汽车齿轮感应方式。虽然无线电测速相对比较准确，但价格较高，不适合普及。汽车齿轮感应式里程仪在现有的车辆上都是现存的，对系统不需要增加额外的费用，因此在汽车组合导航系统中使用比较广泛。现代汽车上都装有导向系统、电子仪表等装置，这些装置都需要汽车车速信号。因此，利用车辆本身自带的车速传感器来实现车辆定位可大大降低系统的成本。车速传感器主要采用霍尔传感器和可变电阻传感器，这两种传感器都是由汽车传动装置上的齿轮转动产生的电磁脉冲来实现速度的测量

IntegratedLocation

Model目前，可以用于车辆导航的定位手段主要包括卫星导航定位系统、DR系统、惯性导航系统、无线电定位技术以及蓝牙技术等，常用的传感器主要包括卫星接收机、陀螺仪、加速度计、MEMS、里程仪、气压计及磁罗盘等。以GPS为代表的卫星导航系统具有全球性、全天候、高精度、实时地测定用户三维位置和速度的能力，但其也有致命的弱点，接收机必须能接收到来自卫星的信号才能提供准确、连续的定位信息，当卫星信号被树木、高层建筑、桥梁及隧道等遮挡或接收机无法接收到四颗及以上的卫星信号时，接收机就无法输出有效信息。以DR系统、惯性导航系统为代表的自主式定位技术是利用距离传感器和角度传感器等进行自主定位，其不存在信号传播问题，抗干扰能力强，而且输出频率高，在短时间内精度高。但由于传感器误差伴随时间积累快，定位结果容易发散，所以这类方法不能长时间单独使用每一种定位技术在相应的条件下各有其优缺点，任何单一定位技术对车辆导航系统的精度和可靠性都有一定的限制。由于GPS和DR系统或INS的优缺点使两者具有明显的互补性，因此将两者进行组合，来弥补两者单独导航定位的诸多不足，使得车辆导航系统能为用户提供高精度、可靠性强、稳定性好的导航定位信息

松散组合是利用卡尔曼滤波将接收机输出的定位信息与DR系统定位得到的位置和速度进行数据融合。松散组合模式的工作原理是：当GPS与DR系统都可用时，将二者单独定位的结果（位置、速度信息）相比较，作为卡尔曼滤波器的输入值，进行数据融合，开环或反馈得到最优估计；当GPS中断时，DR系统以GPS中断时的瞬时值作为初值继续进行推算工作，DR系统定位信息作为系统的输出，直到GPS工作正常；当DR系统出现故障，以GPS定位结果作为系统的输出。松散组合的特点包括计算量小、速度快；容错性好，GPS和DR系统保持了各自的独立性，其中任何一个出现故障时，系统仍可以继续工作；组合定位系统结构简单，不需改变原有的硬件设计，便于工程实现；GPS接收机、DR