项目六任务1：卫星导航系统及定位技术（课件）

卫星导航系统及定位技术智能汽车传感器应用技术思考讨论题（2分钟）一、课程导入你知道卫星定位系统有哪些类型吗？各个定位系统又有什么特点？课程导入视觉传感器的缺点视觉传感器的概念视觉传感器的结构组成视觉传感器的类型视觉传感器的特点视觉传感器的应用总结视觉传感器的工作流程二、导航发展历程古代人们在夜空中的利用北极星恒定在北方方位的特性来判知东西南北，借助日月星辰判断海上航行的方向。在航海中，人们使用一种测角仪，测量从水天线到星星的仰角，将测量的结果和早已测定好的“过洋牵星图”比较，就可以知道船只在海中的大概位置。课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航北极星定位示意图二、导航发展历程中国古代先人在长期的实践中有了对磁石磁性的认识，发明了指南针（司南）。主要组成部分是一根装在轴上的磁针，磁针在天然地磁场的作用下可以自由转动并保持在磁子午线的切线方向上，磁针的南极指向地理南极(磁场北极)，利用这一性能可以辨别方向，指南针应用于航海是世界航海史上的一项划时代的创举。指南针（司南）课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航二、导航发展历程无线电导航是通过接收沿岸放置的导航台中较近的两户导航台同时发来的无线电信号，根据这两个导航台发出信号到达舰艇的时间差计算出这两个导航台与船只之间距离差，从而测出船位，这是无线电导航的基本原理。后来又将测时差改为测信号电磁波的相位差，提高了导航精确度和导航距离。无线电导航定位示意图课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航二、导航发展历程雷达导航是依靠雷达荧光屏上目标显示的变化情况来引导航行的，由天线、发射机、接收机、显示器、电源所组成，也是用无线电来测定目标方位和距离的。当雷达的发射机发射出的电波遇到障碍后，就被反射回来，接收机接收到信号后，便在显示器的荧光屏上显示出来。然后，通过一系列复杂的计算便可测出目标的方位和距离。雷达导航定位示意图课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航二、导航发展历程全球卫星导航系统（theGlobalNavigationSatelliteSystem）目前已广泛应用于各种领域，能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的空基无线电导航定位系统，一般民用导航精度能够精确到米级。常见的全球卫星导航系统有美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、欧盟的GALILEO、和中国的BeiDou四大卫星导航系统，区域卫星导航系统有日本的QZSS和印度的IRNSS。卫星导航定位示意图课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航二、导航发展历程GPS卫星导航系统（GlobalPositioningSystem），由28颗卫星(其中4颗备用)组成，采用4星定位，军民两用，分布在6条交点互隔60度的轨道面上，距离地面约20000千米。已经实现单机导航精度约为10米，综合定位精度可达厘米级和毫米级。但民用领域开放的精度约为10米。由于GPS定位技术涉及军事用途，美国限制非特许用户利用GPS做高精度定位。2.1GPS卫星导航系统格洛纳斯卫星导航系统（GLONASS：GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTEM），由28颗卫星(其中4颗备用)，采用3星定位，精度比GPS低，军民两用。导航精度在0.3米左右，但民用领域开放的精度约为10米。2.2GPS格洛纳斯卫星导航系统课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航二、导航发展历程伽利略卫星导航系统（Galileo：Galileosatellitenavigationsystem），由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统，计划30颗卫星(其中3颗备用)，采用3星定位，专门为民用，卫星轨道位置比GPS略高，离地面高度24126千米。定位误差不超过1米。伽利略提供的公开服务定位精度通常为15～20米和5～10米两种档次。公开特许服务有局域增强时能达到米级，商用服务有局域增强时为厘米级。2.3伽利略卫星导航系统北斗卫星导航系统（BDS：BeiDouNavigationSatelliteSystem），由5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星组成，采用双星定位，军民两用，定位精度约10米。2.4北斗卫星导航系统课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航三、卫星定位及导航技术在卫星定位技术是利用人造地球卫星进行点位测量的技术，GPS全球定位系统是一个由覆盖全球的28颗卫星组成的卫星系统。系统可以保证在任意时刻，地球上任意一点都可以同时观测到4颗卫星，以保证卫星可以采集到该观测点的经纬度和高度，以便实现导航、定位、授时等功能。这可以用来引导飞机、船舶、车辆以及个人，安全、准确地沿着选定的路线准时到达目的地。3.1GPS定位GPS定位示意图课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航三、卫星定位及导航技术GPS卫星定位系统由空间部分、控制部分、用户部分三部分组成。3.2GPS定位系统的组成GPS卫星定位系统组成示意图课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航三、卫星定位及导航技术要对车辆进行绝对定位，需要求岀车辆在地球上的经度、纬度和高度，利用GNSS对车辆进行定位，需要车辆在同一时间里最少能观测到4颗卫星，以获得卫星与车辆的时钟差，进而求出车辆经度、纬度、高度。3.3全球导航卫星系统GNSS(GPS、DGPS、BDS)定位技术的基本原理GPS定位技术的基本原理课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航三、卫星定位及导航技术根据差分GPS基准站发送的信息方式可将差分GPS定位分为三类，即：位置差分、伪距差分和相位差分。这三类差分方式的工作原理是相同的，即都是由基准站发送改正数，由用户站接收并对其测量结果进行改正，以获得精确的定位结果。所不同的是，发送改正数的具体内容不一样，其差分定位精度也不同。3.4GPS定位原理载波相位差分定位示意图课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航三、卫星定位及导航技术我国的北斗导航系统，其原理与美国GPS系统相比略有不同，在相关功能上有所创新，从应用的角度来说，相比GPS，北斗导航系统有着不少独特的优势。3.5北斗导航系统定位概述北斗导航系统课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航三、卫星定位及导航技术手机定位的途经可以从GPS、基站信息、WiFi信息以及蓝牙Beacon、加速度传感器信息获取，每一种定位方式都有利弊。但是在传统的位置服务（LBS）开发过程中，开发者需要自己设定定位的方式，以针对不同的使用场景。另外，基于GPS和基站定位的耗电量较大，这也限制了定位功能的使用场景。融合定位技术融合了目前市面上的所有定位方式，包括GPS、基站定位、Wifi定位、蓝牙定位以及传感器定位，可谓定位技术集大成者。在国内，这种融合定位技术的实现，主要是通过第三方的位置服务厂商（例如：高德）与手机芯片厂商进行合作，从而在手机硬件和系统层次集成融合定位技术。3.6融合定位技术（FLP）概述课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航三、卫星定位及导航技术1、导航的分类（1）自主式导航不需要外部辅助，譬如惯性导航、多普勒导航和天文导航等。（2）非自主式导航需要有关的地面或空中设备配合完成，如无线电导航、卫星导航。3.7导航系统的认知课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航三、卫星定位及导航技术2、导航系统导航系统是能提供导航参数并能实现导航任务的系统。早期导航系统主要由功能单一的仪表组成，当前导航系统是由各种传感器构成的高精度多功能系统，提供载体运动的空间六自由度（三维位置和三维角度）参数来确定一个物体在三维空间的位置和姿态。3.7导航系统的认知导航系统示意图课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航三、卫星定位及导航技术3、导航系统的工作状态导航系统有指示导航和自动导航两种工作状态。（1）指示导航状态导航设备提供的导航信息仅供驾驶员操纵和引导载体用，则导航系统工作为指示状态，在指示状态下，导航系统不直接对载体进行控制。（2）自动导航状态导航系统直接提供信息给载体的自动驾驶控制系统，由自动驾驶系统操纵和引导载体，则导航系统工作于自动导航状态。在这两种工作状态下，导航系统的作用都只是提供导航参数，“导航”的含义也侧重于测量和提供参数。3.7导航系统的认知课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航四、智能网联汽车中的卫星定位及导航1、绝对定位绝对定位是指通过GNSS实现，通过卫星获得车辆在地球上的经度、纬度、海拔高度和航向信息。2、相对定位相对定位是指以车辆的初始位置为参考点，获得一段时间后，车辆相对于初始位置的距离和方向，通常通过惯性导航系统（INS）实现。3、组合定位组合定位也就是这两种方式都采用，可以获得车辆的绝对位姿和相对位姿，使定位系统更精确可靠。4.1智能网联汽车定位三种类型课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航四、智能网联汽车中的卫星定位及导航智能网联汽车的定位，是一种比通常的导航定位系统精度更高的定位，它不再是精准到米，而是精准到厘米。车辆通过全球导航卫星系统GNSS（全球定位系统GPS、北斗卫星定位系统BDS）、惯性导航系统INS和激光雷达等，获取自身的位置和航向信息，为智能网联汽车的路径规划和决策控制提供依据。4.2导航和定位系统在智能网联汽车中的作用智能网联汽车定位方式课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航四、智能网联汽车中的卫星定位及导航智能网联汽车细分的定位技术有全球定位系统GPS、差分全球定位系统DGPS、北斗卫星导航定位系统BDS、惯性导航系统INS和激光雷达定位五种，其中前三种都是通过卫星来实现定位。4.1智能网联汽车定位三种类型智能网联汽车定位技术课程导入导航发展历程卫星定位及导航技术总结智能网联汽车中的卫星定位及导航五、总结1.视觉传感器是指通过对摄像头拍摄到的图像进行图像处理，对目标进行检测，并输出数据和判断结果的传感器；2.视觉传感器主要由光