車載GPS定位技術(shù)與應(yīng)用習(xí)題分析

1、車載GPS定位技術(shù)與應(yīng)用習(xí)題及資料(15-16學(xué)年)(1) GPS 的應(yīng)用領(lǐng)域有哪些？GPS在軍事中的應(yīng)用 GPS在交通運(yùn)輸業(yè)中的應(yīng)用 GPS在測量中的應(yīng)用 GPS在其他領(lǐng)域中的應(yīng)用 (精細(xì)農(nóng)業(yè) 遙感 衛(wèi)星定軌 資源勘探 個人旅游及野外探險 電力、廣播、電視、通訊等網(wǎng)絡(luò)的時間同步、 時間傳遞.)Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System簡稱 GPS，有時也被稱作 NAVSTAR GPS 其意為“導(dǎo)航星測時與測距全球定位系統(tǒng)”，或簡稱全球定位系統(tǒng) 美國 由其陸?？杖娐?lián)合研制 在全球范圍內(nèi)，提供實時、連續(xù)、全天候的

2、導(dǎo)航定位及授時服務(wù) 1973 年 1995年空間部分 地面控制部分 用戶設(shè)備部分(2) 中國交通運(yùn)輸目前存在的問題？ 道路增長跟不上車輛和流量的增長，交通供需矛盾日益加劇。據(jù)統(tǒng)計，世界上各種車輛的增長速度是道路增長速度的 23 倍。(3) 什么是 ITS？ 目的是什么？a) 答：ITS (Intelligent Transportation Systems)即智能交通系統(tǒng)是在較完善的道路設(shè)施基礎(chǔ)上，將 先進(jìn)的電子技術(shù)、信息技術(shù)、傳感器技術(shù)和系統(tǒng)工程技術(shù)集成運(yùn)用于地面交通管理所建立的一 種實時、準(zhǔn)確、高效、大范圍、全方位發(fā)揮作用的交通運(yùn)輸管理系統(tǒng)。b) 其目的是提高交通效率、減少交通對環(huán)境的污染

3、和其他影響、增強(qiáng)交通安全。( 4)ITS 的組成是什么？(5)ITS 的特點是什么？1、交通基礎(chǔ)設(shè)施智能化 :交通信號控制、高速公路管理、交通誘導(dǎo)、事故處理、救援系統(tǒng)、電子收費 等等。2、交通工具智能化3、交通系統(tǒng)智能化a原理上是基于知識的系統(tǒng)b系統(tǒng)在功能上只要具有判斷 能力、推理能力和學(xué)習(xí)能力，并具有輔助決策的作用；c系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)上應(yīng)有機(jī)器感知、機(jī)器學(xué)習(xí)、機(jī)器識別、知識庫等部分組成。( 6)ITS 的智能化特點體現(xiàn)在什么方面？1) 交通基礎(chǔ)設(shè)施智能化；2) 交通工具智能化；3) 交通系統(tǒng)智能化。(7)目前國際上公認(rèn)的 ITS 的服務(wù)領(lǐng)域有哪些？(1) 先進(jìn)的交通信息服務(wù)系統(tǒng)( ATIS)(2)

4、 先進(jìn)的交通管理系統(tǒng)( ATMS) (3) 先進(jìn)的公共交通 系統(tǒng)(APTS) (4)先進(jìn)的車輛控制系統(tǒng)(AVCS) (5)貨運(yùn)管理系統(tǒng)(MMS ) (6)緊急救援系統(tǒng) (EMS)(7 電子收費系統(tǒng)( ETC) )( 8)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織有哪兩個？主要有兩大組織：一是 ISO 下設(shè) TC204 即“交通信息與控制系統(tǒng)技術(shù)委員會” (2001年四月在夏威 夷召開的全體會議上，將TC204改名為“ ITS技術(shù)委員會”)；另一個是CEN/278 (歐洲標(biāo)準(zhǔn)化委員會)(9) 標(biāo)準(zhǔn)化研究對 ITS 發(fā)展的有什么作用，表現(xiàn)在什么方面？答：標(biāo)準(zhǔn)化研究對 ITS 的發(fā)展有很大的促進(jìn)作用，主要表現(xiàn)在以下幾點： 經(jīng)濟(jì)

5、性。不僅帶給用戶很大的經(jīng)濟(jì)性 (如便于維護(hù)、避免重復(fù)投資等 )，對設(shè)備供應(yīng)商也同樣具 有經(jīng)濟(jì)性 (如擴(kuò)大市場 )?；ゲ僮餍?。包括設(shè)備(軟、硬件)的互換性與兼容性，實現(xiàn)信息共享性。 用戶設(shè)備獲取。有了全國性或全球性標(biāo)準(zhǔn)，用戶采購設(shè)備就有了很大的自由，而不用局限于某 一廠商，對于一些小國或地區(qū)更是至關(guān)重要。(10) 中國的 ITS 標(biāo)準(zhǔn)化正式啟動的時間和組織是什么？ ITS 標(biāo)準(zhǔn)體系分為幾層，各包含什么？答：1992年由國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(IS0)設(shè)置了 TC204，即“交通信息與控制系統(tǒng)(TICS)技術(shù) 委員會”，全面負(fù)責(zé) ITS 領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化工作。標(biāo)志著 ITS 標(biāo)準(zhǔn)化組織的建立。我國科技部200

6、0年成立全國智能交通系統(tǒng)專家委員會，標(biāo)志著中國ITS標(biāo)準(zhǔn)化組織的正式建立。ITS標(biāo)準(zhǔn)體系分為兩層，上層為通用標(biāo)準(zhǔn)，下層為分系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)。通用標(biāo)準(zhǔn)層包括： 分系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)包括(11) 什么是LBS? LBS的特點是什么？答：基于位置的服務(wù)(Location Based Services, LBS)它包括兩層含義：首先是確定移動設(shè)備或 用戶所在的地理位置；其次是提供與位置相關(guān)的各類信息服務(wù)。意指與定位相關(guān)的各類服務(wù)系統(tǒng)， 簡稱定位服務(wù)”。特點：?1)要求覆蓋率高一方面要求覆蓋的范圍足夠大。一方面要求覆蓋的范圍包括室內(nèi)?2)定位精度定位應(yīng)該根據(jù)用戶服務(wù)需求的不同提供不同的精度服務(wù)，并可以提供給用戶選擇精度的

7、權(quán)利。(12) LBS的基本構(gòu)成及各個組成部分的功能是什么？(13) 什么是子午衛(wèi)星系統(tǒng)？子午衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)依據(jù)什么原理定位？子午衛(wèi)星系統(tǒng)的組成有哪些？它的 缺點表現(xiàn)在什么方面？NNSS - Navy Navigation Satellite System (海軍導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng))，由于其衛(wèi)星軌道為極地軌道，故也 稱為Tran sit (子午衛(wèi)星系統(tǒng))；采用利用多普勒效應(yīng)進(jìn)行導(dǎo)航定位，也被稱為多普勒定位系統(tǒng)；美國研制、建立1964年1月建成1967年7月解密供民用系統(tǒng)組成a空間部分衛(wèi)星：發(fā)送導(dǎo)航定位信號(信號：4.9996MHz30 = 149.988MHz ; 4.9996MHz80 = 399.

8、968MHz ;星歷)衛(wèi)星星座 -由6顆衛(wèi)星構(gòu)成，6個軌道面，軌道高度 1075km b地面控制部分包括：跟蹤站、計算 中心、注入站、控制中心和海軍天文臺c用戶部分 多普勒接收機(jī)系統(tǒng)缺陷a衛(wèi)星少，觀測時間和間隔時間長，無法提供實時導(dǎo)航定位服務(wù)b定位速度慢(約需1-2天的個觀測時間)，定位精度低c衛(wèi)星信號頻率低，不利于補(bǔ)償電離層折射效應(yīng)的影響d衛(wèi)星軌道低，難以進(jìn)行精密定軌(14) GPS的發(fā)展簡史(1) 方案論證階段?1973年12月，美國國防部批準(zhǔn)研制 GPS。?1978年2月22日第1顆GPS試驗衛(wèi)星發(fā)射成功。? 從1973年到1979年，共發(fā)射了 4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機(jī)及建立地面跟

9、蹤網(wǎng)。(2) 全面研制和試驗階段? 從1979年到1987年，又陸續(xù)發(fā)射了 7顆試驗衛(wèi)星，研制了各種用途接收機(jī)。實驗表明，GPS定位精度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。(3) 實用組網(wǎng)階段?1989年2月14日第1顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功。? 1991年，在海灣戰(zhàn)爭中，GPS首次大規(guī)模用于實戰(zhàn)。?1993年底實用的GPS網(wǎng)即(21+3) GPS星座已經(jīng)建成，今后將根據(jù)計劃更換失效的衛(wèi)星。? 1995 年 7 月 17 日，GPS 達(dá)到 FOC -完全運(yùn)行能力(Full Operational Capability)(15) GPS衛(wèi)星系統(tǒng)與之前其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比，具有什么特點？答：(1)全球地面覆蓋。地球上任

10、何地點均可連續(xù)同步觀測到至少4顆衛(wèi)星，從而保障了全球、全天候連續(xù)三維定位。(2)功能多，精度高。GPS可為各類用戶連續(xù)地提供動態(tài)目標(biāo)的三維位置、三維速度和時間信息。實時定位。（16）什么是SA政策？什么是 AS政策？答：SA （Selective Availability ）即降低C/A碼定位精度的選擇可用性政策，包括對 GPS 衛(wèi)星基準(zhǔn)信號采用:.技術(shù)即為衛(wèi)星鐘加高頻抖動，則所有的派生信號均引入一個快速變化的高 頻抖動。對導(dǎo)航電文采用；技術(shù)即降低星歷精度，加入隨機(jī)變化。AS（ Anti-Spoofing ）即將P碼經(jīng)過加密處理變成 Y碼，Y碼是p碼與高度機(jī)密 w碼 模2求和得到的碼，當(dāng)實施

11、AS技術(shù)時，非特許用戶不但不能使用P碼作實時定位，而且不能進(jìn)行 P碼和C/A碼碼位測量的聯(lián)合求解，甚至進(jìn)行P碼數(shù)據(jù)平滑。（17）GPS、GLONASS、GALILEO 之間有什么不同，各自有什么特點？GLONASS 與GPS比較：a主要區(qū)別在于信號分割體制不同：1 GLONASS使用FDMA體制區(qū)分不同的衛(wèi)星，即不同的GLONASS衛(wèi)星發(fā)射載波頻率不同的信號，但所有的衛(wèi)星都使用相同的PRN碼。2GPS使用CDMA方式，所有的衛(wèi)星都是用相同的頻率，而在載波上調(diào)制的PRN碼隨衛(wèi)星的不同而不同。b由于GPS采用的偽碼速率比 GLONASS的高一倍，其分辨率也高一倍，理論上來說，定位精度比 GLONA

12、SS的高。c地區(qū)優(yōu)勢不同：GLONASS能為高緯度地區(qū)提供更好地覆蓋；GPS的優(yōu)勢主要是在中低緯度地區(qū)。Galileo系統(tǒng)是一種多功能的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，具有公開服務(wù)、安全服務(wù)、商業(yè)服務(wù)和政府服務(wù)等功能， 但只有前兩種服務(wù)是自由公開的，后兩種服務(wù)則需經(jīng)過批準(zhǔn)后才能使用。Galileo特點：比GPS精度高，純民用，不保密，對用戶安全負(fù)責(zé)（18）北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的基本構(gòu)成答：北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成。空間端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和 30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站。（19）GPS的組成主要有哪些，各組成部分的主要設(shè)備有哪些？各個部分的作用

13、是什么？空間部分 GPS衛(wèi)星星座和GPS衛(wèi)星 作用：a接收、存儲導(dǎo)航電文 b生成用于導(dǎo)航定位的信號（測 距碼、載波）c發(fā)送用于導(dǎo)航定位的信號（采用雙相調(diào)制法調(diào)制在載波上的測距碼和導(dǎo)航電文）d接受地面指令，進(jìn)行相應(yīng)操作 e其他特殊用途，如通訊、監(jiān)測核暴等地面控制部分 組成a主控站：1個管理、協(xié)調(diào)地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作；收集各監(jiān)測站的數(shù)據(jù)，編制導(dǎo)航電文，送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星；監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài)，向衛(wèi)星發(fā)送控制指令；衛(wèi)星維護(hù)與異常情況的處理。b監(jiān)測站：5個 接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，采集氣象信息，并將所收集到的數(shù)據(jù)傳送給主控站。c注入站：3個 將導(dǎo)航電文注入 GPS衛(wèi)星。d通訊與輔助系統(tǒng)用戶設(shè)備部分（20）

14、GPS的常用時間系統(tǒng)有哪些？它們之間有什么聯(lián)系？（21）常用的GPS坐標(biāo)系統(tǒng)有哪些？協(xié)議天球坐標(biāo)系到地球坐標(biāo)系中間要經(jīng)過哪些轉(zhuǎn)換？協(xié)議天球坐標(biāo)系一一平天球坐標(biāo)系一一瞬時天球坐標(biāo)系一一瞬時地球坐標(biāo)系一一協(xié)議地球坐標(biāo) 系。（22） GPS衛(wèi)星信號如何產(chǎn)生，各信號之間有什么關(guān)系？L1載頻上的信號結(jié)構(gòu)和L2載頻上的信號結(jié)構(gòu) 是什么樣的？基準(zhǔn)頻率fO由衛(wèi)星上的原子鐘直接產(chǎn)生，衛(wèi)星信號的所有成分均是該基準(zhǔn)頻率的倍頻或分頻（23）產(chǎn)生C/A碼和P碼的m序列具有什么特征？（24）GPS衛(wèi)星發(fā)送的兩種偽隨機(jī)測距碼是什么？是如何產(chǎn)生的？（25）GPS導(dǎo)航電文包括哪些信息？導(dǎo)航電文的基本結(jié)構(gòu)？（26）GPS接收機(jī)分

15、類及基本功能結(jié)構(gòu)（27）GPS定位方法的基本分類（28）GPS距離觀測量的兩種觀測方式：a）測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號（C/A或P碼）到達(dá)用戶接收機(jī)的時間；b）測量接收機(jī)接收到的具有多普勒頻移的載波信號與接收機(jī)產(chǎn)生的參考信號之間的相位差。29) 誤差計算中常用的精度因子有哪些？與衛(wèi)星幾何圖形有什么關(guān)系？30) GPS 定位的誤差來源有哪些？31) 電子地圖數(shù)據(jù)與導(dǎo)航應(yīng)用功能之間的關(guān)系32) 在車輛導(dǎo)航系統(tǒng)中，與數(shù)字地圖相關(guān)的功能有哪些？ 地圖顯示、地址匹配、地圖匹配、路徑規(guī)劃，路徑引導(dǎo) 地圖顯示是車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的重要組成部分，它構(gòu)成了人機(jī)接口的基礎(chǔ)，地圖顯示的成功與否直接 影響到用戶對產(chǎn)品的

16、印象。為了展示地圖的道路信息，地圖顯示需要依賴數(shù)字地圖中的道路位置、寬度、 級別等屬性以及道路附近的各種設(shè)施。地址匹配又稱為地理編碼，即通過給定的經(jīng)緯度坐標(biāo)確定地圖上街道的地址，或者相反的過程。 地圖匹配是利用數(shù)字地圖的路網(wǎng)信息修正車輛定位模塊的位置輸出，位置修正的前提是車輛在道 路上行駛。當(dāng)定位傳感器輸出的車輛位置與數(shù)字地圖的道路存在偏差時，地圖匹配算法尋找當(dāng)前最可能 的行駛道路并計算在該道路上的位置。地圖的拓?fù)溥B接必須是完整正確的，以反映真實道路的情況。路線規(guī)劃和路線引導(dǎo)更是與數(shù)字地圖密切相關(guān)，它的幾乎所有數(shù)據(jù)來源都是數(shù)字地圖中的道路信 息，如路網(wǎng)的空間分布、幾何坐標(biāo)、拓?fù)溥B接、道路平均時

17、速、轉(zhuǎn)向限制等等。33) 路網(wǎng)的基本要素是什么？如何將實際道路網(wǎng)絡(luò)能夠轉(zhuǎn)化成節(jié)點路段模型和路段鏈模型？34) 車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的數(shù)字地圖和通用數(shù)字地圖側(cè)重點有什么不同？35) 地圖數(shù)據(jù)的數(shù)字化過程？36) 單圖集分層結(jié)構(gòu)的特點，優(yōu)缺點？37) 數(shù)字道路地圖的多圖集分層結(jié)構(gòu)的內(nèi)容和存儲。38) 地圖數(shù)據(jù)庫按照功能用途可以分為哪幾種數(shù)據(jù)庫類型？各有什么作用？39) 建立網(wǎng)格單元基本思想是什么？40) 什么是數(shù)字道路地圖的空間索引？建立空間索引的目的是什么？目前代表性的有哪些？如何建？ (四叉樹及其改進(jìn)， R- 樹及其改進(jìn))(41)航位推算(DR)的基本原理是什么？產(chǎn)生定位誤差積累的原因主要是什么？42

18、) 常用的 GPS/DR 組合方案有哪些？各有什么優(yōu)缺點？43) 什么是地圖匹配？基本思想，地圖匹配應(yīng)用的兩個基本前題是什么？地圖匹配的算法處理過程？44) 常用的地圖匹配方法有哪些？了解其計算的基本思路。45) 地圖匹配中怎樣確定誤差區(qū)域？46) 影響地圖匹配正確性的因素有哪些？47) 什么是匹配度？候選路段的匹配度應(yīng)該具有的特點是什么？(48)要有效的進(jìn)行地圖匹配，匹配度 Q(k)需要滿足的標(biāo)準(zhǔn)？49) 根據(jù)移動通信的特點與實現(xiàn)方式，在車輛定位系統(tǒng)中應(yīng)用的移動通信可以歸納為哪些？ p129133常規(guī)通信、集群通信、蜂窩通信、無線數(shù)據(jù)廣播、專業(yè)數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星通信等。50) 車輛定位系統(tǒng)的多址

19、接入方式有哪幾種？各自的特點？ p144a) 固定分配多址方式。特點：在此方式下，用戶所占用的資源是固定的，即使某用戶不進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸，其它用戶也不能石灰?guī)r為其分配的資源。主要有 FDMA 、TDMA 與 CDMA 三種。b) 按需分配多址方式。特點：適用于占有時間不固定的動態(tài)數(shù)據(jù)傳輸用戶，當(dāng)用戶需要服務(wù)時， 由系統(tǒng)內(nèi)的控制中心分配空閑的信道，服務(wù)完成后信道仍可供其它用戶使用。該方式需要控制 中心進(jìn)行多用戶通信的管理，并占用獨立的信道進(jìn)行動態(tài)分配信息的傳送。c) 隨機(jī)分配多址方式。特點：該方式下，多個用戶的數(shù)據(jù)傳輸是隨機(jī)的，不同用戶同時進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸時將會引起碰撞。對數(shù)據(jù)碰撞采取不同的處理手段

20、對應(yīng)不同的隨機(jī)多址方式。51) 從實現(xiàn)導(dǎo)航功能的角度看，目前智能車輛導(dǎo)航系統(tǒng)的分類？52) 路徑規(guī)劃解決的是什么問題？53) 什么是最短路徑？經(jīng)典的最短路徑算法過程？a) 迪杰斯特拉 (Dijkstra) 算法：b) 弗洛伊德 (Floyd) 算法(54) 什么是啟發(fā)式搜索？基于啟發(fā)式搜索的最短路徑算法主要有哪些?步，尋找啟發(fā)式搜索是基于知識的搜索策略，即通過選定一種估價函數(shù)，在搜索過程中的每估價函數(shù)數(shù)值最高的節(jié)點作為下一個搜索節(jié)點?；趩l(fā)式搜索的最短路算法有Costed算法、分支界定法、限制搜索區(qū)域法、A*算法等。(55) A*算法的基本思想(具體算法不做考試內(nèi)容，僅作學(xué)習(xí)使用)a)該算法

21、在選擇下一個被檢查的節(jié)點時，對當(dāng)前節(jié)點距離終點的長度作為估計，評價其處于最優(yōu) 路線上的可能性量度，這樣就可以首先搜索可能性較大的節(jié)點，從而提高搜索過程的效率。b) A*算法的估價函數(shù)可表示為:1. f (v) = g( v)+ h (v )ii. 其中g(shù)(v)是從起點到當(dāng)前頂點，的實際費用的量度，h(是從當(dāng)前頂點，至憐點的最小費用的估計，如果h (v)= 0 ，即沒有利用任何啟發(fā)式信息，這時的A*算法就變成了普通的Dijkstra算法。h (具體形式的選擇取決于路線優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)，在選擇h (時，要滿足一個要求,就是不能過高估計當(dāng)前頂點的最小費用，這被稱為可納性條件，只要啟發(fā)式函數(shù)滿足可納 性條件，

22、且原問題存在最優(yōu)解，則A*算法一定能夠計算出最優(yōu)路徑。c) A*算法的程序編寫原理d) 如圖有如下的狀態(tài)空間：(起始位置是A,目標(biāo)位置是P,字母后的數(shù)字表示節(jié)點的估價值)e)i.搜索過程中設(shè)置兩個表:OPEN和CLOSED。OPEN表保存了所有已生成而未考察的節(jié)點,CLOSED表中記錄已訪問過的節(jié)點。算法中有一步是根據(jù)估價函數(shù)重排OPEN表。這樣循環(huán)中的每一步只考慮 OPEN表中狀態(tài)最好的節(jié)點。具體搜索過程如下:f) 初始狀態(tài)：OPEN=A5 ; CLOSED=;2) 估算A5，取得搜有子節(jié)點，并放入 OPEN表中；OPEN=B4 , C4, D6 ; CLOSED=A53) 估算B4，取得搜有子節(jié)點，并放入 OPEN表中；OPEN=C4 , E5, F5, D6; CLOSED=B4 , A54) 估算C4;取得搜有子節(jié)點，并放入 OPEN表中；OPEN=H3 , G4, E5, F5, D6 ; CLOSED=C4 , B4, A55) 估算H3，取得搜有子節(jié)點，并放入 OPEN表中；OPEN=O2 , P3, G4, E5, F5, D6 ； CLOSED=H3 , C4, B4, A56) 估算O2，取得搜有子節(jié)點，并放入 OPEN表中；OPEN=P3 , G4, E5, F5, D6 ； CLOSED=O2 , H3, C4, B4, A57) 估算P3，已得到解；