項(xiàng)目六任務(wù)1：衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及定位技術(shù)（課件）

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)及定位技術(shù)智能汽車傳感器應(yīng)用技術(shù)思考討論題（2分鐘）一、課程導(dǎo)入你知道衛(wèi)星定位系統(tǒng)有哪些類型嗎？各個(gè)定位系統(tǒng)又有什么特點(diǎn)？課程導(dǎo)入視覺傳感器的缺點(diǎn)視覺傳感器的概念視覺傳感器的結(jié)構(gòu)組成視覺傳感器的類型視覺傳感器的特點(diǎn)視覺傳感器的應(yīng)用總結(jié)視覺傳感器的工作流程二、導(dǎo)航發(fā)展歷程古代人們?cè)谝箍罩械睦帽睒O星恒定在北方方位的特性來(lái)判知東西南北，借助日月星辰判斷海上航行的方向。在航海中，人們使用一種測(cè)角儀，測(cè)量從水天線到星星的仰角，將測(cè)量的結(jié)果和早已測(cè)定好的“過(guò)洋牽星圖”比較，就可以知道船只在海中的大概位置。課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航北極星定位示意圖二、導(dǎo)航發(fā)展歷程中國(guó)古代先人在長(zhǎng)期的實(shí)踐中有了對(duì)磁石磁性的認(rèn)識(shí)，發(fā)明了指南針（司南）。主要組成部分是一根裝在軸上的磁針，磁針在天然地磁場(chǎng)的作用下可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)并保持在磁子午線的切線方向上，磁針的南極指向地理南極(磁場(chǎng)北極)，利用這一性能可以辨別方向，指南針應(yīng)用于航海是世界航海史上的一項(xiàng)劃時(shí)代的創(chuàng)舉。指南針（司南）課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航二、導(dǎo)航發(fā)展歷程無(wú)線電導(dǎo)航是通過(guò)接收沿岸放置的導(dǎo)航臺(tái)中較近的兩戶導(dǎo)航臺(tái)同時(shí)發(fā)來(lái)的無(wú)線電信號(hào)，根據(jù)這兩個(gè)導(dǎo)航臺(tái)發(fā)出信號(hào)到達(dá)艦艇的時(shí)間差計(jì)算出這兩個(gè)導(dǎo)航臺(tái)與船只之間距離差，從而測(cè)出船位，這是無(wú)線電導(dǎo)航的基本原理。后來(lái)又將測(cè)時(shí)差改為測(cè)信號(hào)電磁波的相位差，提高了導(dǎo)航精確度和導(dǎo)航距離。無(wú)線電導(dǎo)航定位示意圖課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航二、導(dǎo)航發(fā)展歷程雷達(dá)導(dǎo)航是依靠雷達(dá)熒光屏上目標(biāo)顯示的變化情況來(lái)引導(dǎo)航行的，由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、顯示器、電源所組成，也是用無(wú)線電來(lái)測(cè)定目標(biāo)方位和距離的。當(dāng)雷達(dá)的發(fā)射機(jī)發(fā)射出的電波遇到障礙后，就被反射回來(lái)，接收機(jī)接收到信號(hào)后，便在顯示器的熒光屏上顯示出來(lái)。然后，通過(guò)一系列復(fù)雜的計(jì)算便可測(cè)出目標(biāo)的方位和距離。雷達(dá)導(dǎo)航定位示意圖課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航二、導(dǎo)航發(fā)展歷程全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（theGlobalNavigationSatelliteSystem）目前已廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，能在地球表面或近地空間的任何地點(diǎn)為用戶提供全天候的三維坐標(biāo)和速度以及時(shí)間信息的空基無(wú)線電導(dǎo)航定位系統(tǒng)，一般民用導(dǎo)航精度能夠精確到米級(jí)。常見的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有美國(guó)的GPS、俄羅斯的GLONASS、歐盟的GALILEO、和中國(guó)的BeiDou四大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，區(qū)域衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)有日本的QZSS和印度的IRNSS。衛(wèi)星導(dǎo)航定位示意圖課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航二、導(dǎo)航發(fā)展歷程GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GlobalPositioningSystem），由28顆衛(wèi)星(其中4顆備用)組成，采用4星定位，軍民兩用，分布在6條交點(diǎn)互隔60度的軌道面上，距離地面約20000千米。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)單機(jī)導(dǎo)航精度約為10米，綜合定位精度可達(dá)厘米級(jí)和毫米級(jí)。但民用領(lǐng)域開放的精度約為10米。由于GPS定位技術(shù)涉及軍事用途，美國(guó)限制非特許用戶利用GPS做高精度定位。2.1GPS衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GLONASS：GLOBALNAVIGATIONSATELLITESYSTEM），由28顆衛(wèi)星(其中4顆備用)，采用3星定位，精度比GPS低，軍民兩用。導(dǎo)航精度在0.3米左右，但民用領(lǐng)域開放的精度約為10米。2.2GPS格洛納斯衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航二、導(dǎo)航發(fā)展歷程伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（Galileo：Galileosatellitenavigationsystem），由歐盟研制和建立的全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，計(jì)劃30顆衛(wèi)星(其中3顆備用)，采用3星定位，專門為民用，衛(wèi)星軌道位置比GPS略高，離地面高度24126千米。定位誤差不超過(guò)1米。伽利略提供的公開服務(wù)定位精度通常為15～20米和5～10米兩種檔次。公開特許服務(wù)有局域增強(qiáng)時(shí)能達(dá)到米級(jí)，商用服務(wù)有局域增強(qiáng)時(shí)為厘米級(jí)。2.3伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS：BeiDouNavigationSatelliteSystem），由5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星組成，采用雙星定位，軍民兩用，定位精度約10米。2.4北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航三、衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)在衛(wèi)星定位技術(shù)是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量的技術(shù)，GPS全球定位系統(tǒng)是一個(gè)由覆蓋全球的28顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星系統(tǒng)。系統(tǒng)可以保證在任意時(shí)刻，地球上任意一點(diǎn)都可以同時(shí)觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以保證衛(wèi)星可以采集到該觀測(cè)點(diǎn)的經(jīng)緯度和高度，以便實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、定位、授時(shí)等功能。這可以用來(lái)引導(dǎo)飛機(jī)、船舶、車輛以及個(gè)人，安全、準(zhǔn)確地沿著選定的路線準(zhǔn)時(shí)到達(dá)目的地。3.1GPS定位GPS定位示意圖課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航三、衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)由空間部分、控制部分、用戶部分三部分組成。3.2GPS定位系統(tǒng)的組成GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)組成示意圖課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航三、衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)要對(duì)車輛進(jìn)行絕對(duì)定位，需要求岀車輛在地球上的經(jīng)度、緯度和高度，利用GNSS對(duì)車輛進(jìn)行定位，需要車輛在同一時(shí)間里最少能觀測(cè)到4顆衛(wèi)星，以獲得衛(wèi)星與車輛的時(shí)鐘差，進(jìn)而求出車輛經(jīng)度、緯度、高度。3.3全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS(GPS、DGPS、BDS)定位技術(shù)的基本原理GPS定位技術(shù)的基本原理課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航三、衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)根據(jù)差分GPS基準(zhǔn)站發(fā)送的信息方式可將差分GPS定位分為三類，即：位置差分、偽距差分和相位差分。這三類差分方式的工作原理是相同的，即都是由基準(zhǔn)站發(fā)送改正數(shù)，由用戶站接收并對(duì)其測(cè)量結(jié)果進(jìn)行改正，以獲得精確的定位結(jié)果。所不同的是，發(fā)送改正數(shù)的具體內(nèi)容不一樣，其差分定位精度也不同。3.4GPS定位原理載波相位差分定位示意圖課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航三、衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)我國(guó)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，其原理與美國(guó)GPS系統(tǒng)相比略有不同，在相關(guān)功能上有所創(chuàng)新，從應(yīng)用的角度來(lái)說(shuō)，相比GPS，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)有著不少獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。3.5北斗導(dǎo)航系統(tǒng)定位概述北斗導(dǎo)航系統(tǒng)課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航三、衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)手機(jī)定位的途經(jīng)可以從GPS、基站信息、WiFi信息以及藍(lán)牙Beacon、加速度傳感器信息獲取，每一種定位方式都有利弊。但是在傳統(tǒng)的位置服務(wù)（LBS）開發(fā)過(guò)程中，開發(fā)者需要自己設(shè)定定位的方式，以針對(duì)不同的使用場(chǎng)景。另外，基于GPS和基站定位的耗電量較大，這也限制了定位功能的使用場(chǎng)景。融合定位技術(shù)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、藍(lán)牙定位以及傳感器定位，可謂定位技術(shù)集大成者。在國(guó)內(nèi)，這種融合定位技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，主要是通過(guò)第三方的位置服務(wù)廠商（例如：高德）與手機(jī)芯片廠商進(jìn)行合作，從而在手機(jī)硬件和系統(tǒng)層次集成融合定位技術(shù)。3.6融合定位技術(shù)（FLP）概述課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航三、衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)1、導(dǎo)航的分類（1）自主式導(dǎo)航不需要外部輔助，譬如慣性導(dǎo)航、多普勒導(dǎo)航和天文導(dǎo)航等。（2）非自主式導(dǎo)航需要有關(guān)的地面或空中設(shè)備配合完成，如無(wú)線電導(dǎo)航、衛(wèi)星導(dǎo)航。3.7導(dǎo)航系統(tǒng)的認(rèn)知課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航三、衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)2、導(dǎo)航系統(tǒng)導(dǎo)航系統(tǒng)是能提供導(dǎo)航參數(shù)并能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航任務(wù)的系統(tǒng)。早期導(dǎo)航系統(tǒng)主要由功能單一的儀表組成，當(dāng)前導(dǎo)航系統(tǒng)是由各種傳感器構(gòu)成的高精度多功能系統(tǒng)，提供載體運(yùn)動(dòng)的空間六自由度（三維位置和三維角度）參數(shù)來(lái)確定一個(gè)物體在三維空間的位置和姿態(tài)。3.7導(dǎo)航系統(tǒng)的認(rèn)知導(dǎo)航系統(tǒng)示意圖課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航三、衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)3、導(dǎo)航系統(tǒng)的工作狀態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)有指示導(dǎo)航和自動(dòng)導(dǎo)航兩種工作狀態(tài)。（1）指示導(dǎo)航狀態(tài)導(dǎo)航設(shè)備提供的導(dǎo)航信息僅供駕駛員操縱和引導(dǎo)載體用，則導(dǎo)航系統(tǒng)工作為指示狀態(tài)，在指示狀態(tài)下，導(dǎo)航系統(tǒng)不直接對(duì)載體進(jìn)行控制。（2）自動(dòng)導(dǎo)航狀態(tài)導(dǎo)航系統(tǒng)直接提供信息給載體的自動(dòng)駕駛控制系統(tǒng)，由自動(dòng)駕駛系統(tǒng)操縱和引導(dǎo)載體，則導(dǎo)航系統(tǒng)工作于自動(dòng)導(dǎo)航狀態(tài)。在這兩種工作狀態(tài)下，導(dǎo)航系統(tǒng)的作用都只是提供導(dǎo)航參數(shù)，“導(dǎo)航”的含義也側(cè)重于測(cè)量和提供參數(shù)。3.7導(dǎo)航系統(tǒng)的認(rèn)知課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航1、絕對(duì)定位絕對(duì)定位是指通過(guò)GNSS實(shí)現(xiàn)，通過(guò)衛(wèi)星獲得車輛在地球上的經(jīng)度、緯度、海拔高度和航向信息。2、相對(duì)定位相對(duì)定位是指以車輛的初始位置為參考點(diǎn)，獲得一段時(shí)間后，車輛相對(duì)于初始位置的距離和方向，通常通過(guò)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)（INS）實(shí)現(xiàn)。3、組合定位組合定位也就是這兩種方式都采用，可以獲得車輛的絕對(duì)位姿和相對(duì)位姿，使定位系統(tǒng)更精確可靠。4.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位三種類型課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航智能網(wǎng)聯(lián)汽車的定位，是一種比通常的導(dǎo)航定位系統(tǒng)精度更高的定位，它不再是精準(zhǔn)到米，而是精準(zhǔn)到厘米。車輛通過(guò)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS（全球定位系統(tǒng)GPS、北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)BDS）、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS和激光雷達(dá)等，獲取自身的位置和航向信息，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的路徑規(guī)劃和決策控制提供依據(jù)。4.2導(dǎo)航和定位系統(tǒng)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的作用智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位方式課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航智能網(wǎng)聯(lián)汽車細(xì)分的定位技術(shù)有全球定位系統(tǒng)GPS、差分全球定位系統(tǒng)DGPS、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)BDS、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)INS和激光雷達(dá)定位五種，其中前三種都是通過(guò)衛(wèi)星來(lái)實(shí)現(xiàn)定位。4.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位三種類型智能網(wǎng)聯(lián)汽車定位技術(shù)課程導(dǎo)入導(dǎo)航發(fā)展歷程衛(wèi)星定位及導(dǎo)航技術(shù)總結(jié)智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的衛(wèi)星定位及導(dǎo)航五、總結(jié)1.視覺傳感器是指通過(guò)對(duì)攝像頭拍攝到的圖像進(jìn)行圖像處理，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，并輸出數(shù)據(jù)和判斷結(jié)果的傳感器；2.視覺傳感器主要由光