自动驾驶感知——导航与定位
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了自动驾驶感知——导航与定位相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
文章目录
1. 汽车定位技术
1.1 汽车定位技术的定义
• 定义：相对某一坐标系，确定自动驾驶车辆位置与姿态(6自由度，
X
,
Y
,
Z
,
Y
a
w
,
P
i
t
c
h
,
R
o
l
l
X,Y,Z,Yaw,Pitch,Roll
X,Y,Z,Yaw,Pitch,Roll)。
• 评定方法：精度、鲁棒性、覆盖场景等
1.2 汽车定位技术实现方式
在任何驾驶条件下，自动驾驶汽车均依赖于精准位姿信息。
定位技术包括三大类：
- 基于电子信号定位：GNSS,UWB,Wi-Fi,Cell Phone等
- 基于轨迹推算：IMU、Odometry、轮速计等
- 环境特征匹配：视觉、激光、融合定位等
1.3 定位源
在不同交通场景下，每种定位源各有优缺，为提高车辆定位系统的整体性能，可以将定位方法进行优势互补，在提高定位精度的同时，定位方法具备一定的泛化能力。
| 卫星导航 | 惯性导航 | 视觉里程计 | 激光里程计 | 地图匹配定位 |
|---|---|---|---|---|
 |  |  |  |  |
| 绝对定位 | 相对定位 | 相对定位 | 相对定位 | 绝对定位 |
| 遮挡复杂环境,存在定位失锁 | 长时间运行存在累积误差 | 易受光照影响，对环境结构要求较高 | 空旷及特征缺乏环境下定位精度降低 | 地图构建与实时更新是难点所在 |
1.3.1 不同定位源之间的联系
2. 卫星定位技术
2.1 全球四大导航卫星系统
| 美国全球定位系统（Global Navigation System，GPS） | 俄罗斯格洛纳斯卫星导航系统 (Global Navigation Satellite System，GLONASS) | 中国北斗卫星导航系统（BeiDou Navigation Satellite System，BDS） | 欧洲伽利略卫星导航系统（Galileo Satellite Navigation System，GALILEO) |
|---|---|---|---|
| 距离地面20200公里，24颗卫星，6条轨道 | 距离地面24126公里，30颗卫星，3条轨道 | 21500公里，35颗卫星 |
2.1.1 GPS
GPS的系统组成：由空间部分、地面控制部分和用户设备部分三部分组成
GPS卫星星座：设计星座：21+3颗； 当前星：31颗
➢21颗正式的工作卫星+3颗活动的备用卫星
➢6个轨道面，平均轨道高度20200km，轨道倾角55 ，周期11h 58min（顾及地球自转，地球-卫星的几何关系每天提前4min重复一次
➢保证在24小时，在高度角15以上，能够同时观测到4至8颗卫星
2.1.2 GLONASS
格洛纳斯（GLONASS），是俄语“全球卫星导航系统GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM”的缩写。格洛纳斯卫星导航系统作用类似于美国的GPS、欧洲的伽利略卫星定位系统和中国的北斗卫星导航系统。
2.1.3 BDS
组成：35颗卫星。5颗静止轨道，30颗中轨道。在轨高度21500公里。2020年底共发射了55颗卫星
北斗卫星导航系统可在全球范围内全天候、全天时为各类用户提供高精度、高可靠定位、导航、授时服务，并具短报文通信能力，已经初步具备区域导航、定位和授时能力。短报文通信：北斗系统用户终端具有双向报文通信功能，在远洋航行中有重要的应用价值。精密授时：北斗系统具有精密授时功能，可向用户提供20ns-100ns时间同步精度。
2.1.4 GALILEO
伽利略卫星导航系统（Galileo satellite navigation system），是由欧盟研制和建立的全球卫星导航定位系统，该计划于1999年2月由欧洲委员会公布，欧洲委员会和欧空局共同负责。系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。卫星轨道高度约2.4万公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。截止2016年12月，已经发射了18颗工作卫星，具备了早期操作能力（EOC），并计划在2019年具备完全操作能力（FOC）。全部30颗卫星（调整为24颗工作卫星，6颗备份卫星）计划于2020年发射完毕。
2.2 卫星定位原理
卫星定位系统组成：由空间部分、地面控制部分和用户设备部分等三部分组成
卫星定位至少需要同时观测4颗卫星。接下来说说原因。
如图所示，可以列出以下方程：
(
x
1
−
x
)
2
+
(
y
1
−
y
)
2
+
(
z
1
−
z
)
2
=
c
(
v
t
1
−
v
t
0
)
=
d
1
(
x
2
−
x
)
2
+
(
y
2
−
y
)
2
+
(
z
2
−
z
)
2
=
c
(
v
t
2
−
v
t
0
)
=
d
2
(
x
3
−
x
)
2
+
(
y
3
−
y
)
2
+
(
z
3
−
z
)
2
=
c
(
v
t
3
−
v
t
0
)
=
d
3
(
x
4
−
x
)
2
+
(
y
4
−
y
)
2
+
(
z
4
−
z
)
2
=
c
(
v
t
4
−
v
t
0
)
=
d
4
\\beginarrayl\\sqrt (x_1 - x)^2 + (y_1 - y)^2 + (z_1 - z)^2 = c(v_t_1 - v_t_0) = d_1\\\\\\sqrt (x_2 - x)^2 + (y_2 - y)^2 + (z_2 - z)^2 = c(v_t_2 - v_t_0) = d_2\\\\\\sqrt (x_3 - x)^2 + (y_3 - y)^2 + (z_3 - z)^2 = c(v_t_3 - v_t_0) = d_3\\\\\\sqrt (x_4 - x)^2 + (y_4 - y)^2 + (z_4 - z)^2 = c(v_t_4 - v_t_0) = d_4\\endarray
(x1−x)2+(y1−y)2+(z1−z)2=c(vt1−vt0)=d1(x2−x)2+(y2−y)2+(z2−z)2=c(vt2−vt0)=d2(x3−x)2+(y3−y)2+(z3−z)2=c(vt3−vt0)=d3(x4−x)2+(y4−y)2+(z4−z)2=c(vt4−vt0)=d4四个方程式中各个参数意义如下：
x
、
y
、
z
x、y、z
x、y、z为待测点坐标的空间直角坐标。
x
i
、
y
i
、
z
i
(
i
=
1
、
2
、
3
、
4
)
x_i 、y_i 、z_i (i=1、2、3、4)
xi、yi、zi(i=1、2、3、4)分别为卫星1、卫星2、卫星3、卫星4在t时刻的空间直角坐标，可由卫星导航电文求得。
V
t
i
(
i
=
1
、
2
、
3
、
4
)
V_t_i (i=1、2、3、4)
Vt以上是关于自动驾驶感知——导航与定位的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章
自动驾驶 10-3: 全球导航卫星系统 (GNSS)The Global Navigation Satellite Systems