《智能網(wǎng)聯(lián)汽車改裝與測試技術(shù)》定位導(dǎo)航設(shè)備的安裝與調(diào)試

定位導(dǎo)航設(shè)備的

安裝與調(diào)試ICVIntelligent&ConnectedVehicle1定位導(dǎo)航設(shè)備的工作原理（1）全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位原理GNSS定位系統(tǒng)利用衛(wèi)星的三角定位原理和測量無線電信號傳輸時間來計算接收器的位置。通過計算三個衛(wèi)星的幾何數(shù)據(jù)，并融合同步計算結(jié)果，確定接收器的衛(wèi)星坐標(biāo)位置。實際應(yīng)用中，衛(wèi)星信號傳播受到大氣電離層、遮擋、反射折射和多路徑干擾等因素的影響。三角定位原理圖1定位導(dǎo)航設(shè)備的工作原理（1）全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位原理差分GPS（DGPS）技術(shù)用于降低天氣、云層等因素對GPS信號的影響。DGPS技術(shù)分為位置差分和距離差分，距離差分包括偽距差分和載波相位差分。實時動態(tài)載波相位差分技術(shù)（RTK）是智能網(wǎng)聯(lián)汽車公司采用的一種差分GPS技術(shù)。RTK通過處理兩個基站載波相位觀測量的差分，提高定位精度，達(dá)到厘米級精度。RTK存在一些問題，如高基站鋪設(shè)成本、受遮擋影響和電磁干擾等。差分GPS工作示意圖1定位導(dǎo)航設(shè)備的工作原理（2）慣性導(dǎo)航系統(tǒng)定位原理

工作原理：陀螺儀測量物體的角速率，用于計算載體的姿態(tài)。加速度計測量物體的線加速度，用于計算載體的速度和位置。根據(jù)牛頓力學(xué)定律，將測量值對時間進行積分，得到載體的速度和角速度。再次對速度和角速度進行積分，得到載體的位置。將位置信息轉(zhuǎn)換到導(dǎo)航坐標(biāo)系，得到在該坐標(biāo)系中的速度、偏航角和位置等信息。優(yōu)點：（1）能提供位置、速度、航向和姿態(tài)角數(shù)據(jù)，所產(chǎn)生的導(dǎo)航信息連續(xù)性好而且噪聲低。（2）數(shù)據(jù)更新率高、短期精度和穩(wěn)定性好。（3）可全天候地工作于空中、地面乃至水下。（4）隱蔽性好，且不受外界電磁干擾的影響。但是，由于其導(dǎo)航信息經(jīng)過積分而產(chǎn)生，定位誤差隨著時間增加而增大，長期精度差，容易產(chǎn)生溫漂、零漂等問題。1定位導(dǎo)航設(shè)備的工作原理（3）GPS和慣性傳感器融合原理GPS是當(dāng)前行車定位和無人駕駛中至關(guān)重要的技術(shù)，包括32顆衛(wèi)星、主控站、數(shù)據(jù)注入站和監(jiān)測站等組成。慣性傳感器（IMU）是能檢測加速度和旋轉(zhuǎn)運動的傳感器，基礎(chǔ)型號包括加速度計和角速度計，而六軸慣性傳感器則由三軸加速度計和三軸陀螺儀構(gòu)成。GPS提供相對精準(zhǔn)的定位，但更新頻率較低，無法滿足實時計算需求。慣性傳感器在短時間內(nèi)能提供穩(wěn)定的實時位置更新，但定位誤差會隨時間增長。為了充分利用兩種傳感器的優(yōu)點，我們需要尋找一種方法將它們進行融合，以實現(xiàn)更實時和精準(zhǔn)的定位。1定位導(dǎo)航設(shè)備的工作原理（3）GPS和慣性傳感器融合原理GPS數(shù)據(jù)一般用X、Y、Z表示，代表了曝光點時刻的地理位置（緯度、經(jīng)度、高程）。IMU數(shù)據(jù)主要包含了：航向角（heading）、俯仰角（tilt）及翻滾角（roll）三個數(shù)據(jù)。航向角定義：右手大拇指指向車輛坐標(biāo)系Z軸正方向，其余四根手指可以擺動角度稱為俯仰角，逆時針為正，順時針為負(fù)；俯仰角定義：右手大拇指指向車輛坐標(biāo)系X軸正方向，其余四根手指可以擺動角度稱為俯仰角；俯仰角計算：翻滾角計算：航向角計算：翻滾角定義：右手大拇指指向車輛坐標(biāo)系Y軸正方向，其余四根手指可以擺動角度稱為俯仰角，逆時針為正，順時針為負(fù)；2

慣性測量單元的種類（1）按測量精度進行分類按照精度分可以為兩類：第一類是基于光纖陀螺（FOG）的IMU，它的特點是精度高，但同時成本也高，一般應(yīng)用于精度要求較高的地圖采集車輛。第二類是基于微機電系統(tǒng)（MEMS）器件的IMU，它的特點是體積小，成本低，環(huán)境適應(yīng)性強，但缺點是誤差大。捷聯(lián)慣性導(dǎo)航（SINS）解算（1）通過陀螺輸出的角速度信息積分得到姿態(tài)信息（2）通過姿態(tài)信息對加速度計輸出的比力進行轉(zhuǎn)換，由載體坐標(biāo)系得到導(dǎo)航坐標(biāo)系（3）進行重力計算，有害加速度、地球自轉(zhuǎn)角速度等補償計算（4）由加速度信息積分得到速度與位置2

慣性測量單元的種類（2）按力學(xué)編排實現(xiàn)形式進行分類根據(jù)慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的力學(xué)編排實現(xiàn)形式又可以分為平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)和捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)是將陀螺儀和加速度等慣性元件通過萬向支架角運動隔離系統(tǒng)與運動載物固聯(lián)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。其慣性測量裝臵(加速度計和陀螺儀)安裝在機電導(dǎo)航平臺上，以平臺坐標(biāo)系為基準(zhǔn)，測量運載體運動參數(shù)。平臺式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)通過框架伺服系統(tǒng)隔離了載體的角運動，因此可以獲得較高的系統(tǒng)精度。捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)捷聯(lián)式慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，其慣性測量裝置（加速度計和陀螺儀）直接裝在飛行器、艦艇、導(dǎo)彈等載體上，載體轉(zhuǎn)動時，加速度計和陀螺儀的敏感軸指向也跟隨轉(zhuǎn)動。陀螺儀測量