智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論 課件 單元3、4 環(huán)境感知系統(tǒng)、導航系統(tǒng)與高精度地圖

單元三環(huán)境感知系統(tǒng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論學習導入

和人類駕駛員一樣，自動駕駛系統(tǒng)在做駕駛決策時需要首先明確幾個問題：我在哪兒？周邊環(huán)境如何？接下來會發(fā)生什么？知道了這幾個問題的答案后，自動駕駛系統(tǒng)才能夠做出決策：我該做什么？了解環(huán)境感知系統(tǒng)的含義及組成。掌握視覺傳感器的工作原理、性能參數(shù)和特點。掌握超聲波雷達的工作原理、性能參數(shù)和特點。掌握毫米波雷達的工作原理、性能參數(shù)和特點。掌握激光雷達的工作原理、性能參數(shù)和特點。理解不同環(huán)境感知傳感器的性能比較。理解多傳感器融合技術(shù)的含義和必要性。通過不同傳感器特性的對比分析學習，引導學生充分發(fā)掘自身的優(yōu)點，學會揚長避短。學習目標學習內(nèi)容

環(huán)境感知系統(tǒng)簡介

視覺傳感器超聲波雷達毫米波雷達激光雷達傳感器性能比較及多傳感器融合技術(shù)一、環(huán)境感知系統(tǒng)簡介環(huán)境感知系統(tǒng)相當于人的眼睛和耳朵等感覺器官，它利用視覺傳感器、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達等主要車載傳感器感知周圍環(huán)境，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的決策系統(tǒng)提供依據(jù)，是自動系統(tǒng)的首要條件，它的性能將決定智能網(wǎng)聯(lián)汽車能否適應復雜多變的交通環(huán)境。環(huán)境感知的對象包括周邊車輛、行人等各種障礙物、道路標識信息、交通標志、交通信號燈等。環(huán)境感知的對象有靜止的，如靜止的障礙物、道路標識信息、交通標志、交通信號燈等，也有移動的，如車輛、行人等移動的障礙物。對于移動的對象，不僅要檢測，還要對其軌跡進行追蹤，并根據(jù)追蹤結(jié)果，預測該對象下一步的軌跡位置。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的環(huán)境感知系統(tǒng)由信息采集模塊、信息處理模塊和信息傳輸模塊組成。信息采集模塊利用視覺傳感器、超聲波傳感器、毫米波雷達、激光雷達等各種傳感器檢測得到周邊環(huán)境的原始數(shù)據(jù)，如通過視覺傳感器采集周邊環(huán)境圖片，超聲波雷達采集距離，激光雷達采集周圍環(huán)境3D點云等。信息處理模塊對信息采集單元輸送來的原始數(shù)據(jù)信號進行運算處理，通過一定的算法對車輛和行人等障礙物、道路標識、交通標志、交通信號燈等進行識別，如對采集到的原始圖片通過算法識別出道路線、交通標志、障礙物等，在激光雷達3D點云中通過特征識別實現(xiàn)障礙物檢測等。信息傳輸模塊接收將信息處理模塊得到的障礙物、車道線、危險警示等信息，發(fā)送到車載網(wǎng)絡或無線通訊系統(tǒng)中。二、視覺傳感器（一）視覺傳感器簡介及工作原理視覺傳感器成本低，技術(shù)成熟，在車輛中被廣泛使用，從最早出現(xiàn)的倒車后視攝像頭，到環(huán)視攝像頭、車道偏離報警系統(tǒng)中的前視攝像頭，它們都屬于視覺傳感器。視覺傳感器主要由鏡頭、感光傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像處理器、圖像存儲器等組成。光線通過鏡頭的折射后，被感光傳感器（CCD或CMOS）捕獲，生成模擬圖像信號，再經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像信號，之后由圖像處理器生成壓縮圖像信號，存儲在圖像存儲器中，如圖3-1所示。

視覺傳感器通過數(shù)字化的圖像對環(huán)境信息編碼，典型的圖像編碼格式有RGB、灰度圖等，編碼的目的是使信息可以被計算機處理。智能網(wǎng)聯(lián)汽車中使用的圖像處理方法算法主要來源于計算機視覺中的圖像處理技術(shù)。圖3-1視覺傳感器工作原理

智能網(wǎng)聯(lián)汽車所用視覺傳感器的性能參數(shù)主要包括像素、幀率和視場角、動態(tài)范圍、工作溫度等。（1）像素。像素是圖像中的最小單位。在視覺傳感器中，每一個感光單元都對應著一個像素。一幅圖像中的像素個數(shù)被稱為圖像解析度。用來表示一幅圖像的像素數(shù)目越多，結(jié)果就越接近原始圖像，圖像越清晰。但攝像頭的像素越高，對于圖像處理器的硬件要求就越高，目前車載攝像頭一般選用在30萬-120萬像素之間。（2）幀率。幀率是指圖像在單位時間內(nèi)的刷新次數(shù)。在140km/h的車速下，車輛每秒會移動40m的距離，圖像傳感器采集圖像的幀率會影響到系統(tǒng)感知到環(huán)境變化的實時性。（二）視覺傳感器主要性能參數(shù)為避免獲取到兩次圖像間隔期間車輛駛過的距離過長，至少要求車載攝像頭具有不低于30frame/s的幀率，以保證在車輛行駛時獲得足夠的信息。（3）視場角。視場角是指視覺傳感器的視野范圍，也用FOV（FieldofView）來表示。由于前視攝像頭對于視距的要求較遠，所以一般采用55°左右的視場角。環(huán)視和后視攝像頭要求的視場角范圍較大，通常采用135°以上的廣角攝像頭。（4）動態(tài)范圍。當強光源照射下的高亮度區(qū)域和陰影、逆光等低亮度區(qū)域在圖像中同時存在時，攝像機輸出的圖像會出現(xiàn)明亮區(qū)域因曝光過度成為白色，而黑暗區(qū)域因曝光不足成為黑色。攝像機在同一場景中對最亮區(qū)域及較暗區(qū)域的表現(xiàn)是存在局限的，圖像中所包含的從“最暗”至“最亮”的范圍。

即攝像頭可以捕獲的光線水平范圍就是動態(tài)范圍。智能網(wǎng)聯(lián)汽車所用攝像頭需要具有高動態(tài)范圍的特性，以保證其在較暗環(huán)境及明暗差異較大的環(huán)境中都能正確識別和感知。（5）工作溫度。相比于工業(yè)級和消費級攝像頭，車載攝像頭對于工作溫度的要求更嚴格，需要在-40到80攝氏度的環(huán)境下都能夠正常工作。（6）防磁抗震性能。車輛在啟動是會產(chǎn)生較高的電磁脈沖，因此車載攝像頭必須具備較強的防磁抗震性能。（7）使用壽命。車載攝像頭的壽命要求較長，至少需要滿足8-10年以上。（三）視覺傳感器分類

視覺傳感器根據(jù)攝像頭的數(shù)量及其能夠提供的環(huán)境信息特征，可以分為單目攝像頭、雙目攝像頭和360°環(huán)視攝像頭。

單目攝像頭是利用單個攝像頭實現(xiàn)環(huán)境感知。如圖3-2所示安裝在前擋風玻璃上部的單目攝像頭，可以用于車道偏離報警系統(tǒng)中識別前方車道線，也可用于識別前方的車輛、行人等障礙物。圖3-2前視單目攝像頭

利用單目攝像頭實現(xiàn)障礙物識別，需要建立并不斷維護一個龐大的樣本數(shù)據(jù)庫，保證這個數(shù)據(jù)庫包含待識別目標的全部特征數(shù)據(jù)。單目攝像頭通過圖像匹配進行目標識別，之后再通過目標在圖像中的大小去估算目標距離。如果樣本數(shù)據(jù)庫中缺乏待識別目標的特征數(shù)據(jù)，就無法識別出目標，造成漏報?；趩文繑z像頭的障礙物識別成本低廉，且能夠識別具體障礙物的種類，但是由于其識別原理導致它識別能力受限于樣本數(shù)據(jù)庫，其沒有自學習功能。

如圖3-3所示，雙目攝像頭包含兩個具有一定位置關(guān)系的攝像頭，依靠兩個平行布置的攝像頭產(chǎn)生的視差，找到同一個物體所有的點，依賴精確的三角測距，就能夠算出攝像頭與前方障礙物的距離。視差就是從兩個點上觀察同一個目標所產(chǎn)生的差異。人類之所以能夠產(chǎn)生有空間感的立體視覺效果，就是因為兩只眼睛視差的存在。雙目攝像頭利用仿生學原理，通過標定后的雙攝像頭同步得到曝光圖像，再通過計算獲取得到二維圖像中每個像素點對應的深度信息。圖3-3雙目攝像頭

與單目攝像頭相比較，雙目攝像頭無須先識別再測量，無需維護樣本數(shù)據(jù)庫，利用視差直接計算得到距離的精度更高。但雙目攝像頭的測距精度依賴于兩個攝像頭的相對位置關(guān)系，其安裝精度和設備結(jié)構(gòu)剛性要求高。此外，雙目攝像頭實現(xiàn)距離測算所需的計算量很大，對硬件的要求高。

如圖3-4所示，360°環(huán)視攝像頭通常包含四個魚眼攝像頭，分別安裝在車輛前方、左右側(cè)面、后方。首先將四個魚眼攝像頭采集到的原始圖像進行矯正畸變和逆透視變換，相鄰攝像頭采集到的圖像中會有重合區(qū)域，通過對齊重合區(qū)域，可以將四副圖像進行拼接剪裁，最終得到車身360°環(huán)視圖像。圖3-4360°環(huán)視攝像頭安裝位置（四）視覺傳感器特點及應用現(xiàn)狀視覺傳感器可以采集到最近接人眼獲取的周邊環(huán)境信息，具有以下優(yōu)點：（1）成本低，技術(shù)成熟。（2）采集到圖像的信息量豐富。它不僅包含有視野內(nèi)物體的距離信息，而且還包含了該物體的顏色、紋理和形狀等信息，可實現(xiàn)對交通標志的識別，對車道線的識別，對停車線的識別等。這是視覺傳感器和雷達傳感器相比的一大優(yōu)勢。（1）受到光線、天氣條件影響較大，在惡劣的天氣和類似隧道的昏暗環(huán)境中其性能大大降低。（2）利用視覺傳感器實現(xiàn)物體識別通常需要基于機器學習資料庫，需要的訓練樣本量較大，訓練周期也較長，且難以識別出非標準障礙物。目前，視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中被廣泛使用于車道偏離預警、交通標志識別、行人碰撞預警、駕駛員疲勞監(jiān)測等系統(tǒng)。在車道偏離預警系統(tǒng)中，通過前視攝像頭，檢測前方車道線，當車輛即將偏離車道線時，系統(tǒng)發(fā)出警告提示駕駛員。在交通標志識別系統(tǒng)中，利用前視攝像頭識別前方的交通標志，并給與駕駛員適當提示。在行人碰撞預警系統(tǒng)中，利用前視攝像頭標記識別前方道路行人，在可能發(fā)生碰撞時發(fā)出警報。在駕駛員疲勞監(jiān)測系統(tǒng)中，當車速超過一定閾值時系統(tǒng)被激活，通過圖像分析對駕駛員的面部和眼睛特征進行疲勞評估，如果系統(tǒng)監(jiān)測到駕駛員正在疲勞駕駛，會提示駕駛員適當休息。視覺傳感器也存在其固有的缺點三、超聲波雷達發(fā)聲體產(chǎn)生的振動在空氣或其他物質(zhì)中的傳播叫做聲波。人能夠聽見的聲波的頻率在20到20000Hz之間，我們把頻率小于20Hz的聲波稱為次聲波，頻率大于20000Hz的聲波稱為超聲波。超聲波是一種頻率大于20000赫茲的聲波，超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應，超聲波的方向性好，反射能力強，可用于測距、測速、清洗、焊接、碎石、殺菌消毒等。超聲波雷達是汽車上常用的一種傳感器，可以探知車輛周圍的障礙物情況，在泊車、倒車和起動車輛時，幫助駕駛員消除盲點和視線模糊障礙，有助于提高行車安全性。如圖3-5和3-6所示。圖3-5超聲波傳感器圖3-6超聲波雷達用于倒車輔助

超聲波傳感器是將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其他能量信號（通常是電信號）的傳感器。超聲波雷達的工作原理是利用傳感器中的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40kHz的超聲波，然后接收探頭接收障礙物反射的超聲波，根據(jù)時間差計算出與障礙物的距離，如圖3-7所示。超聲波雷達的超聲波發(fā)生器和接收探頭安裝在同一面上，在有效的檢測距離內(nèi)，發(fā)生器發(fā)射特定頻率的超聲波，遇到檢測面反射回部分超聲波，接收探頭接收返回的超聲波，由芯片記錄聲波的往返時間t，超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，所以發(fā)射點與障礙物表面之間的距離L可以根據(jù)時間t進行計算，計算公式如下：L=(t×340)/2圖3-7超聲波雷達工作原理（二）超聲波雷達主要性能參數(shù)（1）測距范圍。超聲波傳感器的測量范圍取決于其使用的波長和頻率，波長越長，頻率越小，能探測到的距離越長。安裝在車身前方和后方，用于測量車輛前后障礙物的短距超聲波雷達的測距范圍一般為0.15-2.5m。安裝在車身左右兩側(cè)用于測量側(cè)方障礙物的長距超聲波雷達的測距范圍一般為0.30-5m，目前也出現(xiàn)了測距范圍超過7m的側(cè)方超聲波雷達開始投入應用。（2）測量精度。測量精度反映了超聲波雷達測量出的距離與真實距離之間的偏差大小，測量精度越高，超聲波雷達返回的距離值就越精確可靠。超聲波傳感器測量精度不僅與超聲波雷達自身的工藝、結(jié)構(gòu)有關(guān)，還會受到被天氣情況、測物體體積、表面形狀、表面材料等影響。

被測物體體積過小、表而形狀凹凸不平、物體材料吸收聲波等情況都會降低超聲波雷達的測量精度。（3）波束角。超聲波雷達產(chǎn)生的聲波以一定角度向外發(fā)出，聲波沿傳感器中軸線方向上的超聲射線能量最大，能量向其他方向逐漸減弱。以傳感器中軸線的延長線為軸線，到一側(cè)能量強度減小一半處的角度稱為波束角。具有6°較窄的波束角的超聲波雷達，適合精確測量相對較小的物體；而波束角為12°至15°的超聲波雷達能夠檢測具有較大傾角的物體。在實際使用過程中，需要根據(jù)使用條件和功能需求選擇合適大小的波束角。（4）工作頻率。工作頻率直接影響超聲波的擴散和吸收損失、障礙物反射損失、背景噪聲，并直接決定傳感器的尺寸。

通常選擇在40kHz左右，這樣超聲波雷達的方向性尖銳，避開了噪聲，提高了信噪比，雖然傳播損失相對低頻有所增加，但尚未給發(fā)射和接收帶來困難。（5）抗干擾性能。超聲波是一種機械波，使用環(huán)境中的噪聲會干擾超聲波雷達接收物體反射回來的超聲波，所以超聲波雷達需要具備一定的抗干擾能力。（三）超聲波雷達的分類

汽車上使用的超聲波雷達主要分為UPA和APA兩大類。UPA一般安裝在車身的前部與后部，測量車輛與前后方障礙物之間的距離。APA一般安裝在車身側(cè)面，獲得車位的寬度和深度以及車輛的相對位置等信息。如圖3-8所示，APA與UPA的測距范圍不同，APA是一種遠程超聲波雷達，測距范圍通常為0.30-5m，可覆蓋一個停車位；UPA是一種短程超聲波雷達，測距范圍通常為0.15-2.5m。APA與UPA的波束角和工作頻率也有差異，APA的波束角通常比UPA小，APA方向性強，探頭波的傳播性能優(yōu)于UPA，不易受到其他APA和UPA的干擾。圖3-8UPA和APA超聲波雷達（四）超聲波雷達特點及應用現(xiàn)狀（1）成本低，結(jié)構(gòu)簡單，體積較小，易于小型化和集成化。（2）和視覺傳感器相比，對障礙物的色彩不敏感，也不受光線條件的影響?？捎糜谧R別透明、半透明的物體，在夜晚等光照條件較弱的環(huán)境中也可正常使用。（3）防水、防塵性能好。但由于超聲波雷達采用的是機械波，所以它也有其局限性：（1）對溫度敏感。超聲波雷達的波速受溫度影響而變化，因此其測量精度與溫度相關(guān)。（2）當汽車高速行駛時，超聲波測距可能無法跟上車距的變化，測得的距離誤差較大。（3）超聲波散射角大，方向性較差，在測量較遠距離的目標時，其回波信號會比較弱，也會影響測量精度。超聲波雷達具體以下諸多優(yōu)點：

在短距離低速測距中，超聲波雷達有著很大的優(yōu)勢。目前，超聲波雷達被廣泛應用于倒車輔助系統(tǒng)和自動泊車系統(tǒng)中。

超聲波雷達的基礎應用是倒車輔助系統(tǒng)，通常需要在車身后側(cè)安裝4個UPA雷達，用以在倒車過程中探測周邊障礙物距離，控制器接收到超聲波雷達返回的障礙物距離信息后，根據(jù)距離的大小，通過算法判斷是否給以駕駛員聲音警示或顯示器上的圖形文字警示，從而幫助駕駛員掃除視野死角，更加輕松地完成倒車操作，提高駕駛安全性。

自動泊車系統(tǒng)通常需要在車身前后兩側(cè)各安裝4個UPA雷達，在車身左右兩側(cè)各安裝2個APA雷達。泊車位的檢測依靠車身左右兩側(cè)的APA雷達來完成，UPA雷達主要用于檢測車輛與周邊障礙物距離，以保證自動泊車過車中的行駛安全。四、毫米波雷達（一）毫米波雷達簡介及工作原理

毫米波是一種波長在1-10mm電磁波，其介于厘米波與光波之間，對應的頻率范圍為30-300GHz。毫米波雷達工作在毫米波頻段，通過發(fā)射無線電信號并接收反射信號來測量車輛與物體之間的距離、相對速度和方位角。圖3-9所示為一毫米波雷達實物。圖3-9毫米波雷達

毫米波雷達通過發(fā)射和接收無線電波（毫米波）的時間差來測算目標物的相對距離。距離計算公式為：s=ct/2，其中s為雷達與目標物的相對距離，t為從雷達發(fā)射出電磁波到接收到回波之間的時間差，c為光速。

毫米波雷達基于多普勒效應實現(xiàn)雷達與目標物的相對速度。多普勒效應是指：當聲音、光和無線電波等振動源與觀測者之間有相對運動時，觀測者所收到的振動頻率與振動源所發(fā)出的頻率有不同，如圖3-10所示。圖3-10毫米波雷達工作原理

當發(fā)射的電磁波和被探測目標存在相對運動時，回波的頻率會和發(fā)射波的頻率不同。當目標向雷達天線靠近時，反射信號頻率將高于發(fā)射信號頻率；反之，當目標遠離天線而去時，反射信號頻率將低于發(fā)射信號頻率。由多普勒效應所形成的頻率變化叫做多普勒頻移，它與相對速度v成正比，與振動的頻率成反比。通過檢測這個頻率差，可以測得目標物相對于雷達的移動速度，也就是目標物與雷達的相對速度。毫米雷達通過并列天線的相位差測量目標物相對于毫米波雷達的方位角。毫米波雷達的發(fā)射天線發(fā)射出毫米波，遇到目標物后被反射回來，通過毫米波雷達并列的接收天線，通過收到同一監(jiān)測目標反射回來的毫米波的相位差，就可以計算出被監(jiān)測目標的方位角。（二）毫米波雷達主要性能參數(shù)

毫米波雷達的性能參數(shù)主要包括工作范圍、檢測精度、多目標區(qū)分能力這幾個方面，具體來講，包括以下幾點。（1）工作范圍：a.最大工作距離：毫米波雷達能夠檢測到目標物的最大距離范圍。b.最大測量速度：毫米波雷達能夠檢測到的最大相對速度。c.最大視角：毫米波雷達能夠檢測到目標物的最大視角范圍。（2）檢測精度：a.測距精度：毫米波雷達測量目標物的距離能達到的測量精度。b.測速精度：毫米波雷達測量目標物的相對速度能達到的測量精度。c.方位精度：毫米波雷達測量目標物的方位角能達到的測量精度。a.距離分辨率：毫米波雷達通過距離差異，能夠區(qū)分出不同目標物的最小距離差，反應毫米波雷達在距離維度分辨出兩個目標物的能力。b.速度分辨率：毫米波雷達區(qū)分出同一位置的不同目標物的最小速度差，反應毫米波雷達在速度維度分辨出兩個目標物的能力。c.角度分辨率：毫米波雷達區(qū)分出相同距離和速度的不同目標物的最小角度差，反應毫米波雷達在角度維度分辨出兩個目標物的能力。在實際情況中，由于距離、速度分辨率較高，目標一般可以在距離和速度維區(qū)分開。（3）多目標區(qū)分能力:(1)根據(jù)探測距離的不同，毫米波雷達可分為短程（ShortRangeRadar,SRR)、中程（MiddleRangeRadar,MRR)和遠程（LongRangeRadar,LRR)毫米波雷達。短程毫米波雷達探測距離通常小于60m；中程毫米波雷達探測距離一般為100m左右；遠程毫米波雷達探測距離一般大于200m。(2)根據(jù)采用的毫米波頻段不同，毫米波雷達可以分為24GHz、60GHz、77GHz和79GHz毫米波雷達，其中主流可用頻段為24GHz和77GHz。24GHz雷達的最大探測距離比77GHz短，但其探測角度比77GHz大，所以24GHz通常用于中程、短程探測，如盲點檢測（BSD）系統(tǒng)等，而77GHz通常用于遠程探測，如自適應巡航（ACC）系統(tǒng)等。77GHz毫米波雷達的檢測精度通常高于24GHz毫米波雷達，體積也比24GHz雷達小，不過77GHz雷達所需生產(chǎn)制造工藝也比24GHz高。（三）毫米波雷達分類根據(jù)毫米波雷達探測距離和頻段的不同，可以對毫米波雷達進行分類。（四）毫米波雷達特點及應用現(xiàn)狀

毫米波雷達不受天氣的影響，具有全天候、全天時的工作特性，即使是在最惡劣的天氣和光照條件下也能正常工作，穿透煙霧的能力很強。與超聲波雷達相比，毫米波雷達探測距離更遠（可達200m以上），探測精度也更高。和其他雷達類傳感器相同，毫米波雷達測距不受到光照條件、物體顏色的影響。

毫米波雷達被廣泛應用于自適應巡航控制、前向碰撞預警、自動緊急制動、盲區(qū)監(jiān)測等系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)需要的探測范圍，毫米波雷達可能被安裝在車輛的前部、車身側(cè)面或車輛后部等不同的位置，根據(jù)系統(tǒng)需要達到的探測距離大小，可以選擇不同的短程、中程或遠程毫米波雷達。

在自適應巡航控制、前向碰撞預警和自動緊急制動系統(tǒng)中，通過安裝在車頭的毫米波雷達（如圖3-11所示），系統(tǒng)可以檢測出車輛前方障礙物的距離、方位和相對速度，輸入給后續(xù)決策模塊，為車輛加減速控制提供依據(jù)。圖3-11安裝在車頭的毫米波雷達

如圖3-12所示，在盲點監(jiān)測系統(tǒng)中，通過安裝在車輛側(cè)面的毫米波雷達，實時監(jiān)測后視鏡盲區(qū)范圍內(nèi)是否有車輛靠近，當盲區(qū)里有車輛靠近時，監(jiān)測系統(tǒng)就會通過聲音、燈光等方式提醒駕駛員，提高了行駛安全性。圖3-12盲點檢測系統(tǒng)五、激光雷達（一）激光雷達簡介及工作原理

激光雷達是一種光學雷達（LightDetectionAndRanging,LIDAR），它工作在光波頻段，通過向目標發(fā)射激光，然后根據(jù)接收到反射激光的時間間隔計算出目標物體的距離。

激光雷達的工作原理主要包括TOF(時間飛行法)、三角法、相位法、調(diào)頻連續(xù)波方法這幾種。TOF是Time

off

light的簡寫，直譯為飛行時間。激光雷達飛行時間法測距，是指激光器給目標連續(xù)發(fā)送光脈沖，由計時器記錄下出射的時間，回返光經(jīng)接收器接收，由計時器記錄下回返的時間。通過激光光脈沖的飛行（往返）時間，乘以光速得到目標物距離，如圖3-13所示。圖3-13TOF原理

三角法測距的原理如圖3-14所示，激光器發(fā)射的激光照射到物體后，反射光由線性CCD接收，由于激光器和探測器間隔了一段距離，依照光學路徑，不同距離的物體將會成像在CCD上不同的位置。按照三角公式進行計算，推導出被測物體的距離。圖3-14三角法原理

相位法利用激光雷達發(fā)射的光波和返回光波之間所形成的相位差來測量距離的。首先，利用調(diào)制信號對發(fā)射光波的光強進行調(diào)制，激光器發(fā)出調(diào)制后的一個正弦波的光束，通過接收系統(tǒng)接收經(jīng)過障礙物反射回來的激光，通過發(fā)射和返回的正弦波光束之間的相位差來計算出待測距離，如圖3-15所示。圖3-15相位法原理

圖3-16所示為一典型的調(diào)頻連續(xù)波激光雷達工作原理，首先采用線性調(diào)頻信號調(diào)制激光，線性調(diào)頻光信號經(jīng)由光學分束器進行分束，其中一路作為參考光信號，另一路作為探測信號由光學系統(tǒng)照射到目標表面，通過比較反射光信號和參考光信號的瞬時頻率差獲得目標距離信息。此外，還可利用多普勒效應得到目標物體的速度。圖3-16調(diào)頻連續(xù)波原理（二）激光雷達主要性能參數(shù)激光雷達主要指標有測距精度、最大探測距離、視場角、角度分辨率、測量幀頻等。（1）測距精度。測距精度是指同一目標進行重復測量得到的距離值之間的誤差范圍，反映了激光雷達測量得到的目標物距離的精確度。（2）最大探測距離。最大探測距離是指激光雷達能夠測量到的最遠距離，通常需要基于某一個反射率下進行標注，如白色物體約70%反射率，黑色物體7%-20%反射率。（3）視場角。視場角包括垂直視場角和水平視場角兩個方面，反應激光雷達的成像范圍。（4）角度分辨率。角度分辨率是指激光雷所采集數(shù)據(jù)的角度分辨率，它等于視場角除以該方向所采集的點云數(shù)目。（5）測量幀頻。測量幀頻與激光雷達生成的點云圖的刷新頻率，刷新率越高，其響應速度越快。（三）激光雷達分類根據(jù)有無機械旋轉(zhuǎn)部件，可將激光雷達分為機械激光雷達和固態(tài)激光雷達。（1）機械激光雷達。機械激光雷達帶有控制激光發(fā)射角度的旋轉(zhuǎn)部件，依靠旋轉(zhuǎn)部件來控制激光發(fā)射的角度，一般置于汽車頂部（如圖3-17所示），可對道路、橋梁、護欄、立交橋、隧道等基礎設施、車輛、自行車、行人等障礙物進行三維逐點掃描，形成三維激光雷達掃描點云地圖，反映出周邊環(huán)境物體的輪廓和位置信息，具有360°視場，可以360°感知周圍環(huán)境。機械激光雷達的測量精度相對較高，但其體積較大，安裝較為復雜，價格昂貴。圖3-17機械式激光雷達（2）固態(tài)激光雷達。固態(tài)激光雷達內(nèi)部沒有機械旋轉(zhuǎn)部件，依靠電子部件來控制激光發(fā)射角度，其尺寸比機械激光雷達小，可以安裝在車體內(nèi)，如圖3-18所示。具有數(shù)據(jù)采集速度快、分辨率高、對溫度和振動適應性強等優(yōu)點。圖3-18固態(tài)激光雷達

根據(jù)激光雷達發(fā)出的激光線束數(shù)量的多少，可以將激光雷達分為單線束激光雷達與多線束激光雷達。（1）單線束激光雷達。單線束激光雷達掃描一次只能產(chǎn)生一條掃描線，得到的數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)，無法區(qū)分目標物體的三維信息。單光束激光雷達具有測量速度快、數(shù)據(jù)處理量少的特點，其在安全防護、地形測繪等領域得到了廣泛的應用。（2）多線束激光雷達。多線束激光雷達掃描一次可以產(chǎn)生多條掃描線，目前市場上的多線束激光雷達產(chǎn)品主要包括4線束、8線束、16線束、32線束、64線束等，細分可分為2.5D激光雷達和3D激光雷達，它們最大的區(qū)別在于激光雷達垂直視野的范圍，2.5D激光雷達垂直視野范圍一般不超過10°,3D激光雷達可達到30°甚至40°以上，因此它們在汽車上的安裝位置要求有所不同。激光雷達的線束越高，其采集到的點云數(shù)據(jù)越多，信息越豐富。圖3-19中上方圖片為Velodyne128線激光雷達采集到點云數(shù)據(jù)，下方圖片為的和Velodyne64線激光雷達采集到的點云數(shù)據(jù)，通過對比可以看出，128線激光雷達生成的點云數(shù)據(jù)明顯比64線激光雷達多，對周圍物體輪廓的反應更清晰。圖3-19128線與64線激光雷達點云比較（四）激光雷達的特點及應用現(xiàn)狀

激光雷達具有測量精度高、不受外界光照條件影響、抗干擾能力強優(yōu)點。（1）測量精度高。激光雷達的使用的波長集中在600-1000nm之間，低于超聲波和毫米波雷達的波長，雷達具有波長越短測量精度越高的特點，激光雷達的測量精度比超聲波雷達和毫米波雷達都高。（2）不受外界光照條件影響。與超聲波雷達和毫米波雷達相同，激光雷達的工作不受外界光照條件的影響。（3）抗干擾能力強。激光波長短，光束窄，發(fā)散角非常小，直線傳播和方向性好。與微波雷達易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同，自然界中能對激光雷達起干擾作用的信號源不多。微波雷達由于存在各種地物回波的影響,低空存在有一定區(qū)域的盲區(qū)(無法探測的區(qū)域)，激光雷達可以“零高度”工作，低空探測性能好。（1）成本較高。目前激光雷達造價較為昂貴，一定程度上限制了激光雷達的大規(guī)模產(chǎn)業(yè)化使用。（2）激光雷達采集到的數(shù)據(jù)量大，對處理器硬件的要求高。（3）激光雷達工作時會受天氣和大氣的影響?？諝庵械乃楹推渌麘腋∥锒紩す饫走_的探測距離和精度造成影響。激光一般在晴朗的天氣里衰減較小，傳播距離較遠。而在大雨、濃煙、濃霧等壞天氣里，衰減急劇加大，傳播距離大受影響。此外，大氣環(huán)流還會使激光光束發(fā)生畸變、抖動，直接影響激光雷達的測量精度。激光雷達也具有如下缺點：

激光雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領域的主要應用包括障礙物檢測、加強定位、和智能交通信號控制系統(tǒng)中的車流量信息監(jiān)測。

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中，可以利用激光雷達實現(xiàn)障礙物檢測。和利用攝像頭（機器視覺）實現(xiàn)障礙物檢測的方法相比，激光雷達在深度（距離）信息的檢測準確性上更為出色。利用機器視覺實現(xiàn)障礙物檢測有一個較難解決的問題是判斷物體的距離，基于單一攝像頭抓取的二維圖像無法得到準確的位置信息，而基于雙目攝像頭有需要實時處理大量的數(shù)據(jù)量，那一滿足實時性的要求。此外，攝像頭收到光照條件的影響，在隧道或者夜晚的檢測性能很差。

激光雷達加強定位是指利用激光雷達和高精度地圖對全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GNSS）和慣導（IMU）得到的位置信息進行進一步校正加強。

智能網(wǎng)聯(lián)汽車在接收GNSS和IMU返回的自身車輛位置信息基礎上，再利用激光雷達生成的周圍環(huán)境點云信息和高精度地圖作比較，可以進一步校正GNSS和IMU的位置信息，對車輛進行更加精確地定位。

在交通路口的信號控制系統(tǒng)中，將三維激光掃描儀安裝在地面，對道路進行持續(xù)掃描，可以獲得道路上的實時動態(tài)、高精度的車流量數(shù)據(jù)，利用這些車流量數(shù)據(jù)可以獲取道路車輛到達信息，彌補視頻檢測和監(jiān)控的不足。智能交通信號控制系統(tǒng)在獲取實時的交通模型和車流量信息，并檢測車輛排隊長度后，可以預測未來的短期交通流趨勢，從而實時調(diào)整周期、綠燈信比和相位差以適應交通流，減少擁堵，降低延誤，提高道路通行能力，實現(xiàn)交通信號控制的智能化。六、傳感器性能比較及多傳感器融合技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車利用多種傳感器進行環(huán)境感知，所用到的傳感器主要包括視覺傳感器、超聲波雷達、毫米波雷達和激光雷達。各種傳感器在成本、遠距離探測能力、光照條件適應性等方面的性能比較如表3-1所示。性能比較視覺傳感器超聲波雷達毫米波雷達激光雷達低成本優(yōu)優(yōu)中較差遠距離探測能力中較差優(yōu)優(yōu)光照條件適應性較差優(yōu)優(yōu)優(yōu)雨雪等不良天氣適應性較差中優(yōu)較差溫度穩(wěn)定性較差優(yōu)優(yōu)優(yōu)道路標識識別能力優(yōu)無無無表3-1不同傳感器性能比較

通過上表比較可知，各種傳感器性能各異，各有優(yōu)劣。

超聲波傳感器：結(jié)構(gòu)簡單、體積小、成本低，但測量精度受測量物體表面形狀、材質(zhì)的影響大，其主要應用于短距離探測物體。毫米波雷達：受光照和天氣因素影響較小，具有較強的穿透霧、煙、灰塵的能力，測距精度高，但難以識別車道線、交通標志等元素，由于行人的反射波較弱，也難以探測。激光雷達：能夠獲取物體的三維信息，測量精度高，對光照環(huán)境變化不敏感，抗干擾能力強，但是其成本較高，檢測能力受到雨雪等惡劣天氣的影響較大。視覺傳感器成本低，在車道線識別和行人識別的準確度等方面有優(yōu)勢，是實現(xiàn)車道偏離預警、交通標志識別等功能不可缺少的傳感器，但其測距精度不如毫米波雷達，并且對光照、天氣等條件很敏感，在夜晚或光照條件較弱的環(huán)境下檢測性能大大下降。

車輛的行駛環(huán)境復雜多變，很難使用單一傳感器實現(xiàn)智能駕駛在所有工況下的環(huán)境感知，因此我們采用多傳感器融合技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境感知是必要的。多傳感器融合就是將多個傳感器采集的數(shù)據(jù)集中在一起綜合分析，以便更加準確和可靠地描述外界環(huán)境。多傳感器融合的基本原理與人腦對環(huán)境信息的綜合處理過程類似。

人類對外界環(huán)境的感知是通過將眼睛、耳朵、鼻子和四肢等多種感官探測的信息傳輸至人腦，并與先驗知識進行綜合，以便對其周圍的環(huán)境和正在發(fā)生的事件做出快速準確的評估。人類的感官相當于各種傳感器，人類的大腦相當于信息融合中心，人類的先驗知識相當于數(shù)據(jù)庫。

在選擇環(huán)境感知傳感器時，需要綜合考慮傳感器多個方面的屬性，結(jié)合這些屬性特點和所需實現(xiàn)的自動駕駛功能需求，從多種傳感器中綜合考慮加以選取，這些傳感器在各自的約束條件下能夠發(fā)揮各自最優(yōu)的性能，大大提高目標檢測的精度。通過傳感器信息融合技術(shù)，彌補單個傳感器的缺陷，對各種傳感器進行多層次、多空間的信息互補和優(yōu)化組合處理，利用多個傳感器相互協(xié)同操作的優(yōu)勢，提高整個智能駕駛系統(tǒng)的安全性和可靠性?！締卧〗Y(jié)】本章首先介紹了智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知系統(tǒng)的含義及組成，之后分別介紹了視覺傳感器、超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達的工作原理、性能參數(shù)、分類、特點和應用現(xiàn)狀，最后對各傳感器的性能特點進行了比較，并介紹了多傳感器融合技術(shù)的含義、必要性和優(yōu)勢?！菊n后習題】一、填空題1.

是圖像中的最小單位。

是指圖像在單位時間內(nèi)的刷新次數(shù)。

是指視覺傳感器的視野范圍2.智能網(wǎng)聯(lián)汽車所用攝像頭需要具有

的特性，以保證其在較暗環(huán)境及明暗差異較大的環(huán)境中都能正確識別和感知。3.超聲波雷達的工作原理是利用傳感器中的超聲波發(fā)生器產(chǎn)生40kHz的超聲波，然后接收探頭接收障礙物反射的超聲波，根據(jù)

計算出與障礙物的距離。4.毫米波是一種波長在1-10mm

波，其介于厘米波與光波之間，對應的頻率范圍為30-300GHz。5.激光雷達的工作原理主要包括

、

、

、

方法這幾種。6.根據(jù)有無機械旋轉(zhuǎn)部件，可將激光雷達分為

和

。7.根據(jù)激光雷達發(fā)出的激光線束數(shù)量的多少，可以將激光雷達分為

與

。8.車輛的行駛環(huán)境復雜多變，很難使用單一傳感器實現(xiàn)智能駕駛在所有工況下的環(huán)境感知，因此我們采用

技術(shù)來實現(xiàn)環(huán)境感知是必要的。二、選擇題1.雙目攝像頭包含兩個具有一定位置關(guān)系的攝像頭，依靠兩個平行布置的攝像頭產(chǎn)生的

，找到同一個物體所有的點，依賴精確的三角測距，就能夠算出攝像頭與前方障礙物的距離。A．顏色差異B.視差C.亮度差異D.大小差異2.

的檢測性能受到光線影響很大。A．超聲波雷達B.毫米波雷達C.激光雷達D.攝像頭3.在短距離低速測距中，

有著很大的優(yōu)勢。A．超聲波雷達B.毫米波雷達C.激光雷達D.攝像頭不受天氣的影響，具有全天候、全天時的工作特性，即使是在最惡劣的天氣和光照條件下也能正常工作，穿透煙霧的能力很強。A．超聲波雷達B.毫米波雷達C.激光雷達D.攝像頭5.

發(fā)射的波長短，光束窄，發(fā)散角非常小，直線傳播和方向性好，自然界中能對其起干擾作用的信號源不多。A．超聲波雷達B.毫米波雷達C.激光雷達D.攝像頭三、簡答題1.請列舉視覺傳感器、超聲波雷達、毫米波雷達和激光雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應用實例。2.請簡述智能網(wǎng)聯(lián)汽車中使用多傳感器融合技術(shù)的必要性及其優(yōu)勢。導航系統(tǒng)與高精度地圖智能網(wǎng)聯(lián)汽車概論單元41.了解并掌握全球定位導航系統(tǒng)的基本原理，探討全球定位導航系統(tǒng)在自動駕駛汽車上的運用。2.了解并掌握高精度地圖的基本原理，采集方式及其應用。3.通過我國北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的學習，分析定位系統(tǒng)與國家安全的關(guān)系，培養(yǎng)學生形成“科學沒有國界，但科學家有國界”的意識，激發(fā)學生的為祖國的發(fā)展而奮斗的愛國情懷。學習目標學習內(nèi)容導航定位系統(tǒng)高精度地圖0102全球定位系統(tǒng)差分全球定位系統(tǒng)北斗導航定位系統(tǒng)慣性導航定位系統(tǒng)車載導航定位系統(tǒng)蜂窩無線定位技術(shù)高精度地圖的定義高精度地圖的數(shù)據(jù)采集與生成高精度地圖的應用導航系統(tǒng)

導航定位系統(tǒng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車需要通過定位技術(shù)準確感知自身在全局環(huán)境中的相對位置以及所要行駛的速度、方向、路徑等信息。定位技術(shù)主要有衛(wèi)星定位、車載導航定位、蜂窩無線定位等。其中以衛(wèi)星為基礎的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)，由于有天體導航覆蓋全球的優(yōu)點，所以從出現(xiàn)至今一直得到人們的重視。美國的全球定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯的格洛納斯（GALILEOGPS)、歐洲空間局的（GLONASS）、我國的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)（BDS）。各國的導航系統(tǒng)：種類：作用：（一）全球定位系統(tǒng)GPSGPS是由導航衛(wèi)星、地面監(jiān)控設備和GPS用戶組成的導航衛(wèi)星是由分布在6個地球橢圓軌道平面上的21顆工作衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星組成，相鄰軌道之間的衛(wèi)星彼此呈30°，每個軌道面上都有4顆衛(wèi)星，在距離地球17700km的髙空上進行監(jiān)測組成：GPS原理：GPS定位原理是根據(jù)三角測量定位來實現(xiàn)的，并且同時利用相關(guān)技術(shù)獲取觀測值。在相關(guān)接收中，衛(wèi)星鐘用來控制衛(wèi)星發(fā)射的偽隨機信號，本地時鐘用來控制用戶接收機的偽隨機信號，兩者之間有比較大的時差。果已知某點和三個點的距離，就可以確定這個點。(實際上是兩個點，和三個點形成的面對稱分布)這三個點假設是衛(wèi)星，衛(wèi)星不斷的通過電磁廣播發(fā)射自己的坐標和衛(wèi)星當前時間，你的手機是接收機，能接受到這個信號，并且能解碼廣播信息計算出時間差，也就是能得到你和衛(wèi)星的距離。假設衛(wèi)星的坐標分別為(x1,y1,z1),(x2,y2,z2),(x3,y3,z3),電磁信號的速度為c,手機的坐標為(x,y,z),時間差分別為（Δt1,Δt2,Δt3)其中x,y,z未知，其余參數(shù)已知，有如下方程組：三個方程，三個未知數(shù)，就可以解出x,y,z。GPS

實際上衛(wèi)星的時間很精確，因為自帶原子鐘，還有一套矯正算法，你的手機是一個簡單的晶體振蕩器，很不精確，因為c很大，誤差就比較大，假設你的手機的時間是未知的t，就是加了一個未知數(shù)，必須要增加一個方程才行。四個未知數(shù)，四個方程，就可以解出x,y,z,t。所以需要四個衛(wèi)星假設衛(wèi)星的坐標分別為（x1,y1,z1）,（x2,y2,z2）,（x3,y3,z3）,（x4,y4,z4）,電磁信號的速度為c,手機的坐標為(x,y,z)，四個衛(wèi)星的時間分別為t1,t2,t3,t4，手機的時間為t,x,y,z,t未知，其余參數(shù)已知,有如下方程組：解出方程得到xyz即為位置信息。GPS的特點①能夠全球全天候定位②覆蓋范圍廣，能夠覆蓋全球98%的范圍

③定位精度高

④觀測時間短

⑤可提供全球統(tǒng)一的三維地心坐標，可同時精確測定測站平面位置和大地高程。⑥測站之間無需通視，只要求測站上空開闊（二）差分全球定位系統(tǒng)為了提高GPS定位精度，可以采用差分全球定位系統(tǒng)進行車輛的定位。差分全球?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)在GPS的基礎上利用差分技術(shù)使用戶能夠從GPS系統(tǒng)中獲得更高的精度。DGPS系統(tǒng)由基準站、數(shù)據(jù)傳輸設備和移動站組成差分全球定位系統(tǒng)根據(jù)DGPS基準站發(fā)送的信息方式可將DGPS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，都是由基準站發(fā)送改正數(shù)，由移動站接收并對其測量結(jié)果進行改正，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。原理：（1）位置差分：位置差分要求基準站和移動站觀測同一組衛(wèi)星。適用于用戶與基準站間距離在100km以內(nèi)的情況。（2）偽距差分;與位置差分相似，偽距差分能將兩站公共誤差抵消，但隨著用戶到基準站距離的增加又出現(xiàn)了系統(tǒng)誤差，這種誤差用任何差分法都是不能消除的。用戶和基準站之間的距離對精度有決定性影響。（3）相位差分：相位差分技術(shù)是建立在實時處理兩個測站的載波相位基礎上的，它能實時提供觀測點的三維坐標，并達到厘米級的高精度。（三）北斗導航定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)是中國自行研制開發(fā)的區(qū)域性有源三維衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，是繼美國的GPS、俄羅斯的GLONASS之后第三個成熟的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)。北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)致力于向全球用戶提供高質(zhì)量的定位、導航和授時服務，其建設與發(fā)展則遵循開放性、自主性、兼容性、漸進性這4項原則。組成：北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)由空間段、地面段和用戶段三部分組成空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星地面段包括主控站、注人站和監(jiān)測站等若干個地面站用戶段由北斗用戶終端以及與美國GPS、俄羅斯的GLONASS、歐洲的GALILEO等其他衛(wèi)星導航系統(tǒng)兼容的終端組成。北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)的功能(1)短報文通信北斗系統(tǒng)用戶終端具有雙向報文通信功能，用戶可以一次傳送4060個漢字的短報文信息。(2)精密授時北斗系統(tǒng)具有精密授時功能，可向用戶提供20100ns時間同步精度。(3)定位精度水平精度100m(la),設立標校站之后為20m(類似差分狀態(tài)h工作頻率為2491.75MHz)。(4)最大用戶數(shù)每小時540000戶。北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時為各類用戶提供高精度、高可靠定位、導航、授時服務，并具有短報文通信能力，已經(jīng)初步具備區(qū)域?qū)Ш?、定位和授時能力。（四）慣性導航定位系統(tǒng)慣性導航系統(tǒng)是一種不依賴于外部信息，也不向外部輻射能量的自主式導航系統(tǒng)。其主要由慣性測量單元、信號預處理和機械力學編排3個模塊組成。信號預處理部分對慣性測量單元輸出信號進行信號調(diào)理、誤差補償并檢査輸出量范圍等，以確保慣性測量單元正常工作慣性導航定位系統(tǒng)一個慣性測量單元包括3個相互正交的單軸加速度計（Accelerometer)和3個相互正交的單軸陀螺儀慣性導航定位系統(tǒng)平臺式慣性導航系統(tǒng)是將陀螺儀和加速度計等慣性測量單元通過支架平臺與載體固連的慣性導航系統(tǒng)。慣性導航系統(tǒng)利用載體先前的位置、慣性測量單元測量的加速度和角速度來確定其當前位置。其中，速度v和偏移量5都可以通過對加速度a的積分得到。如下式所示，加速度a經(jīng)過積分得到速度v經(jīng)過二重積分得到偏移量s。相反，速度和加速度也可過通過對位移的微分而估算得到。慣性導航定位系統(tǒng)慣性導航定位基于一個簡單的原理，那就是位置的差異可以由一個加速度的雙重積分得到，可以被描述為在一個穩(wěn)定坐標系下并且被明確定義的與時間相關(guān)的函數(shù)，可表述為：式中,s為初始位置，a,是在規(guī)定的坐標系中的慣性測量單元測量得到的沿運動方向的加速度。原理：（五）車載導航定位系統(tǒng)車載導航定位系統(tǒng)通常包括定位模塊、數(shù)字地圖和無線通信模塊等。

車輛航位推算（DeadReckoning,DR)：利用載體上某一時刻的位置。根據(jù)航向和速度信息，推算得到當前時刻的位置。即根據(jù)實測的汽車行駛距離和航向計算其位置和行駛軌跡。GPS/DR組合導航定位系統(tǒng)由GPS以及電子羅盤、里程計和導航計算機等組成。GPS/DR組合導航定位系統(tǒng)是一種相對低成本的導航系統(tǒng)，在這個系統(tǒng)上進行GPS/DR數(shù)據(jù)融合，可以實現(xiàn)較高精度的導航定位。無線通信模塊是車輛定位和導航中的關(guān)鍵器件。除了提供個人呼叫以外，還提供一種語音數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換信道，以便駕駛員獲得一些信息，諸如實時交通信息、天氣和旅行信息等。

常用的定位技術(shù)有航位推算（DR)和GPS車載導航定位系統(tǒng)DR的主要原理是利用DR傳感器測量位移矢量，從而推算車輛的位置。航位推算原理圖如圖4-7所示。其中，（xi，yi）（i=1,2…）是車輛在ti時刻的初始位置。

航向角θi和行駛距離si分別是車輛從ti，ti+1時刻的絕對航向和位移矢量長度。式中，xk，yk（k=1,2，…）是車輛在“tk”時刻的位置。車輛航位推算（DeadReckoning,DR)：

蜂窩定位是一種無線電定位，使用無線電波進行傳播?，F(xiàn)有無線定位系統(tǒng)基本都是采用相同或相似的定位方法和技術(shù)，絕大多數(shù)都是通過計算目標移動臺的位置來定位，計算位置時需要用到的定位參數(shù)是通過測量傳播于多個基站和移動臺之間的定位信號獲得。常用的無線定位方法主要有AOA定位、TOA定位、TDOA定位等。

（六）蜂窩無線定位技術(shù)蜂窩無線定位技術(shù)AOA定位方法也稱方位測量定位方法，是由兩個或多個基站接收到移動臺的角度信息，然后利用其計算移動臺的位置，假設有兩個基站BS1和BS2,a1和a2分別是移動臺MS到兩個基站BSt和BS2的達到角度，則求解上式，可估算出移動臺位置（x,y)。（1）TOA定位TOA是基于時間的定位方法，稱為圓周定位。它是通過測量兩點間電波傳播時間來計算移動臺的位置。原理：如果能夠獲取三個以上基站到移動臺的傳播時間，那么移動臺在以（xi,yi）為圓心，以cti為半徑的圓上，就能得出移動臺的位置TOA定位BS1、BS2、BS3是三個基站，表示基站i與移動臺MS之間的直線距離。則移動臺應該位于半徑為位置的坐標為Ri、圓心在基站i所在位置的圓周上。記移動臺的位置坐標為（Xi，yi)，則兩者之間滿足如下關(guān)系。在實際無線電定位中，已知電磁波在空中的傳播速度c，如果能夠測得電磁波從移動臺到達基站i的時間TOA為ti，則可以求出基站與目標移動臺的距離Ri=cti,取i=l，2,3,構(gòu)成三個方程組，可以求得移動臺位置坐標（x0，y0)。原理：（2）TDOA定位TDOA定位也稱雙曲線定位，

它是利用移動臺到達不同基站的時間不同，獲取到達各個基站的時間差.建立方程組，求解移動臺位置，這種定位要求各個基站時間必須同步。移動臺位于以兩個基站為交點的雙曲線上，通過建立兩個以上雙曲線方程，求解雙曲線交點即可得到移動臺的二維坐標位置。（3）混合定位混合定位技術(shù)就是把各種不同的測量信息和特征值進行融合對移動臺進行定位的技術(shù)。常見的混合定位技術(shù)有TDOA/AOA、TDOA/TOA、TOA/AOA、TDOA/場強定位等。場強定位的基本原理與到達時間定位原理相似，移動臺利用接收到的場強值大小來求解移動臺的位置。場強定位容易受到外界周圍環(huán)境的影響，定位精度不高。

高精度地圖（一）高精度地圖的定義在汽車應用領域中，數(shù)字地圖用于導航、支持并運用地圖功能的先進駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS),以及自動或自主駕駛（AD)。道路幾何特征對于幾乎所有的數(shù)字地圖的應用都適用。雖然大多數(shù)汽車廠商與其供