汽车导航NAVI系统技术ppt课件

《汽车导航NAVI系统技术ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《汽车导航NAVI系统技术ppt课件（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、汽车导航 NAVI 系统技术 钱兴晟江苏汽车技师学院2011年5月3日 2 课程大纲 第一部份 汽车电子技术发展简述第二部份 NAVI技术知识分享1 NAVI基本概述2 GPS导航相关原理3 电子地图相关知识介绍4 陀螺仪基本原理5 汽车GPS产品简介第三部份 GPS发展前景及用途 3 第一部份 汽车电子技术发展简述 汽车电子化被认为是汽车技术发展进程中的一次革命 汽车电子化的程度被看作是衡量现代汽车水平的重要标志 是用来开发新车型 改进汽车性能最重要的技术措施 汽车制造商认为增加汽车电子设备的数量 促进汽车电子化是夺取未来汽车市场的重要的有效手段 随着几年来消费者对汽车安全性 舒适性和娱乐性

2、的需求不断增加 引发了整车装备电子设备的一股热潮 自诊断系统 电子稳定系统 ESP 导航设备 GPS 胎压监测 TPMS 等一大批电子控制设备成为高端汽车的标准配置 并逐步向中低端车辆渗透 随着整车的科技含量逐渐提升 单车所装备的电子产品不断增多 汽车电子在汽车成本中所占比重也有了较大提升 一些豪华轿车上 使用单片微型计算机的数量已经达到48个 电子产品占到整车成本的50 以上 目前电子技术的应用几乎已经深入到汽车所有的系统 4 图12003 2007年中国汽车电子产品销售额及增长率 第一部份 汽车电子技术发展简述 5 汽车电子系统分类 功能别 发动机管理动力转向变速箱管理排放系统 动力系统

3、舒适设备和车辆控制 组合仪表盘照明 座椅空调控制语音识别远程无钥进入安全报警系统雨刷 车窗控制 辅助驾驶 夜视道路偏离报警自动巡航控制碰撞报警辅助停车 倒车胎压监控平视智能显示自动感应大灯 信息娱乐和通信 远程通信导航 GPS多媒体系统音响系统后座娱乐游戏控制台选台 SDR CAN LIN MOST FlexRay 汽车网络 安全系统 安全气囊电子悬挂线传操控制动系统ABS ESP TCS 6 汽车电子系统分类 专业别 7 汽车电子系统分类 专业别 8 第二部份 NAVI技术知识分享1 NAVI基本概述概述2 GPS卫星相关原理3 汽车用地图相关知识介绍4 汽车陀螺仪基本原理5 汽车GPS产品

4、简介 9 1 NAVI基本概述 何谓 车载导航系统 NAVI Navigation是拉丁语NAVIS 船 和AGERE 引导 两个词结合 意思是引导船舶安全到达目的地车载导航由自律航法 推测航法 与电波航法混合方式而成 10 天上卫星 车速信号 电子地图 陀螺仪 车载导航系统机构 1 NAVI基本概述 11 美国 GPS GloabalPositioningSystem 全球定位系统俄罗斯 GLONASS GLObalNAvigationSatelliteSystem 全球导航卫星系统 简称 格洛纳斯欧洲 GNSS GalileoNavigationSatelliteSystem 伽利略导航卫

5、星系统 中国 北斗导航系统CNSS 1983年提出 双星快速定位系统 只能定位自己国家和附近的地区 而且目前只用于军方 汶川地震时用上 日本 正在积极筹划建立多功能卫星增强系统 MSAS 2 1各国 卫星导航系统 概述 2 GPS导航相关原理 12 美国GPS 俄罗斯GLONASS 欧洲GNSS 中国CNSS 四大 卫星导航系统 2 1各国 卫星导航系统 概述 13 格洛纳斯 系统标准配置为24颗卫星 而18颗该系统卫星就能保证为俄境内用户提供全部服务 据悉 目前俄罗斯有17颗 格洛纳斯 系统卫星 1995年俄罗斯耗资30多亿美元 完成了GLONASS导航卫星星座的组网工作 俄罗斯GLONAS

6、S 格洛纳斯 2 1各国 卫星导航系统 概述 14 欧盟 GNSS伽利略 部署方案 伽利略卫星效果图 分两个阶段实施 即2008年至2013年的建设阶段和2013年以后的运行阶段 欧盟将在建设阶段出资34亿欧元 用于完成伽利略计划的基础设施建设 其中包括30颗卫星的发射 2 1各国 卫星导航系统 概述 15 中国自行研发北斗卫星定位系统 前两颗 北斗一号 卫星分别于2000年10月31日和12月21日发射升空 2003年5月25日零时34分发送第三颗 2 2中国 CNSS北斗导航系统 2 1各国 卫星导航系统 概述 16 中国北斗全球卫星定位系统模型 北斗卫星导航定位系统 是中国自行研制开发的

7、区域性有源三维卫星定位与通信系统 CNSS 是除美国的GPS 俄罗斯的GLONASS之后第三个成熟的卫星导航系统 2 2中国 北斗导航系统CNSS 2008 2 1国内首款中国北斗导航核心芯片 领航一号 正式诞生 业内人士表示 北斗导航定位系统的开发从根本上打破卫星定位导航应用市场由GPS垄断的局面 17 2 2中国 北斗导航系统CNSS 2 2 1系统构成与工作原理 18 2 2 1系统构成与工作原理 北斗卫星定位系统覆盖范围是北纬5 55 东经70 140 之间的心脏地区 上大下小 最宽处在北纬35 左右 其定位精度为水平精度100m 1 设立标校站之后为20m 类似差分状态 工作频率 2

8、491 75MHz 系统能容纳的用户数为每小时540000户 由于在定位时需要用户终端向定位卫星发送定位信号 由信号到达定位卫星时间的差值计算用户位置 所以被称为 有源定位 2 2中国 北斗导航系统CNSS 19 2 2中国 北斗导航系统CNSS 快速定位 北斗系统可为服务区域内用户提供全天候 高精度 快速实时定位服务 定位精度20 100m 短报文通信 北斗系统用户终端具有双向报文通信功能 用户可以一次传送40 60个汉字的短报文信息 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 北斗系统三大功能 20 优势 和美国的GPS 俄罗斯的GLONASS相比 增

9、加了通讯功能 全天候快速定位 与GPS精度相当 安全可靠 保密性强 劣势 有源定位系统 系统容量有限 定位终端比较复杂 区域定位系统 目前只能为中国及周边地区提供定位服务 2 2中国 北斗导航系统CNSS 系统的优势与劣势 21 2 3美国GPS导航相关原理 GPS GloabalPositioningSystem全球定位系统 22 美国GPS实施计划共分三个阶段 方案论证和初步设计阶段 全面研制和试验阶段 实用组网阶段 1973年 1979年共发射了4颗试验卫星 研制了地面接收机及建立地面跟踪网 1979年 1984年又陆续发射了7颗试验卫星 研制了各种用途接收机 实验表明 GPS定位精度远

10、远超过设计标准 1989 2 4第一颗GPS工作卫星发射成功 表明GPS系统进入工程建设阶段 1993年底实用的GPS网即 21 3 GPS星座已经建成 今后将根据计划更换失效的卫星 2 GPS导航相关原理 23 GPS系统的特点 1 全球 全天候工作 能为用户提供连续 实时的三维位置 三维速度和精密时间 不受天气的影响 2 定位精度高 单机定位精度优于10米 采用差分定位 精度可达厘米级和毫米级 3 功能多 应用广 随着人们对GPS认识的加深 GPS不仅在测量 导航 测速 测时等方面得到更广泛的应用 而且其应用领域不断扩大 2 GPS卫星相关原理 24 GPS主要分三大块 地面的控制站 天上

11、飞的卫星 咱们汽车上的接收器 地面 1个主控制站在美国科罗拉多 3个地面天线 5个全球监测站 主要是收集数据 计算导航信息 诊断系统状态 调度卫星这些杂事 监测站将取得的卫星观测数据 包括电离层和气象数据 经过初步处理后 传送到主控站 主控站从各监测站收集跟踪数据 计算出卫星的轨道和时钟参数 然后将结果送到3个地面控制站 地面控制站在每颗卫星运行至上空时 把这些导航数据及主控站指令注入到卫星 这种注入对每颗GPS卫星每天一次 并在卫星离开注入站作用范围之前进行最后的注入 如果某地面站发生故障 那么在卫星中预存的导航信息还可用一段时间 但导航精度会逐渐降低 2 3美国GPS卫星相关原理 25 一

12、个主控站 科罗拉多 斯必灵司三个注入站 阿松森 Ascencion 迭哥 伽西亚 DiegoGarcia 卡瓦加兰 kwajalein 五个监测站 1个主控站 3个注入站 夏威夷 Hawaii Hawaii Ascencion DiegoGarcia kwajalein 2 3 1地面控制站 26 2 3 2天上GPS卫星 天上 有27颗卫星 其中24颗运行 均匀分布在6个轨道面上 每个轨道面4颗 轨道倾角为55 3颗备用 这些卫星已经更新了三代五种型号 距离地面20200公里 卫星时钟采用铯原子钟或铷原子钟 计划未来用氢原子钟 发射两种信号 L1 1575 42MHZL2 1227 60MH

13、Z 27 卫星信号结构 每颗卫星都发射一系列无线电信号 基准频率 两种载波 L1和L2 两种码信号 C A码和P码 一组导航电文 信息码 D码 GPS卫星信号 28 GPS卫星是由洛克菲尔国际公司空间部研制的 卫星重774kg 使用寿命为7年 卫星采用蜂窝结构 主体呈柱形 直径为1 5m 卫星两侧装有两块双叶对日定向太阳能电池帆板 BLOCKI 全长5 33m接受日光面积为7 2m2 对日定向系统控制两翼电池帆板旋转 使板面始终对准太阳 为卫星不断提供电力 并给三组15Ah镉镍电池充电 以保证卫星在地球阴影部分能正常工作 在星体底部装有12个单元的多波束定向天线 能发射张角大约为30度的两个L

14、波段 19cm和24cm波 的信号 在星体的两端面上装有全向遥测遥控天线 用于与地面监控网的通信 此外卫星还装有姿态控制系统和轨道控制系统 以便使卫星保持在适当的高度和角度 准确对准卫星的可见地面 测试台架上的GPS卫星 整体效果图 2 GPS卫星相关原理 29 由GPS系统的工作原理可知 星载时钟的精确度越高 其定位精度也越高 早期试验型卫星采用由霍普金斯大学研制的石英振荡器 相对频率稳定度为10 11 秒 误差为14米 1974年以后 GPS卫星采用铷原子钟 相对频率稳定度达到10 12 秒 误差8m 1977年 BOKCKII型采用了马斯频率和时间系统公司研制的铯原子钟后相对稳定频率达到

15、10 13 秒 误差则降为2 9m 1981年 休斯公司研制的相对稳定频率为10 14 秒的氢原子钟使BLOCKIIR型卫星误差仅为1m 2 GPS卫星相关原理 30 接收机对跟踪的每一颗卫星进行测距 地心 Si Pij Pj ri Rj 有关各观测量及已知数据如下 r 为已知的卫地矢量P 为观测量 伪距 R 为未知的测站点位矢量 对卫星进行测距 2 GPS导航相关原理 31 距离观测值的计算 接收机至卫星的距离借助于卫星发射的码信号量测并计算得到的接收机本身按同一公式复制码信号比较本机码信号及到达的码信号确定传播延迟的时间 t传播延迟时间乘以光速就是距离观测值 C t 卫星钟调制的码信号 接

16、收机时钟复制的码信号 t t 32 单点定位结果的获取 单点定位解可以理解为一个后方交会问题卫星充当轨道上运动的控制点 观测值为测站至卫星的伪距 由时延值推算得到 由于接收机时钟与卫星钟存在同步误差 要同步观测4颗卫星 解算四个未知参数 精度 经度 高程h 钟差 t 2 GPS卫星相关原理 33 采用载波相位观测值 发自卫星的电磁波信号 信号量测精度优于波长的1 100载波波长 L1 19cm L2 24cm 比C A码波长 C A 293m 短得多故GPS测量采用载波相位观测值可以获得比伪距 C A码或P码 定位高得多的成果精度 L1载波 L2载波 C A码 P 码 34 组成星际站际两次差分观测值 可以消去卫星钟的系统偏差可以消去接收机时钟的误差 可以消去轨道 星历 误差的影响可以削弱大气折射对观测值的影响 35 解算出初始整周未知数 测站对某一卫星的载波相位观测值由三部分组成 1 初始整周未知数n 2 t0至ti时刻的整周记数Ci 3 相位尾数 i如果信号没有失锁 则每一个观测值包含同一个初始整周未知数n为了利用载波相位进行定位 必须先解算出初始整周未知数 取得总观测值n Ci