第4章 智能网联汽车导航定位技术

规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 1 页第第4章章 智能网联汽车导航定位技术智能网联汽车导航定位技术4.1 导航定位简介导航定位简介4.2 卫星定位技术卫星定位技术4.3 惯性导航与航位推算技术惯性导航与航位推算技术4.4 通信基站定位技术通信基站定位技术4.5 即时定位与地图构建（即时定位与地图构建（SLAM）技术）技术4.6 电子地图技术电子地图技术4.7 路径规划技术路径规划技术规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 2 页第第4章章 智能网联汽车导航定位技术智能网联汽车导航定位技术规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 3 页4.1 导航定位简介导航定位简介定义定义导导航航定定位位是是利利用用电电、磁磁、光光、力力学学等等科科学学原原理理与与方方法法，通通过过测测量量与与运运动动物物体体每每时时每每刻刻位位置置有有关关的的参参数数，从从而而实实现现对对运运动动物物体体定定位位，并并正正确确地地从从出出发发点点沿沿着着预定的路线，安全、准确、经济地引导到目的预定的路线，安全、准确、经济地引导到目的地地定定位位是是导导航航的的第第一一步步，导导航航是是定定位位的的一一个个连连续续过过程程，导导航航涉涉及及路路径径规规划划和和决决策策引引导导。所所以以，定定位位是是导导航航的关键，核心指标就是定位精度。的关键，核心指标就是定位精度。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 4 页4.1.1 导航定位的定义导航定位的定义智智能能网网联联汽汽车车的的导导航航定定位位通通过过全全球球卫卫星星定定位位系系统统（GPS）、北北斗斗卫卫星星导导航航定定位位系系统统（BDS）、惯惯性性导导航航系系统统、视视觉觉SLAM、激激光光雷雷达达SLAM等等，获获取取车辆的位置和航向信息。车辆的位置和航向信息。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院4.1.1 导航定位的定义导航定位的定义美国的美国的全球定位系统（全球定位系统（GPS）、）、中国的中国的北斗卫星导航定位系北斗卫星导航定位系统（统（BDS）、俄罗斯的、俄罗斯的格洛纳斯（格洛纳斯（GLONASS）卫星定位系）卫星定位系统统以及欧洲空间局的以及欧洲空间局的伽利略（伽利略（GALILEO）卫星定位系统）卫星定位系统2022/11/29规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 6 页4.1.1 导航定位的定义导航定位的定义绝绝对对定定位位：是是指指通通过过GPS或或BDS实实现现，采采用用双双天天线线，通通过过卫卫星获得车辆在地球上的绝对位置和航向信息星获得车辆在地球上的绝对位置和航向信息相相对对定定位位：是是指指根根据据车车辆辆的的初初始始位位姿姿，通通过过惯惯性性导导航航获获得得车车辆辆的的加加速速度度和和角角加加速速度度信信息息，将将其其对对时时间间进进行行积积分分，得得到到相相对初始位姿的当前位姿信息对初始位姿的当前位姿信息组组合合定定位位：是是将将绝绝对对定定位位和和相相对对定定位位进进行行结结合合，以以弥弥补补单单一一定位方式的不足定位方式的不足规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 7 页4.1.1 导航定位的定义导航定位的定义L1、L2级，仅需要实现级，仅需要实现ADAS，导航级精度导航级精度即可即可L3L5级，实现自动驾驶，需要级，实现自动驾驶，需要厘米级精度厘米级精度导航导航智智能能网网联联汽汽车车的的导导航航定定位位技技术术主主要要有有全全球球卫卫星星定定位位系系统统（GPS）、北北斗斗卫卫星星导导航航定定位位系系统统（BDS）、惯惯性性导导航航系系统统（INS）、通通信信基基站站定定位位、视视觉觉SLAM定位、激光定位、激光SLAM定位和高精度地图定位定位和高精度地图定位等等规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 8 页4.1.2 导航定位的方法导航定位的方法导航定位的方法主要有全球定位系统（导航定位的方法主要有全球定位系统（GPS）、差）、差分全球定位系统（分全球定位系统（DGPS）、北斗卫星导航系统）、北斗卫星导航系统（BDS）、惯性导航系统（）、惯性导航系统（INS）、航迹推算）、航迹推算（DR）技术、视觉传感器定位、激光雷达定位以）技术、视觉传感器定位、激光雷达定位以及组合导航等。及组合导航等。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 9 页4.1.2 导航定位的方法导航定位的方法1全球定位系统全球定位系统全全球球定定位位系系统统（GPS）是是一一种种以以空空中中卫卫星星为为基基础础的的高高精精度度无无线线电电导导航航的的定定位位系系统统，是是一一种种绝绝对对位位姿姿估估计计方方法法。该该方方法法通通过过GPS来来进进行行车车辆辆定定位位。基基于于GPS的的定定位位方方法法优优点点在在于于可可全全天天候候连连续续定定位位，且且适适用用于于全全局局定定位位；缺缺点点在在于于受受环环境境影影响响较较大大，高高楼楼、树树木木、隧隧道道等等都都会会屏屏蔽蔽GPS信信号号，而而且且GPS定定位位精度低，更新周期长，远远不能满足自动驾驶的需求。精度低，更新周期长，远远不能满足自动驾驶的需求。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 10 页4.1.2 导航定位的方法导航定位的方法2差分全球定位系统差分全球定位系统差差分分全全球球定定位位系系统统（DGPS）是是在在GPS的的基基础础上上利利用用差差分分技技术术使使用用户户能能够够从从GPS系系统统中中获获得得更更高高的的精精度度。其其基基本本原原理理就就是是车车辆辆在在行行驶驶过过程程中中用用GPS作作为为基基准准，在在GPS更更新新的的时时候候，通通过过差差分分辅辅助助，完完成成车车辆厘米级的精确定位。辆厘米级的精确定位。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 11 页4.1.2 导航定位的方法导航定位的方法3北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统北斗卫星导航系统（北斗卫星导航系统（BDS）是中国自行研制的）是中国自行研制的全球全球卫星导航系统卫星导航系统，目前在汽车领域还没有大面积推广，目前在汽车领域还没有大面积推广应用，但在国家制订的智能汽车发展规划中，已明应用，但在国家制订的智能汽车发展规划中，已明确提出要大力推广北斗卫星导位系统在智能网联汽确提出要大力推广北斗卫星导位系统在智能网联汽车和无人驾驶汽车中的应用。车和无人驾驶汽车中的应用。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 12 页4.1.2 导航定位的方法导航定位的方法4惯性导航系统惯性导航系统惯惯性性导导航航系系统统（INS）由由陀陀螺螺仪仪、加加速速度度传传感感器器及及软软件件构构成成，通通过过测测量量运运动动载载体体的的角角速速度度和和加加速速度度数数据据，并并将将这这些些数数据据对对时时间间进进行行积积分分运运算算，从从而而得得到到运运动动载载体体的的速速度度、位位置置和和姿姿态态。汽汽车车在在驶驶入入深深山山隧隧道道时时，汽汽车车上上安安装装的的惯惯性性导导航航系系统统的的定定位位导导航航作作用用会非常显著。会非常显著。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 13 页4.1.2 导航定位的方法导航定位的方法5.航迹推算技术航迹推算技术航航迹迹推推算算（DR）技技术术是是利利用用载载体体上上一一时时刻刻的的位位置置，结结合合无无人人驾驾驶驶汽汽车车的的航航向向、速速度度等等信信息息，推推算算出出当当前前时时刻刻的的位位置置。DR导导航航是是一一种种自自主主式式导导航航，一一般般不不会会受受到到外外界界环环境境的的干干扰扰，由由于于其其定定位位误误差差会会随随着着时时间间增增长长而而累累计计，不不能能长长时时间间独独立立工工作作，一一般般用用来来辅助其他导航。辅助其他导航。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 14 页4.1.2 导航定位的方法导航定位的方法6.视觉传感器定位视觉传感器定位视视觉觉传传感感器器提提供供了了丰丰富富的的颜颜色色和和图图像像信信息息，处处理理这这些些信信息息正正是是深深度度学学习习技技术术的的强强项项。通通过过深深度度学学习习模模型型识识别别车车道道线线、道道路路上上文文字字、停停止止线线等等固固定定的的标标识识，并并与与高高精精度度地地图图数数据据进进行行对对比比，从从而而获获取取车车辆辆的的当当前前位位置置。它它的的优优势势在在于于成成本本低低；缺缺点点在在于于精精度度低低，误误差差大大，并并且且在在强强光光、逆逆光光、黑黑夜夜场场景景下下的的效果不好。效果不好。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF TECHNOLOGYSCHOOL OF AUTOMOBILE ENGINEERING汽车工程学院汽车工程学院 第 15 页4.1.2 导航定位的方法导航定位的方法7激光雷达定位激光雷达定位事事先先通通过过采采集集车车采采取取道道路路的的3D点点云云地地图图数数据据，在在智智能能网网联联汽汽车车行行驶驶过过程程中中实实时时利利用用激激光光雷雷达达采采集集点点云云数数据据，并并与与事事先先采采集集的的点点云云数数据据进进行行比比较较，从从而而获获取取当当前前的的车车辆辆位位置置。它它的的优优势势在在于于探探测测精精度度高高，探探测测距距离离远远，对对GPS的的初初值值依依赖赖度度低低，在在没没有有GPS信信号号的的场场景景下下也也能能实实现现精精准准的的车车辆辆定定位位。缺缺点点在在于成本高，并且基于点云的地图数据时效性差，维护成本高。于成本高，并且基于点云的地图数据时效性差，维护成本高。规格严格 功夫到家（威海）（威海）HARBIN INSTITUTE OF