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大眾GPS系統(tǒng)多少 gps系統(tǒng)的組成( 二 )

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控制站 ?？刂普痉稚⒃谑澜绺鞯?，用于監(jiān)視和控制衛(wèi)星，其主要目的是讓系統(tǒng)保持運(yùn)行，并驗(yàn)證 GPS 廣播信號的精確度 。
GPS 接收器 。GPS 接收器存在于手機(jī)、電腦、汽車、船只以及許多其他設(shè)備中，如果周圍沒有高樓等障礙物并且天氣良好，那么無論你身在何處，GPS 接收器應(yīng)每次至少檢測到四顆 GPS 衛(wèi)星 。
GPS 接收器實(shí)際上并不直接探測你與衛(wèi)星之間的距離 。它首先測量信號的飛行時(shí)間，即信號從衛(wèi)星傳播到你的 GPS 接收器需要多長時(shí)間，然后通過將光速乘以這個(gè)飛行時(shí)間來計(jì)算衛(wèi)星的距離 。
實(shí)時(shí)運(yùn)動定位 RTK
因?yàn)楣馑俚闹岛艽?，即使是少量的時(shí)間誤差也會在計(jì)算過程中造成巨大的誤差，所以每顆衛(wèi)星都配備了高精度的原子鐘 。而為進(jìn)一步減小誤差，我們可以使用 RTK（實(shí)時(shí)運(yùn)動定位） 。
RTK 需要在地面上建立幾個(gè)基站，每個(gè)基站都知道自己精確的地面位置，同時(shí)每個(gè)基站也通過 GPS 測量自己的位置，已知的地面位置與通過 GPS 測量的位置之間的偏差為 GPS 測量結(jié)果中的誤差，然后基站將這個(gè)誤差傳遞給其他 GPS 接收器，以供其調(diào)整自身位置的定位結(jié)果 。
在 RTK 的幫助下，GPS 可以將定位誤差限定在10厘米以內(nèi)，但是：
高樓和其他障礙物可能阻擋 GPS 信號，這使定位變得困難或根本無法進(jìn)行；
同時(shí)，GPS 的更新頻率很低，大約為10赫（每秒更新10次），但由于自動駕駛汽車在快速移動，需要更頻繁地更新位置 。
慣性導(dǎo)航
假設(shè)一輛車正以恒定速度直線行駛，已知汽車的初始位置、速度及行駛時(shí)長，我們可以算出汽車的當(dāng)前位置 。再進(jìn)一步，我們可以使用加速度、初始速度和初始位置計(jì)算汽車在任何時(shí)間點(diǎn)的車速和位置 。而在這個(gè)計(jì)算過程中，我們需要解決一個(gè)問題：如何測量加速度 。
當(dāng)前位置=初始位置 速度×?xí)r間
為了測量加速度，我們需要“三軸加速度計(jì)”傳感器 。它可以精確測量加速度 。但加速度計(jì)本身不足以計(jì)算車輛的位置和速度 。加速度計(jì)根據(jù)車輛的坐標(biāo)系記錄測量結(jié)果，而后這些測量值被轉(zhuǎn)換成世界坐標(biāo)系，為了實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)換我們需要借助“陀螺儀”傳感器 。三軸陀螺儀的三個(gè)外部平衡環(huán)一直在旋轉(zhuǎn)，但在三軸陀螺儀中的旋轉(zhuǎn)軸始終固定在世界坐標(biāo)系中，車輛通過測量旋轉(zhuǎn)軸和三個(gè)外部平衡環(huán)的相對位置來計(jì)算其在坐標(biāo)系中的位置 。
陀螺儀 3D 展示圖
加速度計(jì)和陀螺儀是 IMU（慣性測量單元）的主要組件 。IMU 的一個(gè)重要特征在于它以高頻率更新，其頻率可達(dá)到1000赫茲，所以 IMU 可以提供接近實(shí)時(shí)的位置信息 。
【大眾GPS系統(tǒng)多少 gps系統(tǒng)的組成】慣性測量單元的缺點(diǎn)在于其運(yùn)動誤差隨時(shí)間增加而增加，我們只能依靠慣性測量單元在很短的時(shí)間范圍內(nèi)進(jìn)行定位 。但是，我們可以結(jié)合 GPS 和 IMU 來定位汽車，一方面，IMU 彌補(bǔ)了GPS 更新頻率較低的缺陷；另一方面，GPS 糾正了 IMU 的運(yùn)動誤差 。
對自動駕駛汽車而言，僅將 GPS 和 IMU 系統(tǒng)相結(jié)合，還不能完全解決定位所面臨的問題，如果我們在山間、峽谷或地下隧道中行駛，我們可能會長時(shí)間沒有 GPS 更新，這會讓整個(gè)定位面臨失敗的風(fēng)險(xiǎn) 。
本節(jié)將介紹自動駕駛汽車的定位技術(shù)：激光雷達(dá)定位和視覺定位，以及Apollo框架是如何解決定位問題的 。
激光雷達(dá)定位
利用激光雷達(dá)，我們可以通過點(diǎn)云匹配來對汽車進(jìn)行定位，該方法將來自激光雷達(dá)傳感器的檢測數(shù)據(jù)與預(yù)先存在的高精度地圖連續(xù)匹配 。通過這種比較，可獲知汽車在高精度地圖上的全球位置和行駛方向 。
有許多算法可用于匹配點(diǎn)云，迭代最近點(diǎn)（ICP）是其中一種方法 。假設(shè)我們想對兩次點(diǎn)云掃描進(jìn)行匹配，對于第一次掃描中的每個(gè)點(diǎn)，我們需要找到另一次掃描中最接近的匹配點(diǎn) 。最終會收集到許多匹配點(diǎn)對，把每對點(diǎn)之間的距離誤差相加，計(jì)算平均距離誤差 。

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