自动驾驶中建图定位的GNSS传感器模型简介

一、GNSS定位道理

1、GNSS首要有空间卫星群、空中控制站和用户端三部分组成。
2、它操纵飞翔时候道理（Time of Flight，TOF）停止定位。当利用一个卫星时，可以在一个球面上定位物体的位置；当利用两个卫星时，可以在两个球面的交集——圆上停止定位；当利用三个卫星时，可以将物体定位到上述圆与球面的两个交点上（如图2所示）。在理论中，可以很轻易判定其中一个交点在太空中，所以理论上讲，可以操纵最少三颗卫星定位物体的位置[4]。
4、由于卫星和空中接收机的间隔也是未知的，所以一般最少需要四颗卫星实现定位。
5、介入计较处理计划中的卫星数目一般小于即是发现的卫星数目。

二、GNSS分类

gnss分为gps、伽利略、背篼等。

三、GNSS输出的信息格式

四、GNSS获得的位置信息

GNSS装配实在获得是点的位置信息，即点的坐标信息；实在就是天线获得的点的位置信息，天线与imu有一个位置误差，就是我们常说的杆臂值，连系杆臂值我们才晓得imu的位置。

五、GNSS天线分类

分为单天线和双天线两种天线系统。双天线，一般主天线安装在车顶前面，辅天线装在车顶前端。

单天线和双天线系统最大的性能差别在于航向角精度：
这是由于两种系统对于航向角的计较道理从底子上是分歧的。
组合导航系统的航向角预算主如果经过GNSS模块，而我们晓得GNSS模块的间接输出是定位。
是以，单天线系统只要一个天线（一个点）的位置信息，而一个点是没有偏向性的。所以，单天线系统必须经过天线的移动，才能经过移动轨迹计较返航向。
而对于双天线系统，由于有两个点的位置信息，经过两点连成的直线很方便地便可以确认偏向。不需要系统有任何的活动，在静止状态下也可以获得正确的航向角。

六、GPS双天线安装偏角

经过车辆前行获得航迹角，同时双天线自己可以计较出一个航向角，两者之差为安装偏角，具体拟合方式可以经过最小二乘或滤波算出。

七、GNSS频次

GPS数据整体频次不高，无差分自动上发数据为10Hz左右；

经过Ntrip获得的差分数据间隔一般在1-5s（一般设备为1Hz），RTK差分数据用于批改定位误差，过快的频次没需要且会影响解算，但长时候无差分数据会影响定位精度。

八、GNSS测出的高度分析

几个高度的区分

1、点位沿椭球面的法线至椭球面的高度称“大地高”；
2、点位沿铅垂线至大地水准面的高度称“海拔高”，也称作“正高”。
在理论中，地形图上标出的高度是海拔高，GPS读出的高度是大地高。

大地高和海拔高的界说中隐含了两个关于地球外形概念——大地水准面和参考椭球面（体）

1、大地水准面

地球不法则，这是众所周知的。怎样刻画地球的外形呢？首先需要肯定的是“大地水准面”。他是在地球重力感化下，假定静止的海面向陆地和岛屿延长，构成一个封锁的面。这个面就是大地水准面。大地水准面是一个重力等位面。可以以为物体假如在这个面上活动、发生位移，重力是不做功的。明显大地水准面所包裹的空间也并非一个法则的球体

2、扭转椭球体

为了舆图制图的方便，人们设想出“扭转椭球体”这个概念来拟合大地水准面所包围的不法则球体（联想一下地球仪）。扭转椭球体由长半轴、短半轴、扁率配合界说。停止今朝人们已经成长了多个分歧的扭转椭球体。比如克拉索夫斯基椭球体、1975年IUGG保举的椭球体、美国WGS84椭球体等。数学法例界说的椭球体凡是是整体上对地球大地水准面拟合较好。

3、高度的刻画

回到最起头的题目——高度怎样刻画的？美国人研发的全球定位系统GPS对空间坐标的描写，照旧采用WGS1984大地坐标系，他的高程为方针地物间隔WGS84椭球体概况的法线间隔。而我国的地形图上的高程，标定的是方针地物间隔大地水准面的铅锤间隔。

如前所诉，即使我们疏忽法线间隔与铅锤间隔的差别，我们也会看到，这两个间隔的起算基准能够不是同一个面。这就是为什么同一个位置，我们用GPS测出来的高程与地形图上读出来的高程数值能够（凡是）纷歧致。

4、海拔高

为什么叫海拔？你可以设想它相当于一个方针地物间隔海平面的高差。这个名字原本也是这么来的。题目是，全天下的海平面并非在一个高度上。即即是在部分海面，海水几时静止呢？所以大地水准面（标准海面）的位置也需要报酬予以规定。

5、大地水准面差异、高程异常

1、大地水准面差异（geoid undulation）：从大地水准面上的点沿地球椭球法线到地球椭球的间隔
2、高程异常ξ：是似大地水准面与参考椭球面之间的高差
3、地球概况上某点沿铅锤偏向到大地水准面上的高程叫做正高。沿铅锤偏向到似大地水准面的高度叫做一般高，我国今朝采用的法定高程系统就是一般高系统。
4、切确求定高程异常ξ，就是对似大地水准面的精化，按一定的分辨率切确求定高程异常ξ值。高程异常值可在国家测绘部分存有的高程异常图中查取。公式：ξ=H-h， 其中H是大地高，h是一般高

九、GNSS的误差分析

1、卫星星历误差

1、概念——由卫星星历计较获得的卫星空间位置与现实位置之差。
2、发生——卫星星历是由空中监控站跟踪监测卫星求定的。由于卫星运转中要遭到多种摄动力的复杂影响，而经过空中监控站又难以充实牢靠地测定这些感化力或把握其感化纪律，是以在星历预告时会发生较大的误差。
3、影响——它不但严重影响单点定位的精度，也是紧密相对定位的重要误差来历。
广播星历误差对测站单点定位的影响一般可达数米、数十米甚至上百米。

2、卫星钟误差

1、概念——卫星钟误差包括由钟差、频偏、频漂等发生的误差，也包括钟的随机误差。
2、发生——GPS丈量要求卫星钟和接收机钟连结严酷同步。虽然GPS卫星采用的是原子钟（铯钟和铷钟），但由于上述身分的影响，卫星钟的钟面时与理想的GPS时之间存在着误差或漂移。这些误差的总量可达1ms，发生的等效间隔误差可达300km。
3、影响——一般地采用二阶多项式暗示卫星钟误差

3、接收机钟误差

1、概念——GPS接收机为了下降制造本钱，机内时标一般采用石英晶体振荡器，石英钟在稳定度、切确度和牢靠性方面远没有卫星上的原子钟好，由此发生接收机时钟误差。
2、影响——假定接收机钟与卫星钟间的同步差为1us，则由此引发的等效间隔误差约为300m。因而可知，接收机钟差对丈量功效的精度影响极大。

4、接收机安置误差

1、概念——接收机天线相位中心相对于测站标石中心的位置误差称为接收机安置误差。
2、特点——该项误差包括天线的对中误差、整平误差以及天线高的量测误差。这些误差间接影响GPS观察精度。
3、对策——增强操纵职员义务心、尽能够采用强迫对中装配。

5、天线相位中心位置误差

1、概念——天线相位中心随着卫星信号输入的强度和偏向分歧而变化，即观察时相位中心的瞬时位置（一般称相位中心）与理论上的相位中心位置将纷歧致，这类误差称为天线相位中心偏移。可分为水平误差和垂直误差。
2、特点——天线相位中心误差的影响可达 mm-cm 级，是接收机牢固误差的首要部分,也是天线设想必须斟酌的一个重要题目。
3、对策——采用同一范例的天线并停止观察值的求差；高精度观察时各测站的天线须按附有的方位标志停止定向安置。（大致指北，答应3至5度）

6、PPP中需要斟酌的误差

1.地球自转的影响
由于地球的自转的影响引发卫星坐标的变化。
2 地球潮汐的影响
由于地球固体潮和负荷潮引发测站位移，使得分歧时候的丈量成果互纷歧致。
3 相对论效应的影响
按拍照对论的理论，由于卫星的高速活动使得卫星钟的频次比静止在地球上的同类钟的频次有所增加

10、GNSS的优点与弱点

GNSS定位技术今朝成长较为成熟，定位精度一般在米级（10米左右）。其中高精度的定位计划：实时静态相位差分技术（Real Time Kinematic，RTK）定位精度可以到达3cm~5cm，但RTK技术依靠于参考基站的观察数据，其正确度会因与参考基站的间隔的增加而逐步下降，且存在基站切换延时，同时RTK本钱较高。
整体来说，GNSS定位优点是：1）全球性的定位；2）全天候；3）本钱较低，利用方便。弱点在于： 1）在高修建物、地下车库、室内或山区地形等条件下，信号会被遮挡，并存在多路效应，会致使定位精度下降，甚至毛病；2）易受电磁波、大气层等身分的干扰；3）传输时延大、更新频次较低（1Hz~50Hz）。
GPS信号在活动进程中不稳定大概消失； GPS定位在收支地道大概桥洞时发生跳变，若何保证定位稳定性的题目； GPS信号方差很小，置信度高，可是由于多径效应等身分，现实结果很差，若何区分息争决。