《自动驾驶与机器人中的SLAM技术》之GNSS相关基础知识总结

简介

本篇基于对《自动驾驶与机器人中的SLAM技术》中的GNSS定位相关基础知识进行总结用于备忘

知识点整理

  1. GNSS(全球卫星导航系统)定位原理
    GNSS 通过测量自身与地球周围各卫星的距离来确定自身的位置 , 而与卫星的距离主要是通过测量时间间隔来确定的

  2. GNSS与GPS的关系
    GPS(全球定位系统)是GNSS的一种,由美国开发。此外还有中国的北斗定位系统BDS,俄罗斯的格洛纳斯系统(GLONASS)、欧盟的伽利略系统(GALILEO)

  3. 实时动态差分技术(RTK)与GNSS的关系

    1. RTK是矫正卫星信号在传输过程中的定位误差,提高定位精度的一种技术。
    2. RTK的主要原理:通过地面上的一个已知精确位置的基站与车辆通信,校正车辆卫星接收机的信号
  4. 差分定位分类
    位置差分定位、伪距差分定位、载波相位差分定位(RTK)

  5. 位置差分定位原理
    最简单的差分方法。首先安装在基准站的GNSS接收机收到四颗卫星的信息,解算出自身的三维位置,和真实位置相比,得到误差。用户机也接收四颗卫星的信息,解算位置,然后再减去这个误差得到修正后的坐标。
    原理就是基站解算出的位置误差和用户机解算出的位置误差相同

  6. 伪距差分定位原理
    基准站计算它和自身可见卫星的距离1(不含误差或误差比较小),距离1和含有误差的测量值2进行比较,并用一个α-β滤波器将此差值滤波得到误差值,用户机在解算的位置后减去这个误差得到自身位置,这样就能消除公共误差。伪距差分最优能够达到亚米级定位精度。

  7. 载波相位差分定位(RTK)原理
    当用户距离基准站比较远时,上述两种差分技术效果下降。
    基准站接收到的卫星信号通过无线通信网实时发给用户,用户接收机将接收到的卫星信号和收到基准站信号实时联合解算,求得基准站和流动站间坐标增量

  8. 通过两个RTK接收器计算车辆的朝向
    《自动驾驶与机器人中的SLAM技术》之GNSS相关基础知识总结_第1张图片

    通过主副天线的位置矢量相减,得到两进而获取车辆角度根天线之间的朝向,(主要为航向角yaw)
    一般将车辆后侧或者左侧的天线作为主天线

  9. RTK设备的外参

    1. 基线:两个天线的距离
    2. 安装偏角:两个天线坐标系旋转
    3. 安装偏移:两个天线的位置偏移
  10. 常见的坐标系

    1. 地理坐标系:也称为经纬度坐标系或经纬高坐标系,地理坐标系是世界坐标系
    2. UTM坐标系:使用米制坐标,由于地球投影畸变实际UTM坐标和米制坐标之间存在一个0.9996的倍数关系
      1. 东北天(X-东,Y-北,Z-天空),ENU
      2. 北东地(X-北,Y-东,Z-地心),NED,这是目前惯导厂商普遍使用的坐标系
      3. 北东地方位角h到东北天方位角h’之间的转换:h’=-h + pi/2
  11. UTM坐标和车辆坐标之间的转换

    1. UTM坐标的一般形式为:11U 358657mE 5885532mN
      1. 11表示经度区域
      2. E表示维度区域
      3. 358657mE表示东向位置为358657m
      4. 5885532mN表示北向位置为5885532m
    2. UTM坐标为 T W G T_{WG} TWG,W表示世界系,G表示GNSS系,需要将UTM坐标变换为车辆坐标 T W B T_{WB} TWB
    3. 由UTM坐标到车辆坐标中间经过一个外参变换, T G B T_{GB} TGB,则有 T W B = T W G ∗ T G B T_{WB} = T_{WG} * T_{GB} TWB=TWGTGB

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