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大众GPS系统多少 gps系统的组成( 二 )

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控制站 。控制站分散在世界各地，用于监视和控制卫星，其主要目的是让系统保持运行，并验证 GPS 广播信号的精确度 。
GPS 接收器 。GPS 接收器存在于手机、电脑、汽车、船只以及许多其他设备中，如果周围没有高楼等障碍物并且天气良好，那么无论你身在何处，GPS 接收器应每次至少检测到四颗 GPS 卫星 。
GPS 接收器实际上并不直接探测你与卫星之间的距离 。它首先测量信号的飞行时间，即信号从卫星传播到你的 GPS 接收器需要多长时间，然后通过将光速乘以这个飞行时间来计算卫星的距离 。
实时运动定位 RTK
因为光速的值很大，即使是少量的时间误差也会在计算过程中造成巨大的误差，所以每颗卫星都配备了高精度的原子钟 。而为进一步减小误差，我们可以使用 RTK（实时运动定位） 。
RTK 需要在地面上建立几个基站，每个基站都知道自己精确的地面位置，同时每个基站也通过 GPS 测量自己的位置，已知的地面位置与通过 GPS 测量的位置之间的偏差为 GPS 测量结果中的误差，然后基站将这个误差传递给其他 GPS 接收器，以供其调整自身位置的定位结果 。
在 RTK 的帮助下，GPS 可以将定位误差限定在10厘米以内，但是：
高楼和其他障碍物可能阻挡 GPS 信号，这使定位变得困难或根本无法进行；
同时，GPS 的更新频率很低，大约为10赫（每秒更新10次），但由于自动驾驶汽车在快速移动，需要更频繁地更新位置 。
惯性导航
假设一辆车正以恒定速度直线行驶，已知汽车的初始位置、速度及行驶时长，我们可以算出汽车的当前位置 。再进一步，我们可以使用加速度、初始速度和初始位置计算汽车在任何时间点的车速和位置 。而在这个计算过程中，我们需要解决一个问题：如何测量加速度 。
当前位置=初始位置 速度×时间
为了测量加速度，我们需要“三轴加速度计”传感器 。它可以精确测量加速度 。但加速度计本身不足以计算车辆的位置和速度 。加速度计根据车辆的坐标系记录测量结果，而后这些测量值被转换成世界坐标系，为了实现这种转换我们需要借助“陀螺仪”传感器 。三轴陀螺仪的三个外部平衡环一直在旋转，但在三轴陀螺仪中的旋转轴始终固定在世界坐标系中，车辆通过测量旋转轴和三个外部平衡环的相对位置来计算其在坐标系中的位置 。
陀螺仪 3D 展示图
加速度计和陀螺仪是 IMU（惯性测量单元）的主要组件 。IMU 的一个重要特征在于它以高频率更新，其频率可达到1000赫兹，所以 IMU 可以提供接近实时的位置信息 。
【大众GPS系统多少 gps系统的组成】惯性测量单元的缺点在于其运动误差随时间增加而增加，我们只能依靠惯性测量单元在很短的时间范围内进行定位 。但是，我们可以结合 GPS 和 IMU 来定位汽车，一方面，IMU 弥补了GPS 更新频率较低的缺陷；另一方面，GPS 纠正了 IMU 的运动误差 。
对自动驾驶汽车而言，仅将 GPS 和 IMU 系统相结合，还不能完全解决定位所面临的问题，如果我们在山间、峡谷或地下隧道中行驶，我们可能会长时间没有 GPS 更新，这会让整个定位面临失败的风险 。
本节将介绍自动驾驶汽车的定位技术：激光雷达定位和视觉定位，以及Apollo框架是如何解决定位问题的 。
激光雷达定位
利用激光雷达，我们可以通过点云匹配来对汽车进行定位，该方法将来自激光雷达传感器的检测数据与预先存在的高精度地图连续匹配 。通过这种比较，可获知汽车在高精度地图上的全球位置和行驶方向 。
有许多算法可用于匹配点云，迭代最近点（ICP）是其中一种方法 。假设我们想对两次点云扫描进行匹配，对于第一次扫描中的每个点，我们需要找到另一次扫描中最接近的匹配点 。最终会收集到许多匹配点对，把每对点之间的距离误差相加，计算平均距离误差 。

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