百度Apollo源码学习之定位系统介绍

2020-05-29 14:59:19 浏览数 (2)

什么是GNSS

GNSS的全称是全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System）.

它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS、俄罗斯的Glonass、欧洲的Galileo、中国的北斗卫星导航系统，以及相关的增强系统，如美国的WAAS（广域增强系统）、欧洲的EGNOS（欧洲静地导航重叠系统）和日本的MSAS（多功能运输卫星增强系统）等，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。

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三边测量定位算法(Trilateration)

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Trilateration（三边测量）是一种常用的定位算法：

已知三点位置 (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3) 已知未知点 (x0, y0) 到三点距离 d1, d2, d3 以 d1, d2, d3 为半径作三个圆，根据毕达哥拉斯定理，得出交点即未知点的位置计算公式：

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这样就可以算出来位置点的坐标.

在2维平面，一个固定点用已知的半径长确定一个圆，两个固定点用已知的半径确定两个点，三个固定点可以确定一个点。这个原理映射到3维，两个球相交确定一个圆，三个球相交确定两个点。远离地球的点舍弃，另一个点就是你的位置了。

但是实际上真正应用比这个复杂，首先就要想，原理上三颗卫星可以解决的问题问什么一定要4颗。因为前面的简单解释是已知卫星和接受机/使用GPS 的人）的距离。在实际应用中这距离是不知道的，这个距离需要去计算。就是常说的伪距（pseudorange）。

卫星定位的组成

卫星是有三个成分组成的分别是空间部分，控制部分和用户部分。

用户部分

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只要能使用卫星定位的仪器都是用户部分，比如专业接收机，手机，智能手表等等能收到GNSS信号的都可以。

空间部分

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最直接的就是天上的卫星了。这些卫星是在中轨道上运行，大概有20200km那么高。平均是6个平面，一个平面上有四个点，每个点上至少一个卫星，也就是说也许有多个。之前是是24颗卫星， 这种安排基本上全球大部分地区可以看到至少4颗卫星。

控制部分

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这个分为三个，1个主要控制站，1个备用控制站，11个地面的天线，16个地面的监测站。主要用于跟踪，监测，接收和传输一些数据和命令。监测站的主要功能是当卫星从头顶飞过时，收集数据（载波和伪距）然后穿给控制站。

GPS

GPS是70年代规划，80年代实施，90年代运营，耗资300亿美元，仅次于阿波罗登月计划和航天飞机计划的美国第三大航天工程。其主要目的是为陆、海、空三大领域提供实时、 全天候和全球性的导航服务，并用于情报收集、核爆监测和应急通讯等一些军事目的。其次，也为民用、商用提供导航、定位、测速和授时等服务。1994年3月，全球覆盖率高达98%的24颗GPS卫星星座己布设完成。

数据格式

GPS 上电后，每隔一定的时间就会返回一定格式的数据，数据格式为：

代码语言：javascript复制
$信息类型，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x，x

每行开头的字符都是'$'，接着是信息类型，后面是数据，以逗号分隔开。

GPS信息类型：

类型

解释

GPGSV

可见卫星信息

GPGLL

地理定位信息

GPRMC

推荐最小定位信息

GPVTG

地面速度信息

GPGGA

GPS定位信息

GPGSA

当前卫星信息

GPGSV 可视卫星状态

标准格式：

代码语言：javascript复制
$GPGSV，(1)，(2)，(3)，(4)，(5)，(6)，(7)，…(4),(5)，(6)，(7)*hh(CR)(LF)　

含义为：

  • (1)总的GSV语句电文数；2;
  • (2)当前GSV语句号:1;
  • (3)可视卫星总数:08;
  • (4)PRN码（伪随机噪声码）也可以认为是卫星编号
  • (5)仰角(00～90度):33度;
  • (6)方位角(000～359度):240度;
  • (7)信噪比(00～99dB):45dB(后面依次为第10，16，17号卫星的信息); *总和校验域hh 总和校验数:78; (CR)(LF)回车，换行。 注：每条语句最多包括四颗卫星的信息，每颗卫星的信息有四个数据项，即： (4)－卫星号，(5)－仰角，(6)－方位角，(7)－信噪比。
GPRMC 最小定位信息

标准格式：

代码语言：javascript复制
$GPRMC,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,<10>,<11>,<12>*hh

含义为：

  • <1> UTC 时间，hhmmss(时分秒)格式
  • <2> 定位状态，A=有效定位，V=无效定位
  • <3>纬度ddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)
  • <4> 纬度半球N(北半球)或S(南半球)
  • <5>经度dddmm.mmmm(度分)格式(前面的0也将被传输)
  • <6> 经度半球E(东经)或W(西经)
  • <7>地面速率(000.0~999.9节，前面的0也将被传输)
  • <8>地面航向(000.0~359.9度，以真北为参考基准，前面的0也将被传输)
  • <9> UTC 日期，ddmmyy(日月年)格式
  • <10>磁偏角(000.0~180.0度，前面的0也将被传输)
  • <11> 磁偏角方向，E(东)或W(西)
  • <12>模式指示(仅NMEA01833.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效)
GPGGA GPS定位数据

标准格式：

代码语言：javascript复制
$GPGGA,<1>,<2>,<3>,<4>,<5>,<6>,<7>,<8>,<9>,M,<10>,M,<11>,<12>*xx<CR><LF>

含义为：

  • <1> UTC 时间，格式为hhmmss.sss；
  • <2> 纬度，格式为ddmm.mmmm(第一位是零也将传送)；
  • <3> 纬度半球，N 或S(北纬或南纬)
  • <4> 经度，格式为dddmm.mmmm(第一位零也将传送)；
  • <5> 经度半球，E 或W(东经或西经)
  • <6> 定位质量指示，0=定位无效，1=定位有效；
  • <7>使用卫星数量，从00到12(第一个零也将传送)
  • <8>水平精确度，0.5到99.9
  • <9>天线离海平面的高度，-9999.9到9999.9米M指单位米
  • <10>大地水准面高度，-9999.9到9999.9米M指单位米
  • <11>差分GPS数据期限(RTCMSC-104)，最后设立RTCM传送的秒数量
  • <12>差分参考基站标号，从0000到1023(首位0也将传送)。
GPVTG 地面速度信息

标准格式：

代码语言：javascript复制
$GPVTG,<1>,T,<2>,M,<3>,N,<4>,K,<5>*hh

含义为：

  • <1> 以正北为参考基准的地面航向(000~359度，前面的0也将被传输)
  • <2> 以磁北为参考基准的地面航向(000~359度，前面的0也将被传输)
  • <3> 地面速率(000.0~999.9节，前面的0也将被传输)
  • <4> 地面速率(0000.0~1851.8公里/小时，前面的0也将被传输)
  • <5> 模式指示(仅NMEA0183 3.00版本输出，A=自主定位，D=差分，E=估算，N=数据无效
GPGSA 当前卫星信息

标准格式：

代码语言：javascript复制
$GPGSA,A,3,01,20,19,13,,,,,,,,,40.4,24.4,32.2*0A

北斗定位

参考

Trilateration三边测量定位算法 GPS数据包格式 数据解析

d3 db gps image png

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