智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù) 課件 項目二 智能網(wǎng)聯(lián)汽車感知與識別技術(shù)

項目二智能網(wǎng)聯(lián)汽車感知與識別技術(shù)演講人任務1環(huán)境感知傳感器概述01任務目標02任務引入03能夠了解環(huán)境感知技術(shù)的概念04目錄01任務1環(huán)境感知傳感器概述02任務引入任務引入智能網(wǎng)聯(lián)汽車環(huán)境感知傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的配置與自動駕駛級別有關(guān)，自動駕駛級別越高，配置的傳感器越多，隨著汽車智能化和網(wǎng)聯(lián)化的發(fā)展，智能網(wǎng)聯(lián)汽車配備的先進傳感器的數(shù)量將會逐漸增加，預計無人駕駛汽車將配備30個左右先進傳感器。陳嘉豪同學在汽車4S店實習，某顧客想購入一款智能化水平較高的汽車，讓陳嘉豪同學對汽車的環(huán)境感知系統(tǒng)配置做詳細介紹。那么，智能汽車的環(huán)境感知系統(tǒng)一般包含哪些傳感器的配置呢？03任務目標04能夠了解環(huán)境感知技術(shù)的概念能夠了解環(huán)境感知技術(shù)的概念2能夠熟悉常用環(huán)境感知傳感器的種類3能夠熟悉常用環(huán)境感知傳感器的主要應用場景知識鏈接在汽車行駛過程中，駕駛員會根據(jù)行人的移動軌跡預判其下一步的位置，然后依據(jù)車速進行安全路徑的規(guī)劃，智能駕駛車輛同樣要能做到這些。多個移動物體的軌跡追蹤與預測，難度比單一物體要高得多，這就是環(huán)境感知，也是智能駕駛汽車最具難度的技術(shù)。作為智能駕駛汽車的基礎(chǔ)，同時也是智能駕駛的四大核心技術(shù)之一，環(huán)境感知技術(shù)利用傳感器獲取道路、車輛位置和障礙物信息，并將這些信息傳輸給車載控制中心。環(huán)境感知系統(tǒng)為智能駕駛汽車提供決策依據(jù)，是智能駕駛汽車的“通天眼”。環(huán)境感知系統(tǒng)由信息采集單元、信息處理單元和信息傳輸單元組成。自動駕駛四大核心技術(shù)分別是環(huán)境感知、精確定位、路徑規(guī)劃、線控執(zhí)行，而環(huán)境感知主要包括三個方面：路面、靜態(tài)物體和動態(tài)物體，是自動駕駛和機器人領(lǐng)域的核心技術(shù)。知識鏈接環(huán)境感知系統(tǒng)基于單一傳感器、多傳感器信息融合或車載自組織網(wǎng)絡(luò)獲取周圍環(huán)境和車輛的實時信息，經(jīng)信息處理單元根據(jù)一定算法識別處理后，通過信息傳輸單元實現(xiàn)車輛內(nèi)部或車與車之間的信息共享。如下圖2-1-1所示。常見的環(huán)境感知傳感器有超聲波傳感器、毫米波雷達、激光雷達和視覺傳感器等，各傳感器的原理和特點不同，在環(huán)境感知技術(shù)中的使用也不同。圖2-1-1環(huán)境感知系統(tǒng)組成超聲波傳感器超聲波傳感器是利用超聲波的特性，將超聲波信號轉(zhuǎn)換成其它能量信號的傳感器，具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小等特點，對液體、固體的穿透性較強。超聲波發(fā)射器發(fā)出的超聲波脈沖,經(jīng)媒質(zhì)傳到障礙物表面,反射后通過媒質(zhì)傳到接收器,測出超聲脈沖從發(fā)射到接收所需的時間,根據(jù)媒質(zhì)中的聲速,求得從探頭到障礙物表面之間的距離。原理如下圖2-1-2所示。圖2-1-2超聲波傳感器測距原理簡圖在汽車自動泊車輔助系統(tǒng)中，安裝在前后保險杠的8個UPA（用于探測周圍障礙物的超聲波傳感器）和安裝在左右側(cè)的4個ALA（用于測量停車位的長度的超聲波傳感器）共同作用，完成自動泊車輔助。如下圖2-1-3所示。超聲波傳感器圖2-1-3超聲波傳感器在自動泊車系統(tǒng)的應用UPA，又叫PDC傳感器，安裝在汽車前后保險杠，用于探測汽車前后障礙物，探測距離15~250cm。APA，又叫PLA傳感器，安裝在汽車側(cè)面，用于測量停車位長度，探測距離30~500cm。毫米波雷達毫米波雷達是工作在毫米波頻段的雷達，通過發(fā)射源向給定目標發(fā)射毫米波信號,并分析發(fā)射信號時間、頻率和反射信號時間、頻率之間的差值,可以精確測量出目標相對于雷達的距離和運動速度等信息。毫米波雷達類型與應用：如下圖2-1-4所示圖3-1-4毫米波雷達的類型毫米波雷達的特點：如下圖2-1-5所示毫米波雷達圖2-1-5毫米波雷達的特點激光雷達激光雷達是工作在光頻波段的雷達，激光雷達系統(tǒng)由發(fā)射模塊、接收模塊、控制單元和信號處理系統(tǒng)組成。如下圖2-1-6所示。圖2-1-6激光雷達的組成激光雷達通過測算激光發(fā)射信號與激光回波信號的往返時間,計算出目標的距離和運動狀態(tài)等信息,實現(xiàn)對目標的探測、跟蹤和識別。根據(jù)發(fā)射激光信號的形式不同，分為脈沖法激光測距和相位法激光測距。工作原理如下圖2-1-7所示。激光雷達logo圖2-1-7激光雷達的工原理機械式激光雷達與固態(tài)激光雷達的參數(shù)對比，如表2-1-1所示。表2-1-1激光雷達與固態(tài)激光雷達參數(shù)對比視覺傳感器視覺傳感器主要由光源、鏡頭、圖像傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像處理器、圖像存儲器等組成，以實現(xiàn)車道線識別、障礙物檢測、交通標志和地面標志識別、交通信號燈識別、可行空間檢測等功能。如下圖2-1-8所示。圖2-1-8視覺傳感器的工作范圍攝像頭有兩個重要的指標：分辨率和有效像素。視覺傳感器分辨率實際上就是每場行同步脈沖數(shù)，這是因為行同步脈沖數(shù)越多，則對每場圖像掃描的行數(shù)也越多。事實上，分辨率反映的是攝像頭的縱向分辨能力。有效像素常寫成兩數(shù)相乘的形式，如“320x240”，其中：前一個數(shù)值表示單行視頻信號的精細程度，即行分辨能力；后一個數(shù)值為分辨率，因而有效像素=行分辨能力×分辨率。視覺傳感器是智能網(wǎng)聯(lián)汽車實現(xiàn)預警、識別類ADAS功能的基礎(chǔ),廣泛應用于各ADAS系統(tǒng)中，如表2-1-2所示。表2-1-2視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應用視覺傳感器慣性導航系統(tǒng)慣性導航系統(tǒng)（INS）是利用慣性測量單元（IMU）的角度和加速度信息來計算載體的相對位置的一種定位技術(shù)。其主要由3個模塊組成：慣性測量單元、信號預處理單元和機械力學編排模塊。一個慣性測量單元包括3個相互正交的單軸加速度計（Accelerometer）和3個相互正交的單軸陀螺儀（Gyroscopes），慣性測量單元結(jié)構(gòu)如圖2-1-9所示。信號預處理部分對慣性測量單元輸出信號進行信號調(diào)理、誤差補償并檢查輸出量范圍等，以確保慣性測量單元正常工作。慣性導航系統(tǒng)圖2-1-9慣性測量單元結(jié)構(gòu)慣性導航通常與GPS的融合使用。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)是應用最廣泛的定位系統(tǒng)，它使用方便，成本低，定位精度可達到5米。然而定位導航系統(tǒng)的應用也面臨著易受干擾、動態(tài)環(huán)境可靠性差、數(shù)據(jù)輸出頻率低、高層建筑衛(wèi)星信號閉塞等問題。如果將衛(wèi)星定位導航和慣性導航系統(tǒng)結(jié)合起來，兩個導航系統(tǒng)可以相互補充，形成一個有機的整體。如圖2-1-10所示。慣性導航系統(tǒng)圖2-1-10慣性導航與GPS的融合使用GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是通過接收和解譯人造衛(wèi)星所發(fā)射的電波信號來確定測站點位置的測量定位系統(tǒng)，它是英文“GlobalPositioningSystem”（全球定位系統(tǒng)）的縮寫。GPS由24顆衛(wèi)星組成，其中21顆工作衛(wèi)星，3顆備用衛(wèi)星，大致均勻地分布在6個軌道面上。軌道面相對于地球赤道面的傾角為55，各軌道平面之間的交角為60，衛(wèi)星距地球約20200公里，運行周期為11小時58分。在世界任何地區(qū)任何時候至少可以同時接收4顆衛(wèi)星信號，最多可以同時接收到11顆衛(wèi)星發(fā)射的信號。每顆衛(wèi)星上均裝有4臺高精度的原子鐘（2臺銫鐘、2臺銣鐘），稱為衛(wèi)星鐘，用以提供高精度的時間標準。GPS定位系統(tǒng)工作原理：已知一顆衛(wèi)星的位置和接收器到它的距離，就可以確定接收器在一個球面上；已知兩顆衛(wèi)星的位置和接收器到它們的距離，就可以確定接收器在一個環(huán)上。工作原理如圖2-1-11所示。GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)圖2-1-11GPS定位系統(tǒng)工作原理高精度地圖狹義高精度地圖是由傳統(tǒng)圖形商定義的精度更高、內(nèi)容更詳細的地圖。例如，定義更詳細信息。廣義的高精度地圖直接為我們構(gòu)建了一個真實的三維世界。除了絕對位置的形狀信息和拓撲關(guān)系外，還包括點云、語義和特征等屬性。高精地圖應包含的主要信息包括導向箭頭、車道寬度、車道標線、車道分割/合并、車道寬度變化、護欄、障礙物等等。如下圖所示。圖2-1-12高精地圖矢量元素高精度地圖傳統(tǒng)地圖依賴于拓撲結(jié)構(gòu)和傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫，將各種元素作為對象堆放在地圖上，將道路存儲為路徑。而高精度地圖為了提高存儲效率和機器可讀性，地圖在存儲時分為矢量層和對象層。在高精度地圖生產(chǎn)過程中，通過提取車輛上傳感器采集的原始數(shù)據(jù)，獲取高精度地圖特征值，構(gòu)成特征地圖。在此基礎(chǔ)上，進一步提取、處理和標注矢量圖形，包括道路網(wǎng)絡(luò)信息、道路屬性信息、道路幾何信息和道路上主要標志的抽象信息。高精地圖生產(chǎn)過程包含以下內(nèi)容：高精度地圖道路元素圖像處理在高精度地圖中，為了給自動駕駛汽車提供道路的拓撲信息、交通約束信息，需要對道路元素進行識別并做語義標注等以便于后期高精度地圖的制作。如圖2-1-13所示。圖2-1-13道路元素識別高精度地圖圖像識別與處理道路元素包括交通標志牌、紅綠燈、車道線和隔離帶等。高精度地圖的制作需要對各種道路元素進行圖像識別、語義標注等處理。圖像識別與處理流程如下圖所示。圖2-1-14圖像識別與處理流程高精度地圖激光點云處理在高精度地圖制作中，通常使用激光雷達掃描獲取點云數(shù)據(jù)，進而重建三維道路環(huán)境，并利用重建好的三維環(huán)境進行道路要素特征的提取與識別，準確地反映道路環(huán)境并描述其道路環(huán)境特征，準確表述道路環(huán)境特征，得到高精度點云地圖。如圖2-1-15所示。圖2-1-15高精度點云地圖高精度地圖激光點云特征提取激光雷達獲取的原始數(shù)據(jù)集以激光點云文件形式進行存儲。點云文件包含物體表面的離散點集、法向量、顏色或標簽等基本信息，但缺少物體的曲面、體積以及各頂點間的幾何拓撲等信息。高精度地圖激光點云法向量法向量作為激光點云數(shù)據(jù)重要的局部特征，能夠?qū)ιy激光點云的局部進行有效的描述并為其他激光點云處理技術(shù)提供支撐。激光點云法向量的計算方法常用的有兩種解決方案：曲面重建技術(shù)和法向量估計法。通?；邳c云的特性、應用場景、計算資源等因素選擇合適的方法。高精度地圖激光點云配準利用激光點云配準技術(shù)將從各個視角下采集到的含有誤差的激光點云通過旋轉(zhuǎn)平移，消除誤差并統(tǒng)一到同一坐標系下，還原道路的三維環(huán)境。激光點云配準算法繁多，主要分為粗配準以及精配準兩種:粗匹配，用于兩片激光點云初始位置誤差較大的情況下快速取得兩片激光點云的轉(zhuǎn)換關(guān)系，輸出精度不高；精匹配，適用于初始位置誤差較小的情況下對兩片激光點云的坐標進行精準的計算，輸出精度高。高精度地圖激光點云分割logo在高精度地圖制作中，為了能夠?qū)魲U、標志牌和路沿等交通道路元素從大量雜亂無序的激光點云中識別出來，需要對激光點云進行分割后提取出來。如圖2-1-16所示。圖2-1-16激光點云分割傳感器融合傳感器融合實際上是模仿人類通過五官獲得外界信息的這種由感知到認知的過程。傳感器數(shù)據(jù)融合是針對一個系統(tǒng)使用多個（種）傳感器這一特定問題而提出的信息處理方法，可發(fā)揮多個（種）傳感器的聯(lián)合優(yōu)勢，消除單一傳感器的局限性，把分布在不同位置的多個同類或不同類傳感器所提供的數(shù)據(jù)資源加以綜合，采用使計算機技術(shù)對其進行分析加以互補，實現(xiàn)最佳協(xié)同效果，獲得對被觀測對象的一致性解釋與描述，提高系統(tǒng)的容錯性，從而提高系統(tǒng)決策、規(guī)劃、反應的快速性和正確性，使系統(tǒng)獲得更充分的信息（1）傳感器融合的過程。如下圖所示。傳感器融合圖2-1-17傳感器融合過程傳感器融合多傳感器融合結(jié)構(gòu)根據(jù)傳感器信息在不同信息層次上的融合，可以將多傳感器信息融合劃分為Low-level融合、High-level融合和混合融合結(jié)構(gòu)。如圖2-1-17所示。圖2-1-17多傳感器融合結(jié)構(gòu)Low-level融合體系結(jié)構(gòu)是一種較低信息層次上的融合，是集中式融合結(jié)構(gòu)。集中式驗合結(jié)構(gòu)將各傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)直接送到數(shù)據(jù)融合中心，進行數(shù)據(jù)對準、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、預測等，在傳感器端不需要任何處理，可以實現(xiàn)實時融合。如圖2-1-18所示。傳感器融合多傳感器融合結(jié)構(gòu)圖2-1-18Low-level融合體系結(jié)構(gòu)傳感器融合數(shù)據(jù)級融合數(shù)據(jù)級融合又稱像素級融合，是最低層次的融合，直接對傳感器的觀測數(shù)據(jù)進行融合處理，然后基于融合后的結(jié)果進行特征提取和判斷決策。如圖2-1-18所示。圖2-1-18數(shù)據(jù)級融合體系結(jié)構(gòu)傳感器融合數(shù)據(jù)級融合根據(jù)融合內(nèi)容，數(shù)據(jù)級融合又可以分為圖像級融合、目標級融合和信號級融合。圖像級融合以視覺為主體，將雷達輸出的整體信息進行圖像特征轉(zhuǎn)化，與視覺系統(tǒng)的圖像輸出進行融合；目標級融合是對視覺和雷達的輸出進行綜合可信度加權(quán)，配合精度標定信息進行自適應的搜索匹配后融合輸出；信號級融合是對視覺和雷達傳感器ECU傳出的數(shù)據(jù)源進行融合，其數(shù)據(jù)損失小、可靠性高，但需要大量的計算。傳感器融合特征級融合特征級融合指在提取所采集數(shù)據(jù)包含的特征向量之后融合。特征向量用來體現(xiàn)所監(jiān)測物理量的屬性，在面向檢測對象特征的融合中，這些特征信息是指采集圖像中的目標或特別區(qū)域，如邊緣、人物、建筑或車輛等信息。如圖2-1-19所示。圖2-1-19特征級融合體系結(jié)構(gòu)任務2超聲波傳感器技術(shù)任務引入超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。新技術(shù)使得今天的超聲波傳感器非常堅固耐用并有著精確的感應能力，這些新增強的特性拓展了新的應用領(lǐng)域，完全超越了傳統(tǒng)的超聲波傳感器的應用。超聲波雷達在汽車智能技術(shù)中主要用作停車環(huán)境檢測（倒車雷達），陳嘉豪同學在某汽車零配件公司實習，負責某倒車雷達產(chǎn)品的技術(shù)支持，那么倒車雷達是如何在倒車時實現(xiàn)監(jiān)控與報警的呢？任務目標任務2超聲波傳感器技術(shù)22能夠熟悉超聲波傳感器的工作原理及各項參數(shù)33能夠熟悉超聲波傳感器的應用場景11能夠熟悉超聲波傳感器的概念6知識鏈接55能夠熟悉超聲波傳感器在汽車上的配置方案44能夠熟悉超聲波傳感器的優(yōu)缺點超聲波傳感器介紹及工作原理超聲波雷達發(fā)展至今以及將近百年歷史。其原理是發(fā)射人耳所不能察覺的高頻率超聲波，遇到障礙物后反彈回來。傳感器在接收到發(fā)射回來的聲波后，根據(jù)發(fā)射和接收聲波的時間差來計算出傳感器和障礙物之間的距離。超聲波傳感器是利用超聲波的特性研制而成的傳感器。超聲波是一種振動頻率高于聲波的機械波，由換能晶片在電壓的激勵下發(fā)生振動產(chǎn)生的，它具有頻率高、波長短、繞射現(xiàn)象小，特別是方向性好、能夠成為射線而定向傳播等特點。超聲波對液體、固體的穿透本領(lǐng)很大，尤其是在陽光不透明的固體中，它可穿透幾十米的深度。超聲波碰到雜質(zhì)或分界面會產(chǎn)生顯著反射形成反射成回波，碰到活動物體能產(chǎn)生多普勒效應。因此超聲波檢測廣泛應用在工業(yè)、國防、生物醫(yī)學等方面以超聲波作為檢測手段，必須產(chǎn)生超聲波和接收超聲波。完成這種功能的裝置就是超聲波傳感器，習慣上稱為超聲探頭。超聲波傳感器介紹及工作原理超聲波傳感器是一款通過超聲波發(fā)射裝置發(fā)出超聲波，根據(jù)接收器接到超聲波時的時間差就可以知道距離了。這與雷達測距原理相似。超聲波發(fā)射器向某一方向發(fā)射超聲波，在發(fā)射時刻的同時開始計時，超聲波在空氣中傳播，途中碰到障礙物就立即返回來，超聲波接收器收到反射波就立即停止計時。（超聲波在空氣中的傳播速度為340m/s，根據(jù)計時器記錄的時間t，就可以計算出發(fā)射點距障礙物的距離(s)，即：s=340t/2）如下圖2-2-1所示。超聲波傳感器介紹及工作原理圖2-2-1超聲波測距原理超聲波傳感器的優(yōu)缺點在20世紀已經(jīng)出現(xiàn)的車載超聲波雷達，當時個體較大，靈敏度識別度都不是很高，識別有效范圍在1米到2米之間，起初的功能也只是倒車時如果車輛后方近處有障礙物時發(fā)出聲音警報。障礙物物體如果直徑過小或太矮，那么都無法被超聲波雷達偵測到。要實現(xiàn)現(xiàn)代車輛的輔助或自動泊車需求，那么2米的偵測范圍是遠遠不夠的。經(jīng)過20多年的科技發(fā)展，如今的超聲波雷達已經(jīng)非常先進和靈敏。以博世公司的第六代超聲波雷達為例，其長度只有4.4厘米大小，重量才14g，接收聲波的傳感器圓面半徑只有2.3厘米，卻可以達到從15厘米到5.5米的偵測范圍。精度達到3cm，即只要物體直徑超過3cm就可以感應得到。如下圖所示。超聲波傳感器的優(yōu)缺點圖2-2-2超聲波雷達除了偵測精度及偵測范圍半徑，超聲波雷達還有一些其它的技術(shù)參數(shù)對泊車這個場景也至關(guān)重要，如水平方向掃描扇形的角度和垂直方向掃描的最大夾角等等。如下圖2-2-3所示。超聲波傳感器的優(yōu)缺點圖2-2-3超聲波雷達測量范圍超聲波是一種機械波，使得超聲波雷達有著以下局限，如圖所示。超聲波傳感器的優(yōu)缺點圖2-2-4超聲波雷達的局限性超聲波傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應用場景由于超聲波在傳播過程中還受很多其它因素影響很大，如溫度等等，所以在采購或使用此類傳感器時還要考慮到很多其它的技術(shù)因素，詳情將在有關(guān)超聲波雷達的獨立教學章節(jié)中提到。超聲波雷達一般安裝在車輛的前后保險杠上。在一些嚴酷工況下，比如被雨雪或泥巴覆蓋的時候，硬件本身沒有壞，但檢測會出問題。博世的一款傳感器有一個特點就是失聰檢測，它把數(shù)字信號和不同傳感器信號編碼加在了一起，通過一個線性頻率，使每個超聲波發(fā)出的頻率都不太一樣，相當于每個超聲波都有一個自己的身份認證碼，這樣極大提高了超聲波的抗干擾能力，使得傳感器可以做到多收多發(fā)，不僅抗干擾能力提升了，整個系統(tǒng)的刷新時間也會變得更快。如下圖2-2-4所示。超聲波傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應用場景圖2-2-4超聲波雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的應用超聲波傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的配置方案博世的這款第六代超聲波雷達水平掃描扇形角度達到75度，也就是說要實現(xiàn)360全面覆蓋的全自動泊車，那5，6個此類雷達就足夠。但在實際大部分車輛的配備中，整車廠寧愿選擇掃描角度小但偵測范圍半徑大的超聲波雷達。因此大部分車輛的自動泊車中都安裝大量傳感器。比如蔚來自動駕駛系統(tǒng)NIOPilot(SAEL2)就包括了12個超聲波雷達。如下圖2-2-5所示。超聲波傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的配置方案圖3-2-5蔚來汽車自動駕駛系統(tǒng)超聲波傳感器的安裝（1）確定超聲波傳感器安裝位置：①離地高度：50~70cm。②水平間距：兩點之間的距離根據(jù)實際情況合理布局。01（2）選擇超聲波傳感器鉆頭直徑：要使鉆頭的直徑與傳感器的直徑相等，為18.8mm。02（3）安裝超聲波傳感器：使箭頭方向朝上，然后安裝超聲波傳感器。03（4）均衡用力壓緊：在超聲波傳感器的邊緣均衡用力，將傳感器壓入，并且與安裝孔貼緊。04（5）連接插頭，用力擰緊：連接防水、防塵插頭，并且用力擰緊。05（6）確定配線的長度：超聲波傳感器線束的標配長度為2.5m左右，可以根據(jù)車型的實際需要截取。06超聲波傳感器的標定（1）在工作區(qū)放置工作牌，將超聲波雷達安裝在支架上。（2）將超聲波雷達和控制盒線束連接。（3）打開超聲波雷達控制盒供電開關(guān)、超聲波電源開關(guān)。（4）在超聲波雷達正前方1m處放置障礙物（或站立人模擬障礙物）。（5）觀察超聲波顯示界面測距數(shù)值。（6）前后左右移動障礙物，觀察測距數(shù)值變化。在超聲波雷達的不感應區(qū)域、限定區(qū)域和不確定區(qū)域示意中標記相應區(qū)域尺寸。（7）組裝和連接示波器。（8）將示波器測試針連接控制面板端口CH2（信號）、CH1（接地）。（9）打開示波器，測試超聲波雷達發(fā)射的脈沖信號。超聲波傳感器的標定（10）觀察波形，分析超聲波雷達發(fā)射信號的脈沖周期。（11）整理實驗場地。在車后2米內(nèi)無障礙物的條件下，將倒車擋掛入后，仔細分辨倒車雷達模塊通電后的自檢。謝謝任務3毫米波雷達技術(shù)01任務3毫米波雷達技術(shù)02任務引入任務引入自動駕駛技術(shù)發(fā)展至今，該領(lǐng)域目前已經(jīng)演變成了融合感知派和視覺感知派這兩條截然不同的技術(shù)路線。除了特斯拉之外，絕大多數(shù)車企都屬于融合感知派，它們往往會采用激光雷達+毫米波雷達+攝像頭等多重冗余感知方案。對于融合感知派成員來說，激光雷達、毫米波雷達已經(jīng)不再是裝不裝的問題，而是需要裝多少個的問題。正當大多數(shù)車企還在糾結(jié)于應該在自己的產(chǎn)品上搭載多少顆激光雷達，多少顆毫米波雷達時，從2022年2月中旬開始，特斯拉投放在北美市場的ModelS和ModelX將不再配備毫米波雷達，這也就意味著特斯拉在北美市場上已經(jīng)實現(xiàn)了純視覺自動駕駛的這一愿景，正式進入了它想要的純視覺智能駕駛時代。你是否認同不搭載毫米波雷達的自動駕駛方案呢？03任務目標04了解毫米波雷達定義、結(jié)構(gòu)、功能、工作原理了解毫米波雷達定義、結(jié)構(gòu)、功能、工作原理020103042了解毫米波雷達在智能網(wǎng)聯(lián)汽車整車的作用4能夠熟悉毫米波雷達的優(yōu)缺點3能夠熟悉毫米波雷達的應用場景5能夠熟悉毫米波雷達在汽車上的配置方案毫米波雷達介紹毫米波雷達：MillimeterWaveRADAR（MillimeterWaveRadioDetectionAndRanging無線電探測與測距）。毫米波是指波長為1~10mm的電磁波，對應的頻率范圍為30~300GHz。電磁波波普如下圖2-3-1所示。圖2-3-1電磁波波譜毫米波雷達介紹毫米波雷達是工作在毫米波頻段的雷達，它通過發(fā)射與接收高頻電磁波來探測目標，后端信號處理模塊利用回波信號計算出目標的距離、速度和角度等信息。按照測量目標的距離遠近可劃分為短程雷達（SRR）、中程雷達（MRR）、遠程雷達（LRR)。如下圖2-3-2所示。圖2-3-2毫米波雷達頻段與距離分類毫米波雷達的組成毫米波雷達是一種利用毫米波頻段進行雷達測量的傳感器。它由發(fā)射模塊、接收模塊、天線和信號處理模塊構(gòu)成。毫米波工作時，發(fā)射模塊通過天線將電信號（電能）轉(zhuǎn)化為電磁波發(fā)出，接收模塊接收到射頻信號后，將射頻電信號轉(zhuǎn)換為低頻信號，再由信號處理模塊從信號中獲取距離、速度和角度等信息。毫米波雷達的發(fā)射模塊負責產(chǎn)生并發(fā)射毫米波信號。通常使用毫米波頻段的電子器件，如諧振器或振蕩器來產(chǎn)生毫米波信號。毫米波雷達的天線用于發(fā)射和接收毫米波信號。毫米波雷達的接收模塊負責接收并處理回波信號。接收模塊通常包括低噪聲放大器、混頻器和解調(diào)器等電子器件，用于增強和解調(diào)接收到的信號。天線的設(shè)計通常需要滿足較高的增益和方向性要求，以便有效地發(fā)射和接收毫米波信號。毫米波雷達的信號處理模塊用于對接收到的回波信號進行處理和分析，通常包括數(shù)字信號處理器（DSP）和算法，用于提取出目標的位置、速度、尺寸等信息。毫米波雷達的組成以上是毫米波雷達的一些主要組成部分。不同型號和應用的毫米波雷達可能會有所不同，但通常都會包含這些基本組件。毫米波雷達的組成如圖2-3-3所示。圖2-3-3毫米波雷達的組成05毫米波雷達測距原理毫米波雷達測距原理與激光雷達相比毫米波雷達會有很多測量短距離的場景，如側(cè)向警示、倒車警示等，因此主要以FMCW調(diào)制方法來測距。測距原理為：通過振蕩器形成持續(xù)變化的信號，而發(fā)出信號和接收信號之間形成頻率差，其差值與發(fā)射-接收時間差成線性關(guān)系，只要通過頻率差就能計算車輛與物體距離。如圖2-3-4所示。圖2-3-4毫米波測距原理06毫米波雷達測速原理毫米波雷達測速原理（1）毫米波雷達測速主要是基于多普勒效應來測速。（2）當發(fā)射的電磁波和被探測目標有相對移動、回波的頻率會和發(fā)射波的頻率不同，通過檢測這個頻率差可以測得目標相對于雷達的移動速度。如下圖2-3-5所示。圖2-3-5毫米波測速原理07毫米波雷達角度測量原理毫米波雷達角度測量原理（1）毫米波雷達方位測量主要包括水平角度和垂直角度的測量。（2）通過毫米波雷達的發(fā)射天線（TX）發(fā)射出毫米波后，遇到被監(jiān)測物體，反射回來，通過毫米波雷達并列的接收天線（RX1和RX2），收到同一監(jiān)測目標反射回來的毫米波，根據(jù)反射回波的相位差（b）以及RX1和RX2間的距離（d），就可以通過三角函數(shù)計算出被監(jiān)測目標的方位角（αAZ）。（3）為了提高方位的測量精度，采用使用大量陣列天線來構(gòu)成窄波束的方法。如下圖2-3-6所示。毫米波雷達角度測量原理圖3-3-5毫米波角度測量毫米波雷達優(yōu)缺點毫米波雷達是唯一具備“全天候全天時”工作能力的車載傳感器，是智能網(wǎng)聯(lián)汽車不可或缺的核心傳感器之一。08優(yōu)點優(yōu)點（1）精度高，抗干擾能力強。毫米波雷達工作在高頻段，測量精度高，并且由于周圍噪聲和干擾處于中低頻區(qū)，基本上不會影響毫米雷達的正常運行；（2）高分辨率，多目標。毫米波雷達的高分辨率，利于分辨出距離較近的多目標；（3）高頻率，低功率。毫米波雷達不同型號功耗不同，一般低于12W；（4）探測距離遠，實時性高。傳播速度與光速一樣，可以快速地測量出目標的距離、速度和角度等信息；（5）全天候全天時。具有很強的穿透能力，在雨、雪、大霧、塵埃等惡劣天氣依然可以正常工作。不受光線強度影響，可全天時工作；（6）敏感高，誤報低。毫米波雷達金屬電磁反射強，其探測不受顏色與溫度的影響，誤報低；（7）可測速，可測距。毫米波雷達可同時探測多個目標的速度和距離；優(yōu)點圖2-3-6毫米波雷達優(yōu)點09缺點缺點（1）虛假報警：毫米波雷達是利用目標對電磁波的反射來發(fā)現(xiàn)并測定目標位置，而充滿雜波的外部環(huán)境給毫米波雷達感知經(jīng)常帶來虛警問題；（2）盲區(qū)：覆蓋區(qū)域呈扇形，有盲點區(qū)域；（3）交通標志：無法識別交通標志和交通信號燈；（4）道路標志：無法識別道路標線；毫米波雷達的分類根據(jù)毫米波雷達的波長及基于此的測量距離，市場上的毫米波雷達可以分為兩大類。（1）24GHz毫米波雷達又名角雷達，嚴格來說是厘米波雷達。其在傳統(tǒng)車輛中已經(jīng)應用多年，屬于中短距離雷達，一般安裝在車輛的兩側(cè)，測距范圍在70米之內(nèi)?？梢杂脕頀呙桉{駛員盲區(qū)，在車輛變道或拐彎時提供自動或輔助功能。（2）77GHz毫米波雷達又名中長距離雷達，主要安裝在車輛前后方，高配車輛上的測距范圍今天可接近300米，是ADAS輔助駕駛功能的核心。毫米波雷達的技術(shù)參數(shù)毫米波雷達的技術(shù)參數(shù)主要有：最大探測距離、距離分辨率、距離靈敏度、距離測量精度、最大探測速度等，如下圖所示。圖2-3-6毫米波雷達測量技術(shù)參數(shù)毫米波雷達的應用盲點檢測/變道輔助（BSD/LCA）在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的盲點檢測/變道輔助功能中，毫米波雷達用于監(jiān)測駕駛員視線盲區(qū)的其他車輛。當其他車輛進入盲區(qū)時，系統(tǒng)會發(fā)出警告，通常通過閃爍的燈光或聲音提醒駕駛員，以減少變道時的潛在危險。毫米波雷達的應用自動緊急制動系統(tǒng)（AEB）AEB是一種主動安全技術(shù)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車在檢測到潛在碰撞風險時，能夠自動啟動緊急制動以避免或減輕碰撞的嚴重程度。車載毫米波雷達通過發(fā)射毫米波并接收返回信號，能夠檢測車輛前方的目標，包括其他車輛、行人、或靜止障礙物，可以測量目標與前方車輛之間的距離和相對速度?；谂c前方車輛的距離和速度信息，車輛的AEB系統(tǒng)使用算法來評估潛在的碰撞風險。如果系統(tǒng)判斷存在碰撞風險，并且駕駛員沒有采取適當?shù)男袆?，AEB系統(tǒng)將啟動緊急制動。當AEB系統(tǒng)確定有碰撞風險時，系統(tǒng)會主動觸發(fā)車輛的制動系統(tǒng)，使車輛減速或停車，以減輕碰撞的嚴重程度或完全避免碰撞。如圖2-3-7所示。毫米波雷達的應用自適應巡航（ACC）ACC是一種先進的駕駛輔助系統(tǒng)，能夠維持車輛在高速公路上的巡航速度，并根據(jù)前方交通狀況進行智能調(diào)整速度。車載毫米波雷達能夠精確測量前方目標與巡航車輛之間的距離和相對于巡航車輛的速度?；诤撩撞ɡ走_提供的目標距離和速度信息，ACC系統(tǒng)使用算法來實時調(diào)整巡航車輛的速度，以保持與前方目標的安全距離。毫米波雷達的應用開門預警（DOW）當開門預警功能開啟時，安裝于汽車兩側(cè)的毫米波雷達檢測到盲區(qū)有目標車輛駛?cè)?，且滿足報警條件時，駕駛員或乘客打開同側(cè)的車門，系統(tǒng)發(fā)出報警，提醒駕駛員或乘客此時下車危險。毫米波雷達的應用后方追尾預警（RCW）當開啟后方追尾預警功能時，當安裝于汽車后方的毫米波雷達檢測到本車道有車輛快速接近，存在碰撞危險，汽車會自動開啟雙閃警示后方車輛減速，同時儀表顯示提醒駕駛員，該功能為0車速啟動。如圖2-3-8所示。毫米波雷達的應用后方追尾預警（RCW）圖2-3-7FCW前方碰撞預警圖2-3-8RCW后方碰撞預警10毫米波雷達的安裝調(diào)試毫米波雷達安裝工具設(shè)備：電鉆工具：平口起子、梅花起子（拆附件）、專用鉆頭、彩筆、卷尺、電膠布、電筆（安裝用）、紙膠帶。安裝調(diào)試過程第1步：拆后保險杠。檢查后保險桿內(nèi)部構(gòu)造情況，如車架大梁、撞擊緩沖泡沫塊等，盡量避開此類位置。如果有塑料螺絲動作得輕一些。第2步：打孔。用標尺度量出探頭的位置，用配套的專用鉆頭沿標記處開孔，并將孔修理平滑。（如果是換用新的倒車毫米波雷達，這個較危險的步驟就可以省去）第3步：安裝倒車毫米波雷達的探頭。按探頭編號從左至右依次裝入打孔處。理順探頭連線，并上穿至后備箱左側(cè)處。第4步：安裝倒車毫米波雷達的控制器，拆開后備箱左側(cè)內(nèi)襯板及左尾燈，安裝上倒車毫米波雷達控制器，電源信號線接在倒車燈線。第5步：安裝倒車毫米波雷達的顯示器。根據(jù)用車習慣找毫米波雷達顯示器的固定位置，建議安裝在左側(cè)A柱下方。將顯示器信號線沿左側(cè)門邊壓條下方或地膠墊下，排到后備箱左側(cè)處，依順序把顯示器及探頭插頭接往主控制器。安裝調(diào)試過程第6步：測試倒車毫米波雷達是否能正常使用。掛入倒檔測試倒車毫米波雷達的工作狀況，確定各探頭及顯示器是否正常，然后裝回尾燈及內(nèi)飾板、保險杠。11毫米波雷達的標定毫米波雷達的標定（1）在工作區(qū)放置工作牌，將毫米波雷達安裝在支架上。在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（4）在毫米波雷達正前方固定距離放置模擬目標，記錄距離。在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（2）將毫米波雷達RACN信號線與控制柜CAN-H和CAN-L連接。在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（5）打開控制柜電源，啟動計算機。在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（3）打開毫米波雷達控制盒供電開關(guān)、電源開關(guān)。在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（6）啟動“RadarViewer"或其他毫米波測試軟件。在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（7）對毫米波雷達安裝位置進行調(diào)整、標定（模擬目標在測試軟件中顯示信息與實際一致）。在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（8）記錄軟件測試界面的距離、幅度、角度等信息。在右側(cè)編輯區(qū)輸入內(nèi)容（9）記錄最遠距離測試點位數(shù)據(jù)。（10）記錄距離精度測試點位數(shù)據(jù)。任務4激光雷達技術(shù)任務引入近兩年以來，越來越多的車企選擇在量產(chǎn)車上配置激光雷達，以獲得邁向高階自動駕駛的“通行證”。據(jù)不完全統(tǒng)計，包括小鵬P5、寶馬iX、理想L9、蔚來ET7、威馬M7等在內(nèi)的幾十款車型均配置了激光雷達。激光雷達最初是以“軍轉(zhuǎn)民”的方式出現(xiàn)在汽車領(lǐng)域的，所以價格較高。但隨著技術(shù)迭代，搭載L2~L3級駕駛輔助系統(tǒng)的量產(chǎn)車也開始配備激光雷達。有推崇者，就有反對者。在行業(yè)內(nèi)，特斯拉便是激光雷達的反對者。你如何分析汽車搭載激光雷達的優(yōu)缺點呢？任務目標12能夠熟悉激光雷達的概念能夠熟悉激光雷達的概念2能夠熟悉激光雷達的工作原理及各項參數(shù)3能夠熟悉激光雷達的應用場景4能夠熟悉激光雷達的優(yōu)缺點5能夠熟悉激光雷達在汽車上的配置方案激光雷達的概念雷達（RADAR-Radiodetectionandranging）是無線電探測和測距，即發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標的距離、速度、方位、高度等信息。傳統(tǒng)的雷達是以微波作為載波的雷達，大約出現(xiàn)在1935年。按雷達頻段分，可分為超視距雷達、微波雷達、毫米波雷達以及激光雷達等，如下圖3-4-1所示。激光雷達的概念圖2-4-1不同頻段對應的雷達激光雷達，簡稱Lidar，也稱LaserRadar或LADAR（LaserDetectionandRanging：激光探測及測距），是一種通過發(fā)射激光束探測目標的位置、距離等特征量的雷達系統(tǒng)。以光電探測器為接收器件，以光學望遠鏡為天線。Lidar（激光雷達）有時被稱為3D激光掃描，是3D掃描和激光掃描的一種特殊組合，因為激光雷達因為激光波長短，準直性高，使得激光雷達性能優(yōu)異：角分辨率和距離分辨率高、抗干擾能力強、能獲得目標多種圖像信息(深度、反射率等)、體積小、質(zhì)量輕等特性；所以它可應用于地面、空中和移動等領(lǐng)域。最初稱為光雷達，因為那時使用的光源均非激光。自激光發(fā)射器出現(xiàn)以來，激光作為高亮度、低發(fā)散的相干光特別適合作光雷達的光源，所以現(xiàn)在的光雷達均使用激光發(fā)射器作光源，名稱也就統(tǒng)稱為激光雷達。激光雷達系統(tǒng)組成激光脈沖基本測距原理：測距儀發(fā)出光脈沖，經(jīng)被測目標反射，光脈沖回到測距儀接收系統(tǒng)。測量發(fā)射和接收光脈沖的時間間隔，即光脈沖在待測距離上的往返傳播時間，然后根據(jù)光速計算出距離。如下圖2-4-2所示。圖2-4-2激光雷達測距原理激光雷達系統(tǒng)組成激光雷達的關(guān)鍵部件按照信號處理的信號鏈包括控制硬件DSP（數(shù)字信號處理器）、激光驅(qū)動、激光發(fā)射發(fā)光二極管、發(fā)射光學鏡頭、接收光學鏡頭、APD（雪崩光學二極管）、TIA（可變跨導放大器）和探測器，如圖2-4-3所示。其中除了發(fā)射和接收光學鏡頭外，都是電子部件。激光雷達向外發(fā)射激光束，層數(shù)越多，精度也越高。發(fā)射光學鏡頭將激光發(fā)射出去后，當激光遇到障礙物會反射，從而被接收光學鏡頭接收，創(chuàng)建一組點云。隨著半導體技術(shù)的快速演進，性能逐步提升的同時成本迅速降低。激光雷達系統(tǒng)組成圖2-4-3激光雷達系統(tǒng)組成13相位測距（CW-TOF）相位測距（CW-TOF）相位測距原理：通過測量被強度調(diào)制的連續(xù)波激光信號在雷達與目標之間來回飛行產(chǎn)生的相位差獲得距離信息。優(yōu)點是測距分辨率高（毫米級），難點是測量速度較低，測距精度易受目標形狀和運動的影響。應用場景例如手持式激光測距儀，如下圖2-4-4所示。圖2-4-4手持式激光測距儀14脈沖測距（P-TOF）脈沖測距（P-TOF）脈沖測距原理：通過測量激光脈沖在雷達和目標之間來回飛行時間獲取目標距離的信息。測距原理如圖2-4-5所示。圖2-4-5脈沖測距原理15三角測距原理三角測距原理光器發(fā)射激光，在照射到物體后，反射光由線性CCD接收，由于激光器和探測器間隔了一段距離，所以依照光學路徑，不同距離的物體將會成像在CCD上不同的位置。按照三角公式進行計算，就能推導出被測物體的距離。三角測距原理圖2-4-6三角測距原理16激光雷達優(yōu)點激光雷達優(yōu)點(1)隱蔽性好、抗有源干擾能力強：激光直線傳播、方向性好、光束非常窄,只有在其傳播路徑上才能接收到，因此敵方截獲非常困難，且激光雷達的發(fā)射系統(tǒng)(發(fā)射望遠鏡)口徑很小,可接收區(qū)域窄，有意發(fā)射的激光干擾信號進入接收機的概率極低；(2)低空探測性能好：微波雷達由于存在各種地物回波的影響,低空存在有一定區(qū)域的盲區(qū)(無法探測的區(qū)域)。而對于激光雷達來說,只有被照射的目標才會產(chǎn)生反射,完全不存在地物回波的影響，因此可以"零高度"工作，低空探測性能較微波雷達強了許多。(3)分辨率高：激光雷達可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率信息。通常角分辨率不低于0.1mard也就是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個目標(這是微波雷達無論如何也辦不到的),并可同時跟蹤多個目標；距離分辨率可達0.1m；速度分辨率能達到10m/s以內(nèi)。距離和速度分辨率高,意味著可以利用距離——多譜勒成像技術(shù)來獲得目標的清晰圖像。分辨率高,是激光雷達的最顯著的優(yōu)點,其多數(shù)應用都是基于此。17激光雷達的缺點激光雷達的缺點(1)工作時受天氣和大氣影響大。激光一般在晴朗的天氣里衰減較小，傳播距離較遠。而在大雨、濃煙、濃霧等壞天氣里，衰減急劇加大，傳播距離大受影響。(2)由于激光雷達的波束極窄,在空間搜索目標非常困難，直接影響對非合作目標的截獲概率和探測效率,只能在較小的范圍內(nèi)搜索、捕獲目標，因而激光雷達較少單獨直接應用于戰(zhàn)場進行目標探測和搜索。18車載激光雷達的類型車載激光雷達的類型車載激光雷達的分類,按照發(fā)射激光線數(shù)可分為單線激光雷達和多線激光雷達：①單線激光雷達：也稱為二維激光雷達，適用于平面上的測量和檢測任務。②多線激光雷達：多線激光雷達指的是激光雷達通過多個激光器發(fā)射光源，形成多線束的掃描，目前主要應用于無人機測繪、自動駕駛3D建模及SLAM加強定位。按照硬件結(jié)構(gòu)的不同，可劃分為以下幾類：①同軸旋轉(zhuǎn)機械式。實物外觀及成像如圖2-4-7所示。車載激光雷達的類型圖2-4-7同軸旋轉(zhuǎn)機械式激光雷達及成像②棱鏡旋轉(zhuǎn)機械式。實物外觀及成像如圖2-4-8所示。車載激光雷達的類型圖2-4-8棱鏡旋轉(zhuǎn)機械式激光雷達及成像③面陣式。實物外觀及成像如圖2-4-9所示。車載激光雷達的類型圖2-4-9面陣式激光雷達及成像激光雷達的應用領(lǐng)域目前眾多行業(yè)中，大致可分為如上表中幾大類型：低速室內(nèi)場景、低速室外場景、高速室外場景；其中高速室外最為典型的代表就是自動駕駛汽車，該項技術(shù)難度高，相對于高速室外場景來說，室內(nèi)、外低速較容易實現(xiàn)，包括車輛的感知、決策、控制、執(zhí)行、相比乘用車來說都相對簡單，同時也不用考慮乘客的舒適感。如圖2-4-10所示。圖2-4-10激光雷達應用領(lǐng)域19實物實物深圳速騰聚創(chuàng)公司16線激光雷達是典型機械式激光雷達，實物如下圖所示。圖2-4-11激光雷達實物當激光雷達掃描平面墻體時，呈現(xiàn)出類似雙曲線分布輪廓圖。16線激光雷達在圓形環(huán)境中掃描一周的路徑為若干個向上或向下的圓錐面，其形成的點云圖為為圓形，當掃描的環(huán)境不為圓形時，其點云圖為所有圓錐面與掃描環(huán)境的交線。因此，當激光雷達掃描平面墻體時，矩形面與圓錐面的交線為一系列的雙曲線，如圖2-4-12所示。實物圖2-4-12激光雷達典型場景點云呈現(xiàn)20參數(shù)參數(shù)速騰聚創(chuàng)16線激光雷達各項參數(shù)如表2-4-1所示。表2-4-1速騰聚創(chuàng)16線激光雷達各項參數(shù)21組成結(jié)構(gòu)組成結(jié)構(gòu)該激光雷達系統(tǒng)主要由四大基本單元構(gòu)成，如下圖2-4-13所示。①發(fā)射單元：由激光器、發(fā)射鏡等組成。②接收單元：由光電探測器、接收鏡、濾光片組成。③機械或電子掃描機構(gòu)：包括頂蓋、底座、旋轉(zhuǎn)體等結(jié)構(gòu)。④信號處理單元：由集成的信號處理系統(tǒng)構(gòu)成。信號處理單元用于處理接收到的激光雷達數(shù)據(jù)，將其轉(zhuǎn)換為三維點云或其他形式的空間信息，包括去噪、濾波、目標識別和跟蹤等處理步驟。此外集成的控制單元負責激光的發(fā)射和接收時序控制、激光束的掃描控制、數(shù)據(jù)采集和處理等。組成結(jié)構(gòu)圖2-4-13激光雷達組成結(jié)構(gòu)激光雷達的裝調(diào)1.激光雷達的安裝：為自動駕駛車輛服務的激光雷達，目前多數(shù)還只能在車身上尋找不太突兀的地方安放。2.激光雷達的標定：激光雷達標定的目的是求解激光雷達測量坐標系相對于其他測量坐標系的相對變換關(guān)系，以便獲取障礙物相對本車的距離、速度、角度等信息。具體標定步驟（以速騰RSVIEW軟件為例）。（1）在工作區(qū)放置工作牌，將激光雷達安裝在支架上，注意平整與無遮擋。（2）將激光雷達的USB接口與實驗臺USB接口連接。（3）打開計算機的“設(shè)備管理器”，查看連接硬件的識別端口。（4）深圳速騰提供RSVIEW軟件讀取設(shè)備參數(shù)，根據(jù)硬件識別端口進行設(shè)置。也可以使用其他定制軟件。激光雷達的裝調(diào)（5）單擊“command-scan"啟動激光雷達掃描。（6）在雷達正前方放置模擬目標，觀察掃描的點云圖像、角度與距離信息。（7）移動物體，觀察點云變化，并記錄。（8）單擊“setmotorPWM”，調(diào)節(jié)激光雷達轉(zhuǎn)速。（9）連接示波器。（11）測試激光雷達輸出、輸人信號波形（比特率256kib/s），并記錄。（12）測試激光雷達PWM脈沖調(diào)制波形，并記錄。（13）清理實驗場地。謝謝任務5視覺傳感器01任務5視覺傳感器02任務引入任務引入近年來，汽車ADAS高級駕駛輔助系統(tǒng)裝車率正在快速增長?？v覽各大廠商，這些技術(shù)基本上集中在L2-L3級自動駕駛，而為了實現(xiàn)這些功能，單車感知系統(tǒng)中，攝像頭的使用量基本上都在5個以上。比如說特斯拉8個、小鵬P7為14個、威馬W6是7個。ADAS攝像頭分類從主流車企代表車型的自動駕駛感知方案來看，都廣泛采用了多種傳感器融合的方案。以通用CruiseAV為例，其目標是實現(xiàn)L4級別的自動駕駛，全車搭載5個Velodyne的16線激光雷達、21個毫米波雷達以及16個攝像頭。根據(jù)ADAS不同的功能需要以及安裝位置，車載攝像頭包括前視、環(huán)視、后視、側(cè)視以及內(nèi)置攝像頭，不同位置的攝像頭功能各異，是實現(xiàn)自動駕駛必不可少的構(gòu)成部分。那么，智能汽車上的視覺傳感器（攝像頭）主要有哪些不同種類，如何識別周邊環(huán)境中的車輛及行人的呢？03任務目標04能夠熟悉視覺傳感器的概念能夠熟悉視覺傳感器的概念ADBC3能夠熟悉視覺傳感器的應用場景4能夠熟悉視覺傳感器的分類5能夠熟悉視覺傳感器在汽車上的配置方案2能夠熟悉視覺傳感器的工作原理及各項參數(shù)知識鏈接攝像機從誕生的那一日起已經(jīng)有了100多年的歷史。在科技高度發(fā)展，尤其是計算芯片和光學鏡頭迅速微小型的今天，即使是精度非常高的專業(yè)攝影機在日常生活中也已經(jīng)非常常見，一般用來完成拍照、攝像這些基本的功能。自動駕駛以及人工智能的到來，使得人們有了從攝像頭中，獲取更為智慧的結(jié)果的需求，即通過攝像頭的視野，分析感知環(huán)境的變化，做出判斷，將結(jié)果反饋到終端或者云端的處理器當中，服務于更豐富的應用。與其它智能汽車上的視覺傳感器，比如和激光雷達相比較，其物理原理（直接光學成像）和成像過程（2D平面圖像3D數(shù)據(jù)）雖然不同，但由于其體積非常小，硬件價格低廉，而如果算法足夠強大的話，在ADAS各樣應用場景中也能符合大部分的使用條件。123視覺傳感器在ADAS中的應用視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的功能是物體的識別與跟蹤、車輛本身的定位?；谥悄軘z像頭的ADAS高級駕駛輔助系統(tǒng)，可實現(xiàn)車道偏離警告(LDW)、基于雷達視覺融合的車輛探測、前部碰撞警告(FCW)、車距監(jiān)測(HMW)、行人探測、智能前燈控制(IHC)、交通標志識別(TSR)、僅視覺自適應巡航控制(ACC)等功能，如下表2-5-1所示。表2-5-1視覺傳感器在ADAS中的應用攝像頭的分類車載攝像頭按照安裝位置及用途，大致可分為三類：前視攝像頭、（側(cè)面）環(huán)視攝像頭、后視攝像頭和駕駛艙內(nèi)置攝像頭。05前視攝像頭前視攝像頭前視攝像頭可用于行車輔助類如行車記錄儀、車道偏離預警及交通標示識別等。智能前視攝像頭（單目/雙目/三目）可用于動態(tài)物體檢測（車輛、行人）、靜態(tài)物體檢測（交通信號燈、交通標志、車道線等）和可通行空間劃分等。多與ADAS輔助駕駛系統(tǒng)協(xié)作，實現(xiàn)包括緊急制動AEB，自巡航ACC等場景功能。前視攝像頭在車上的安裝位置案例如圖2-5-1所示。前視攝像頭圖2-5-1前攝像頭的應用前視攝像頭在很多交通場景中必須測量障礙物，如行人，車輛，或是地上一些特殊線條，如停車線，泊車位劃線等的距離。根據(jù)測距時的不同技術(shù)原理，又可劃分成單目攝像頭和多目（雙目和三目）攝像頭。目前應用于自動駕駛的路況判斷，多以單目攝像頭方案為主。單目攝像頭主要依靠數(shù)據(jù)樣本和一些專門針對圖形識別的算法來獲取圖像抽象信息，如距離，邊界，形狀等。雙目匹配的作用是把同一場景在左右視圖上對應的像點匹配起來，像人眼一般。這樣做的目的是為了得到視差圖。雙目匹配被普遍認為是立體視覺中最困難也是最關(guān)鍵的問題。而多目攝像頭則是讓各個攝像頭用不同的焦距來覆蓋不同距離范圍的場景。06環(huán)視攝像頭環(huán)視攝像頭環(huán)視視覺傳感器的鏡頭采用魚眼鏡頭，而且安裝位置是朝向地面的。某些高配車型上會有“360全景顯示”功能，所用到的就是環(huán)視攝像頭。(側(cè)面）環(huán)視攝像頭主要用于低速近距離感知，系統(tǒng)同時采集車輛四周的影像，經(jīng)過圖像處理單元畸變還原→視角轉(zhuǎn)化→圖像拼接→圖像增強，最終形成一幅車輛四周無縫隙的360度全景俯視圖，再在四幅圖像的中間放上一張車的俯視圖，即可實現(xiàn)從車頂往下看的效果，如下圖所示。環(huán)視視覺傳感器的感知范圍并不大，主要用于車身5-10米內(nèi)的障礙物檢測、自主泊車時的庫位線識別等。車載視覺傳感器環(huán)視圖像及圖像拼接處理后的效果圖如圖2-5-2所示。環(huán)視攝像頭圖2-5-2車載視覺傳感器環(huán)視效果圖07后視攝像頭后視攝像頭汽車的后視攝像頭是一種安裝在車輛后部的攝像頭系統(tǒng)，用于提供駕駛員在駕駛時對車輛后方環(huán)境的實時視圖。后視攝像頭通常用于輔助駕駛員進行倒車、停車、變道等操作，以提高駕駛的安全性和便利性。08駕駛艙內(nèi)置攝像頭駕駛艙內(nèi)置攝像頭駕駛艙內(nèi)置攝像頭主要針對駕駛員的疲勞、分神、不規(guī)范駕駛等危險情況進行一層或多層預警，要求在全部工況環(huán)境下（包含暗光、夜晚、逆光等）工作，且不受駕駛員衣著影響，如效勞監(jiān)測攝像頭。如圖2-5-3所示。圖2-5-3駕駛艙內(nèi)攝像頭根據(jù)鏡頭數(shù)量的不同，視覺傳感器又可以分為單目攝像頭、雙目攝像頭、三目攝像頭。09單目攝像頭單目攝像頭單目攝像機模組只包含一個攝像機和一個鏡頭。由于很多圖像算法的研究都是基于單目攝像機開發(fā)的，因此相對于其他類別的攝像機，單目攝像機的算法成熟度更高。但是單目有著兩個先天的缺陷。(1)它的視野完全取決于鏡頭這就是單目鏡頭的最大問題，車載攝像頭是定焦的，它無法像人眼一樣快速變焦。但是我們可以采用不同焦距的單目攝像頭來滿足不同范圍距離的攝像。在測距的范圍和距離方面，有一個不可調(diào)和的矛盾，即攝像頭的視角越寬，所能探測到精準距離的長度越短，視角越窄，探測到的距離越長。這類似于人眼看世界，看的越遠的時候，所能覆蓋的范圍就窄，看的近的時候，則覆蓋的范圍就廣。一些焦距短的鏡頭，視野廣，但缺失遠處的信息。反之亦然。因此單目攝像機一般選用適中焦距的鏡頭。單目測距的精度較低攝像機的成像圖是透視圖，即越遠的物體成像越小。近處的物體，需要用幾百甚至上千個像素點描述；而處于遠處的同一物體，可能只需要幾個像素點即可描述出來。這種特性會導致，越遠的地方，一個像素點代表的距離越大，因此對單目來說物體越遠，測距的精度越低。10雙目攝像頭雙目攝像頭由于單目測距存在缺陷，雙目視覺應運而生，如圖下圖所示，雙目視覺傳感器模塊包含兩個攝像機和兩個鏡頭。圖2-5-4雙目視覺傳感器相近的兩個攝像機拍攝物體時，會得到同一物體在攝像機的成像平面的像素偏移量。有了像素偏移量、相機焦距和兩個攝像機的實際距離這些信息，根據(jù)數(shù)學換算即可得到物體的距離。雙目攝像頭圖2-5-5基于雙目視覺差異的成像原理在這個雙目成像的結(jié)果畫面中，行人相對樹木的位置在兩個畫面的顯示是不同的。從左邊鏡頭看來行人在樹木的右邊，而從右邊鏡頭看來行人在樹木的左邊。行人以及樹木在畫面上的位置差異，隨著攝像頭與被拍攝的行人之間的距離逐漸縮小而逐漸增大。雙目攝像頭與單目系統(tǒng)相比，雙目系統(tǒng)的特點如下：一是成本比單目系統(tǒng)要高，但尚處于可接受范圍內(nèi)，并且與激光雷達等方案相比成本較低；二是沒有識別率的限制，因為從原理上無需先進行識別再進行測算，而是對所有障礙物直接進行測量；三是精度比單目高，直接利用視差計算距離。雙目系統(tǒng)的一個難點在于計算量非常大，對計算單元的性能要求非常高。11三目攝像頭三目攝像頭三目攝像機其實就是三個不同焦距單目攝像機的組合，以對3個不同距離范圍的障礙物進行攝影成像。以特斯拉AutoPilot2.0安裝在擋風玻璃下方的三目攝像機為例，三個攝像頭的感知范圍由遠及近，分別為前視窄視野攝像頭（25視場，最遠感知250米，用于檢測前車道線、交通燈）、前視主視野攝像頭（50視場，最遠感知150米，負責一般的道路狀況監(jiān)測）及前視寬視野攝像頭（150視場，最遠感知60米，用于檢測平行車道道路狀況以及行人和非機動車行駛的狀況）。如下圖所示。圖2-5-6特斯拉AutoPilot2.0三目視覺傳感器對車載視覺傳感器來說，感知的范圍要么損失視野，要么損失距離。三目車載視覺傳感器能較好地彌補感知范圍的問題。三目攝像頭的缺點是需要同時標定三個車載視覺傳感器，因而工作量更大一些。其次，軟件部分需要關(guān)聯(lián)三個車載視覺傳感器的數(shù)據(jù)，對算法要求也很高。視覺傳感器的工作原理視覺傳感器主要由光源、鏡頭、圖像傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、圖像處理單元、圖像存儲器等組成。其核心則是圖像處理單元，也就是把存入的大量數(shù)字化信息與模板庫信息進行比較處理，并快速得出結(jié)論，其運算速度和準確率是關(guān)鍵指標。這主要通過高效合理的算法和處理能力強大的芯片來實現(xiàn)。被攝物體經(jīng)過鏡頭聚焦至CCD（ChargeCoupledDevice，電荷耦合器件），CCD由多個X-Y縱橫排列的像素點組成，每個像素都由一個光電二極管及相關(guān)電路組成，光電二極管將光線轉(zhuǎn)變成電荷，收集到的電荷總量與光線強度成比例，所積累的電荷在相關(guān)電路的控制下，逐點移出，經(jīng)濾波、放大，再經(jīng)過DSP處理后形成視頻信號輸出，再通過I/O接口傳輸?shù)诫娔X中進行處理后，再通過顯示屏（DISPLAY）就可以看到圖像了。12兩個重要指標兩個重要指標視覺傳感器(攝像頭)有兩個重要的指標：分辨率和有效像素。分辨率實際上就是每場行同步脈沖數(shù)，這是因為行同步脈沖數(shù)越多，則對每場圖像掃描的行數(shù)也越多。事實上，分辨率反映的是攝像頭的縱向分辨能力。有效像素常寫成兩數(shù)相乘的形式，如“320x240”，其中前一個數(shù)值表示單行視頻信號的精細程度，即行分辨能力；后一個數(shù)值為分辨率，因而有效像素=行分辨能力×分辨率。13視覺傳感器的標定視覺傳感器的標定在圖像測量過程和機器視覺應用中，為確定空間物體表面某點的三維幾何位置與其在圖像中對應點之間的相互關(guān)系，必須建立相機成像的幾何模型，這些幾何模型參數(shù)就是相機參數(shù)。標定的目的：還原攝像頭成像的物體在真實世界的位置，需要知道世界中的物體到計算機圖像平面是如何變換的，相機標定的目的之一就是為了搞清楚這種變換關(guān)系，求解內(nèi)外參數(shù)矩陣?！盎叶取笨梢哉J為是圖像色彩亮度的深淺。圖像所能夠展現(xiàn)的灰度級越多，也就意味著圖像可以表現(xiàn)更強的色彩層次。如果把黑—灰—白連續(xù)變化的灰度值量化為256個灰度級，灰度值的范圍為0～255，表示亮度從深到淺，對應圖像中的顏色為從黑到白。視覺傳感器的標定圖2-5-7視覺傳感器的標定視覺傳感器與相它傳感器的對比視覺傳感器和其他傳感器在汽車和機器人技術(shù)中的應用都是至關(guān)重要的，它們各自有一些優(yōu)勢和局限性。表2-5-3是視覺傳感器與其他常見傳感器（例如激光雷達、毫米波雷達、超聲波傳感器等）的一些對比。表2-5-3各環(huán)境感知傳感器的優(yōu)劣對比14兩大功能兩大功能生物學研究表明，人類獲取外界信息75%依靠視覺系統(tǒng)，而在駕駛環(huán)境中這一比例甚至高達90%。如果能夠?qū)⒁曈X傳感器系統(tǒng)應用到智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域，無疑將會大幅度提高自動駕駛的準確性。視覺傳感器在整個環(huán)境感知系統(tǒng)中占據(jù)了非常重要的地位，在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的應用，主要有兩大類功能，分別是感知能力和定位能力。感知能力是實現(xiàn)對智能網(wǎng)聯(lián)汽車各種環(huán)境信息的感知。定位能力主要采用視覺SLAM技術(shù)，根據(jù)提前建好的地圖和實時的感知結(jié)果做匹配，獲取智能網(wǎng)聯(lián)汽車的當前位置。物體的識別與跟蹤一般來說，計算機視覺識別的過程主要包括：圖像輸入、預處理（如平滑濾波、二值化、灰度轉(zhuǎn)化等）、特征提?。ㄈ缧螤钐卣?、陰影特征等）、特征分類、模板匹配和完全識別等。如圖2-5-8下所示.圖2-5-8視覺傳感器識別流程物體的識別與跟蹤通過機器學習的方法，智能網(wǎng)聯(lián)汽車可以識別在行駛途中遇到的物體，比如行人、車輛、交通信號、交通標志、車道線、道路邊界和自由行駛空間等。如圖2-5-9所示，圖中不同顏色矩形框框出來的內(nèi)容即為視覺傳感器感知的對象。圖2-5-9視覺傳感器檢測效果圖車輛本身的定位智能網(wǎng)聯(lián)汽車基于視覺技術(shù)用于車輛本身的定位時，主要采用視覺SLAM(simultaneouslocalizationandmapping)技術(shù)(即時定位與地圖構(gòu)建)，根據(jù)提前建好的地圖和實時的感知結(jié)果做匹配，獲取智能網(wǎng)聯(lián)汽車的當前位置。視覺SLAM系統(tǒng)可分為五個模塊：傳感器數(shù)據(jù)、視覺里程計、后端、建圖、回環(huán)檢測五個模塊。視覺SLAM定位流程圖如下圖2-5-10所示，輸入傳感器數(shù)據(jù)后，前臺線程根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進行跟蹤求解，實時恢復每個時刻的位姿，后臺線程進行局部或全局優(yōu)化，減少誤差累積，并進行場景回路檢測，最后輸出設(shè)備實時位姿。車輛本身的定位圖2-5-10視覺SLAM定位流程圖15在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的安裝及應用在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的安裝及應用由于成本相對較低、算法成熟度高、體積小、功能多樣化等優(yōu)勢，智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的視覺傳感器安裝數(shù)量較多，如下圖所示，為視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的安裝位置及功能示意圖。本車中包含1個內(nèi)置攝像頭，1個前視攝像頭、1個行車記錄儀攝像頭、1個倒車后視攝像頭、2個測試攝像頭和2個環(huán)視攝像頭。圖2-5-11視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的安裝在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的安裝及應用視覺傳感器可以提供的感知能力主要有：車道線識別、障礙物識別、交通標志識別、道路標志識別、交通信號燈識別、可行駛區(qū)域識別、周圍車輛感知、交通狀況感知、道路狀況感知、車輛本身狀態(tài)感知等。視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的具體應用示意圖如圖2-5-12及前表2-5-1所示。圖2-5-12視覺傳感器在智能網(wǎng)聯(lián)汽車上的具體應用任務6高精度定位技術(shù)任務引入2022年6月2日，中國民營汽車巨頭浙江吉利控股集團宣布成功發(fā)射星座01組9顆衛(wèi)星。此次發(fā)射的“吉利未來出行星座”01組9顆衛(wèi)星由吉利科技集團下屬浙江時空道宇科技有限公司研制，從中國西南部四川省的西昌衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空?！凹磥沓鲂行亲笔总壘判菫樽灾髟O(shè)計和制造，預計到2025年還將有63顆衛(wèi)星進入軌道，該星座最終將由240顆衛(wèi)星組成，發(fā)射的衛(wèi)星除用于構(gòu)建連接太空與地面車輛的高精度導航系統(tǒng)外，還將用在自動駕駛、無人機和物流領(lǐng)域。那么，吉利發(fā)射衛(wèi)星對自動駕駛有什么重要作用呢？任務目標任務6高精度定位技術(shù)1掌握定位系統(tǒng)的作用3了解智能網(wǎng)聯(lián)汽車對定位系統(tǒng)的基本要求4了解智能網(wǎng)聯(lián)汽車常見的定位方法知識鏈接2熟悉高精度定位系統(tǒng)的組成0102030405定位系統(tǒng)的作用和要求定位系統(tǒng)用來提供車輛的位置、姿態(tài)等信息。對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車而言，定位的重要性不言而喻，它可以幫助車輛了解自己相對于外界環(huán)境的精準位置，從而做出正確的決策，同時輔助感知系統(tǒng)，得到更加準確的檢測和跟蹤結(jié)果。無自動化車輛和智能網(wǎng)聯(lián)汽車的導航定位系統(tǒng)存在很大的不同。前者定位精度低（道路級定位）、頻率比較低，結(jié)合地圖，人可自己完成導航引路的應用需求，更傾向宏觀的范疇；后者精度高（車道級定位），頻率高，既要求全局的規(guī)劃，又需要局部和車輛實時的高精度位置，以作為智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策控制的重要輸入信息。智能網(wǎng)聯(lián)汽車對定位系統(tǒng)的基本要求如下：定位系統(tǒng)的作用和要求（1）高精度：達到厘米級。（2）高可用性：智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試已經(jīng)從封閉的場景轉(zhuǎn)移到更開放的場景，這要求我們定位系統(tǒng)能處理更多更復雜的情況。（3）高可靠性：定位的輸出是感知、規(guī)劃與控制的輸入，如果定位系統(tǒng)出現(xiàn)偏差將會導致很嚴重的后果。（4）自主完好性檢測：由于系統(tǒng)的可靠性只能做到非常接近100%，但是難以達到真正的100%，這要求系統(tǒng)在無法提供準確輸出的時候，能及時的警告用戶采取措施避免發(fā)生事故，因此，要求定位系統(tǒng)保證較低的虛警率與漏警率。高精度定位在自動駕駛中起決定作用，是實現(xiàn)無人駕駛或者遠程駕駛的基本前提，因此對定位性能的要求也非常嚴苛，其中L4/L5級自動駕駛對于定位的需求如表所示。表2-6-1L4/L5級自動駕駛汽車定位系統(tǒng)指標要求高精度定位系統(tǒng)的組成高精度定位系統(tǒng)主要包括終端層、網(wǎng)絡(luò)層、平臺層和應用層，如圖2-6-1所示。圖2-6-1車輛高精度定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖其中，終端層實現(xiàn)多源數(shù)據(jù)融合（衛(wèi)星、傳感器及蜂窩網(wǎng)數(shù)據(jù)）算法，保障不同應用場景、不同業(yè)務的定位需求；網(wǎng)絡(luò)層包括5G基站、RTK基站和路側(cè)單元（RoadSideUnit,RSU），為定位終端實現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠傳輸；平臺層提供一體化車輛定位平臺功能，包括差分解算能力、地圖數(shù)據(jù)庫、高清動態(tài)地圖、定位引擎，并實現(xiàn)定位能力開放；應用層基于高精度定位系統(tǒng)能夠為應用層提供車道級導航、線路規(guī)劃、自動駕駛等應用。高精度定位系統(tǒng)的組成終端層為滿足車輛在不同環(huán)境下的高精度定位需求，需要在終端采用多源數(shù)據(jù)融合的定位方案，包括基于差分數(shù)據(jù)的GNSS定位數(shù)據(jù)、慣性導航系統(tǒng)數(shù)據(jù)、傳感器數(shù)據(jù)、高精度地圖數(shù)據(jù)以及蜂窩網(wǎng)數(shù)據(jù)等。高精度定位系統(tǒng)的組成網(wǎng)絡(luò)層系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)層主要實現(xiàn)信號測量和信息傳輸，包括5G基站、RTK基站和RSU的部署。5G作為更新一代的通信技術(shù)，可以保證較高的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足高精度地圖實時傳輸?shù)男枨蟆?G基站也可完成與終端的信號測量，上報平臺，在平臺側(cè)完成基于5G信號的定位計算，為車輛高精度定位提供輔助。基于5G邊緣計算，可實現(xiàn)高精度地圖信息的實時更新，提升高精度地圖的實時性和準確性。地基增強站主要完成RTK測量，地基增強站可以與運營商基站共建，大大降低網(wǎng)絡(luò)部署以及運維成本。同時可通過5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)RTK基站測量數(shù)據(jù)的傳輸，可實現(xiàn)參考站快速靈活部署。RSU一方面可實現(xiàn)RTK信息播發(fā)，避免傳統(tǒng)的RTK定位中終端初始位置的上報，同時RSU可提供局部道路車道級地圖、實時動態(tài)交通信息廣播。高精度定位系統(tǒng)的組成平臺層平臺層功能模塊如下圖所示。圖2-6-2車輛高精度定位系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖①高精度地圖。靜態(tài)高精度地圖信息，如車道線、車道中心線、車道屬性變化等，此外還包含道路的曲率、坡度、航向、橫坡等參數(shù)，能讓車輛準確的轉(zhuǎn)向、制動和爬坡等，還包含交通標志牌、路面標志等道路部件，標注出特殊的點如GNSS消失的區(qū)域、道路施工狀態(tài)等。高精度定位系統(tǒng)的組成平臺層②交通動態(tài)信息。例如道路擁堵情況、施工情況、交通事故、交通管制和天氣情況等動態(tài)交通信息。③差分解算。平臺通過RTK基站不斷接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)，對電離層誤差、對流層誤差、軌道誤差以及多路徑效應等誤差在內(nèi)的各種主要系統(tǒng)誤差源進行了優(yōu)化分析，建立整網(wǎng)的電離層延遲、對流層延遲等誤差模型，并將優(yōu)化后的空間誤差發(fā)送給移動車輛。④數(shù)據(jù)管理。例如全國行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、矢量地圖數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)交通數(shù)據(jù)、海量動態(tài)應急救援車輛位置數(shù)據(jù)、導航數(shù)據(jù)、實時交通數(shù)據(jù)、POI（PointofInterest）數(shù)據(jù)等，這里的數(shù)據(jù)是經(jīng)過數(shù)據(jù)生產(chǎn)工藝，進行整合編譯后的運行數(shù)據(jù)。⑤數(shù)據(jù)計算。包括路徑規(guī)劃、地圖靜態(tài)數(shù)據(jù)計算、動態(tài)實時數(shù)據(jù)計算、大數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)管理等功能。高精度定位系統(tǒng)的組成應用層在應用層，為用戶提供地圖瀏覽、規(guī)劃路線顯示、數(shù)據(jù)監(jiān)控和管理等功能，以及基于位置的其他車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務，例如輔助駕駛、自動駕駛等。高精度定位關(guān)鍵技術(shù)根據(jù)場景以及定位性能的需求不同，車輛定位方案是多種多樣的。常用的定位技術(shù)有全球?qū)Ш叫l(wèi)星（GlobalNavigationSatelliteSystem，GNSS）技術(shù)、慣性導航（InertialNavigationSystem,INS）技術(shù)、航跡推算（Dead-Reckoning，DR）技術(shù)、路標定位技術(shù)、高精度地圖匹配定位技術(shù)、無線電（如蜂窩網(wǎng)、局域網(wǎng)等）定位技術(shù)、視覺定位技術(shù)、同時定位與地圖創(chuàng)建（SimultaneousLocalizationandMapping,SLAM）技術(shù)等。由于任何一種單獨定位技術(shù)都有無法克服的弱點，智能網(wǎng)聯(lián)汽車通常需要組合定位技術(shù)來實現(xiàn)精準定位。組合定位技術(shù)融合了兩種或兩種以上的不同類型的定位傳感器信息，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，以獲得更高的定位性能。16全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem,GNSS）是一種基于衛(wèi)星基礎(chǔ)設(shè)施的，具有全球覆蓋范圍的無線電定位技術(shù)，如圖2-6-3所示。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)分類當前，投入運作的GNSS主要包括美國的全球定位系統(tǒng)GPS、俄羅斯的格洛納斯衛(wèi)星導航系統(tǒng)（GLONASS）、歐洲的伽利略系統(tǒng)（GALILEO）和我國的北斗系統(tǒng)（BDS）。①GPS。GPS（GlobalPositioningSystem）是由美國國防部研制的全球首個定位導航服務系統(tǒng)，1990~1999年為系統(tǒng)建成并進入完全運作能力階段，1993年實現(xiàn)24顆在軌衛(wèi)星滿星運行。其中，24顆導航衛(wèi)星平均分布在6個軌道面上，保證在地球的任何地方可同時見到4~12顆衛(wèi)星，使地球上任何地點、任何時刻均可實現(xiàn)三維定位、測速和測時，使用世界大地坐標系（WGS-84）全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)分類圖2-6-3GNNS系統(tǒng)運行示意圖②GLONASS。GLONASS的空間星座由27顆工作星和3顆備用星組成，均勻地分布在3個近圓形的軌道平面上，這3個軌道平面兩兩相隔120，使用前蘇聯(lián)地心坐標系（PE-90）。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)分類③GALILEO。GALILEO是歐盟于2002年批準建設(shè)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，計劃由分布在3個軌道平面上的30顆中等高度軌道衛(wèi)星構(gòu)成，每個軌道平面上有10顆衛(wèi)星，9顆正常工作，1顆運行備用，軌道平面傾角56，軌道高度為24126km，其民用精度較高，使用世界大地坐標系（WGS-84）。④BDS。BDS（BeiDouNavigationSatelliteSystem）是由我國自主研發(fā)、獨立運行的全球衛(wèi)星定位與通訊系統(tǒng)，空間段包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星，采用我國獨立建設(shè)使用的CGCS2000坐標系。表2-6-3為四大衛(wèi)星導航系統(tǒng)的性能對比數(shù)據(jù)。表2-6-3已部署或者在建的GNSS系統(tǒng)情況和技術(shù)數(shù)據(jù)全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)組成以GPS為例，介紹GNNS的系統(tǒng)組成。如圖2-6-4所示，全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)主要由空間星座部分、地面監(jiān)控部分和用戶設(shè)備部分組成。圖2-6-4GPS系統(tǒng)組成全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)組成①空間星座由24顆衛(wèi)星組成，其中21顆為工作衛(wèi)星，3顆為備用衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個軌道平面上，即每個軌道平面上有4顆衛(wèi)星，衛(wèi)星軌道平面相對于地球赤道面的軌道傾角為55，各軌道平面的升交點的赤經(jīng)相差60，1個軌道平面上的衛(wèi)星比西邊相鄰軌道平面上的相應衛(wèi)星升交角距超前30。這種布局的目的是保證在全球任何地點、任何時刻至少可以觀測到4顆衛(wèi)星。而最少只需要其中3顆衛(wèi)星，就能迅速確定用戶端在地球上所處的位置及海拔，所能連接到的衛(wèi)星數(shù)越多，解碼出來的位置就越精確。②地面監(jiān)控部分主要由1個主控站、5個監(jiān)測站和3個注入站組成。主控站負責從各個監(jiān)控站收集衛(wèi)星數(shù)據(jù)，計算出衛(wèi)星的星歷和時鐘修正參數(shù)等，并通過注入站注入衛(wèi)星；并向衛(wèi)星發(fā)布指令，控制衛(wèi)星，當衛(wèi)星出現(xiàn)故障時，調(diào)度備用衛(wèi)星。監(jiān)測站在主控站的直接控制下，自動對衛(wèi)星進行持續(xù)不斷的跟蹤測量，并將自動采集的偽距觀測量氣象數(shù)據(jù)和時間標準等進行處理，然后存儲并傳送到主控站。注入站則負責將主控站計算的衛(wèi)星星歷、鐘差信息、導航電文、控制指令發(fā)動給衛(wèi)星。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)組成③用戶設(shè)備主要是GPS接收器、衛(wèi)星天線及相關(guān)設(shè)備，主要作用是從GPS衛(wèi)星接收信號并利用傳來的信息計算用戶地理位置的緯度、經(jīng)度、高度、速度和時間等信息。車載、船載GPS導航儀，內(nèi)置GPS功能的移動設(shè)備，GPS測繪設(shè)備等都屬于GPS用戶設(shè)備。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位原理GNNS定位系統(tǒng)是利用衛(wèi)星基本三角定位原理、接收裝置以測量無線電信號的傳輸時間來測量距離。如下圖所示。三個衛(wèi)星組成一個三角形，通過計算三個衛(wèi)星位置幾何數(shù)據(jù)，并融合同步計算結(jié)果，從而計算出當前接收器的衛(wèi)星坐標位置。通常，GPS接收器會使用第四顆衛(wèi)星的位置對前三個衛(wèi)星的位置測量進行確認，以達到更好的效果。圖2-6-5三角定位原理圖全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位原理假設(shè)我們測量到第一顆衛(wèi)星的距離為18000km，就可以把當前可能位置范圍限定在離第一顆衛(wèi)星18000km的地球表面。接下來，假設(shè)我們測量到第二顆衛(wèi)星的距離為20000km，那么我們可以進一步把當前位置范圍限定在距離第一顆衛(wèi)星18000km和距離第二顆衛(wèi)星20000km的交叉區(qū)域。然后我們再對第三顆衛(wèi)星進行測量，通過三顆衛(wèi)星的距離交匯點定位出當前的位置。根據(jù)上文介紹，只要得到衛(wèi)星幾何平面的參數(shù)及無線電傳播時間，就能計算得到智能網(wǎng)聯(lián)汽車的位置。但在實際工程應用中，衛(wèi)星信號的傳播還受大氣電離層的、云層、樹木、高樓、城市、峽谷等遮擋、反射折射，以及多路徑干擾，這些都會影響到GPS信號傳播，從而影響到測距信息的準確度。為了降低天氣、云層對GPS信號的影響，出現(xiàn)了其他GPS技術(shù)，如差分GPS（DifferentialGPS,DGPS）。全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位原理DGPS技術(shù)通過在一個精確的已知位置（基準站）上安裝GPS接收器，計算得到基準站與GPS衛(wèi)星的距離，然后再根據(jù)誤差修正結(jié)果提高定位精度。如下圖所示。圖2-6-6差分GPS工作示意圖全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)定位原理差分GPS分為兩大類，即位置差分和距離差分。距離差分又分為兩類，即偽距