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1、卫星导航系统在驾考中的应用,内容概要,一 驾考中Align、RTK技术 通讯链路二 卫星导航系统（GNSS）三 卫星导航系统对驾考行业哪些项目进行评判四 卫星导航系统在驾考行业中的优劣势五 NovAtel产品与驾校考试系统,一 1.Align技术,NovAtel推出ALIGN技术是为了满足接收机在不依赖惯导的情况，基于GNSS定位解算，输出方位和俯仰信息的需求。NovAtel OEM615板卡拥有测向Model，这个Model可以输出基站与多个移动站间的距离，和两站（Master站和Rover站）所构成基线与真北的方向。目前OEM6系列的所有产品均可支持ALIGN技术，这就为用户在选择满足自身
2、应用的硬件产品时提供了更大的空间。对于GPS+GLONASS双系统模式，ALIGN技术能够提供5Hz更新率的测向信息输出。测向技术可广泛应用于各行各业，具有广泛市场，包括驾校考试系统、机械控制、无人载体、海事和农业等领域。,一 1.Align技术,低成本，高精度。硬件安装方便，操作简单，携带方便。功能丰富，能够实现定位、测距、测向、测姿功能。适用范围广，例如驾校考试系统、载体测姿、飞行编队、机械控制、无人车等。兼容性强，支持NovAtel所有的OEMV和OEM6硬件平台。,一 1.Align技术,驾考行业中通常采取的安装方式是将ALIGN主站、从站的天线和OEM615板卡都安装在同一个载体上。
3、为了提高主站的定位精度，可以考虑增加RTK基准站。RTK基准站通过无线链路给ALIGN的主站发送RTK差分改正数，用于提高主站相对于基准站的定位精度；同时，主站为从站提供测向改正数，让从站接收机解算相对于主站的位置、基线长、基线与真北的夹角、俯仰角等信息。以此实现对运动载体的航向角、俯仰角的二维姿态解算，以及高精度的相对位置解算。,一 2.科目二GPS差分及定位系统原理,科目二考试中定位定向一般是接收机内置两块NovAtel板卡，其中一块板卡根据基准站发过来的差分数据进行RTK定位并输出定位坐标（我们称为主站板卡，以下简称主站），主站同时把原始数据发给另一块板卡（我们称为从站板卡，以下简称从站
4、），从站根据两个板卡的原始数据解算出两个天线位置的航向（方位角）和俯仰角或者横滚角，从而输出角度信息。航向、测姿的原理也是通过差分来实现，就是用两块板卡安置在基线的两端并同步观测相同的卫星，以确定基线两端在地球坐标系中的相对位置或基线向量。它之所以能提高精度，就在于两者的相关性，即通过差分技术来抵消公共误差部分。主站按规定的时间间隔把修正信息发给从站，从站用修正信号校正自己的测量或位置解，通过求解载波相位整周模糊度，两天线在地心地固坐标系中的相对位置可以精确的求得，根据地心地固坐标系到当地水平坐标系的转换关系，即可将基线矢量转换到当地水平坐标系下，那么基线的两维姿态角就可以确定了。一般情况下航
5、向、姿态定位定向应用时主站输出定位坐标，从站输出航向、姿态角信息。而由于主站的定位坐标本身如果单机定位不准确，需要收到其他参考站的差分数据，所以要求主站具有动基站的功能。这样航向、姿态定位定向型接收机就可以定出准确的坐标位置和航向、姿态角。,一 2.科目三GPS差分及定位系统原理,科目三采用RTK实时动态差分的方法。这是一种新的常用的GPS测量方法，以前的静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得cm 级的精度，而RTK是能够在户外实时得到cm级定位精度的测量方法，它采用了载波相位动态实时差分方法，是GPS应用的重大里程碑，RTK定位技术就是基于载波相位观测值的实时动态定位技术，它能够
6、实时地提供测站点在指定坐标系中的三维定位结果，并达到cm级精度。在RTK作业模式下，基准站板卡通过数据链将其观测值和测站坐标信息一起传送给移动站NovAtel板卡。移动站NovAtel板卡不仅通过数据链接收来自基准站的数据，还要采集GPS观测数据，并在系统内组成差分观测值进行实时处理，同时给出cm级定位结果，历时不足一秒钟。科目三考试车可在固定点上先进行初始化后再进入动态作业，也可在动态条件下直接开机，并在动态环境下完成整周模糊度的搜索求解。在整周模糊度解算固定后，即可进行每个历元的实时处理，只要能保持四颗以上卫星相位观测值的跟踪和必要的几何图形，则流动站可随时给出cm级定位结果。建议基准站与
7、移动站共视卫星大于等于6颗。,一 3.通讯链路,一 3.通讯链路,指挥监控中心,光纤连接,一 3.通讯链路,一 3.通讯链路,卫星导航系统由三部分组成：,二 卫星导航系统,二 卫星导航系统,GNSS=,+,+,目前有超过60颗导航系统卫星在运行.,安全性更高选择性更强稳定性更强新的更广阔的市场,+,二 卫星导航系统,GPS组成部分：GPS的空间部分是由24颗卫星组成（21颗工作卫星；3颗备用卫星），它位于距地表20200km的上空，运行周期为12h。卫星均匀分布在6个轨道面上（每个轨道面4颗），轨道倾角为55。卫星的分布使得在全球任何地方、任何时间都可观测到4 颗以上的卫星，并能在卫星中预存导
8、航信息。GPS特点：全球全天候定位定位精度高观测时间段测站间无需通视仪器操作简便应用广泛,二 卫星导航系统,GLONASS组成部分：GLONASS星座由27颗工作星和3颗备份星组成，所以GLONASS星座共由30颗卫星组成。27颗星均匀地分布在3个近圆形的轨道平面上，这三个轨道平面两两相隔120度，每个轨道面有8颗卫星，同平面内的卫星之间相隔45度，轨道高度2.36万公里，运行周期11小时15分，轨道倾角56度。GLONASS与GPS有许多不同之处一是卫星发射频率不同。GPS的卫星信号采用码分多址体制，每颗卫星的信号频率和调制方式相同，不同卫星的信号靠不同的伪码区分。而GLONASS采用频分多
9、址体制，卫星靠频率不同来区分，每组频率的伪随机码相同。二是坐标系不同。GPS使用世界大地坐标系（WGS-84），而GLONASS使用前苏联地心坐标系（PE-90）。三是时间标准不同。,二 卫星导航系统,Galileo组成部分：Galileo系统由轨道高度为23616km的30颗卫星组成，其中27颗工作星，3颗备份星。卫星轨道高度约2.4万公里，位于3个倾角为56度的轨道平面内。伽利略计划一再推迟的原因其中有经济上的因素，欧洲面临经济危机的问题。经济危机前一段时间欧洲人确实对于伽利略的投入问题产生了很多分歧的意见，有些起伏。另外一个伽利略计划之所以滞后，很大一个原因还在于欧盟的政治体制，它由于多
10、个国家之间需要长时间地磋商，这也导致了它进度推迟。,二 卫星导航系统,北斗卫星导航系统由空间端、地面端和用户端三部分组成。空间端包括5颗静止轨道卫星和30颗非静止轨道卫星。地面端包括主控站、注入站和监测站等若干个地面站。用户端由北斗用户终端以及与美国GPS、俄罗斯GLONASS、欧盟GALILEO等其他卫星导航系统兼容的终端组成。北斗系统建设计划第一步：2000年建成了北斗卫星导航试验系统，使中国成为世界上第三个拥有自主卫星导航系统的国家；,第二步：建设北斗卫星导航系统，2012年左右形成覆盖亚太大部分地区的服务能力；第三步：2020年左右，北斗卫星导航系统形成全球覆盖能力。现阶段，北斗系统还
11、处于发射、调试、积累阶段。定位精度、稳定性方面还有较大的提升空间。,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,科目二 场地驾驶技能考试系统分类：场考系统分为以下三种类型：类：小型汽车、小型自动挡汽车、低速载货汽车和残疾人专用小型自动挡载客汽车。类：大型客车、牵引车、城市公交车、中型客车、大型货车。类：三轮汽车、普通三轮摩托车、普通二轮摩托车、轻便摩托车。,类场考系统考试过程自动检测、评判要求,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,科目二中类：小型汽车、小型自动挡汽车、低速载货汽车和残疾人专用小型自动挡载客汽车。19项中有17项依赖GPS进行评判,三 卫星导航系统对哪
12、些项目进行评判,类场考系统考试过程自动检测、评判要求,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,科目二中类：大型客车、牵引车、城市公交车、中型客车、大型货车。62项中有49项依赖GPS进行评判,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,类场考系统考试过程自动检测、评判要求,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,科目二中类：三轮汽车、普通三轮摩托车、普通二轮摩托车、轻便摩托车。15项中有13项依赖GPS进行评判,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,科目三 道路驾驶技能
13、考试系统,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,路考系统应具备的计算机辅助评判考试项目,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,科目三 路考驾驶技能考试系统44项中有13项依赖GPS进行评判,三 卫星导航系统对哪些项目进行评判,四 卫星导航系统在驾考中的优势,1.相比于传统驾考，GNSS的安装、调试、后期维护时间都大大缩短。2.全自主车载GNSS设备评判，无需场地辅助设备，减少因场地设备故障及人为因素损坏引起的停考。3.GNSS在严肃考试纪律和规范考场秩序方面要优于传统驾考。4.GNSS高精度定位在公平性、严谨性方面都大大提高。5.相比于传统驾考，GNSS评判取消
14、了桩杆的存在，更真实的模拟了实际道路。,GNSS容易受到外界环境影响。所以在选取测量点时应注意1）点位视野开阔，向上15，视角范围内应尽量避免有障碍物。2）尽量远离大功率无线电发射源，间距应不小于1km，远离高压输电线路，间距应不小于500m。3）远离具有强烈干扰卫星信号接收的物体，并尽量避开大面积的水域。,四 卫星导航系统在驾考中的劣势,影响GNSS测量的主要因素,大气层（特指电离层和对流层对GPS信号的延迟）电离层延迟是由于地球周围的电离层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传播速度发生变化，这种变化称为电离层延迟。对流层延迟指的是对于地球周围的对流层对电磁波的折射效应，使得GPS信号的传
15、播速度发生变化，这种变化称为对流层延迟。卫星时钟误差即使卫星是非常的精密复杂，它可以计算出一些极微小的讯息信息，如原子钟(Cesium)即是如此一个精准的装置，但是精准并不代表完美，因此仍会有一些微小的误差产生，即使卫星的定位会持续的被监控着，但并不是每一秒都处于被监视的状态之中，这期间一旦有微小的定位误差或卫星星历的误差产生，便会影响到接受器在定位计算时的准确性。,影响GNSS测量的主要因素,星历误差（即卫星轨道误差）卫星星历误差在进行GPS定位时，计算在某时刻GPS卫星位置所需的卫星轨道参数是通过各种类型的星历提供的，但不论采用哪种类型的星历，所计算出的卫星位置都会与其真实位置有所差异，这
16、就是所谓的星历误差。多路径效应（经过其他表面反射到接收机天线中的GPS信号）多径效应由于接收终端周围环境的影响，使得接收机所接收到的卫星信号中还包含有反射和折射信号的影响，这就是所谓的多路径效应。例如在高楼林立的楼群中以及山脉密林中，卫星信号收到折射或者反射的几率相当大。环境遮挡,五 NovAtel板卡与驾校考试系统,Q：NovAtel OEM615板卡高精度位置信息对于驾校考试的优势？A：差分定位后1cm+1ppm的精度对于科目二必考五项中，关于倒库不入、车身出线等考试项提供高精度定位信息；Q：NovAtel OEM615板卡高精度航向信息对于驾校考试的优势？A：0.2/m的测向精度配合高精
17、度cm级定位信息更好的对相关考试项目进行评判。Q：NovAtel OEM615板卡速度信息对于驾校考试的优势？A：0.3m/s（1.08KM/H）的速度精度对于评判中途停车、有车速限制的考试项目提供高精度的辅助信息。Q：NovAtel OEM615板卡时间信息对于驾校考试的优势？A：20ns的时间精度对于科目二考试中有关时间方面的考试项目提供高精度的辅助信息，并对计时培训提供高精度的时间信息。,多系统对于驾校考试系统的必要性,Q：为何在驾校考试中一定要引入双系统进行解算差分？A：GPS+GLONASS双系统在恶劣的接收环境中，可以接收到更多的卫星信息，有效地提高解算可靠性，增强了定位卫星的可用
18、性，也提升了板卡的性能。同时GLONASS单独定位功能可实现摆脱对GPS系统的依赖。Q：引入北斗系统的可行性和必要性？A：可行性：北斗导航系统按照“三步走”的发展战略稳步推进。现阶段北斗系统只能用做辅助GPS+GLONASS来进行定位、差分的解算。还不能单独进行高精度差分，达到cm级精度。必要性：北斗卫星导航系统作为中国自主研发、独立运行的全球卫星导航系统，建设的目标是建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠覆盖全球的导航系统。对摆脱GPS和GLONASS系统的依赖起着关键性作用。另：NovAtel OEM615板卡现已经支持GPS+GLONASS+BDS三系统。,考场建设地点建议,周围应便
19、于安置接收设备和操作，视野开阔，视场内障碍物的高度角不宜超过15度；远离大功率无线电发射源（如电视台、电台、微波站等），其距离不小于1000m；远离高压输电线和微波无线电信号传送通道，其距离不小于500m；附近不应有强烈反射卫星信号的物件（如大型建筑物等）；交通方便，并有利于其他测量手段扩展和联测；选站时应尽可能使测站附近的小环境（地形，地貌，植被等）与周围的大环境保持一致，以减少气象元素的代表性误差；注意接收机工作的环境应远离大功率电磁发射设备，和会对 GPS 工作造成干扰的1.5G频段的微波发射设备；差分数据链若采用无线数传电台（如3G、WIFI、电台），还应避免干扰电台通讯的电磁波段的存在；全天候保证最少接收到6颗GPS+GLONASS L1/L2频段信号。,谢谢！,
