《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
   

   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$T_{WG}$，W表示世界系，G表示GNSS系，需要将UTM坐标变换为车辆坐标$T_{WB}$
    3. 由UTM坐标到车辆坐标中间经过一个外参变换，$T_{GB}$，则有$T_{WB}=T_{WG}\ast T_{GB}$