頭三篇分別是GNSS與高精度定位逊躁，IMU與慣性導航似踱，高精度地圖原理與應用。
1.?定位技術的劃分
定位最早的需求來自航海稽煤，其實導航的英文navigation核芽，詞源來自拉丁文navis（船）+agare（引導），表示從A地到B地航行中對船只的操作酵熙。通過下圖的航海示意轧简，可以把定位技術分為三類。
與其他物體的相對定位：相對定位的核心是對目標的測量匾二。
衛(wèi)星定位（絕對定位）：由天體定位演化而來哮独，核心是已知運動規(guī)律的星體+準確的時鐘+對星體的有效觀測拳芙。
慣性導航：核心準確的時間和對運動的有效測量。
2. GNSS系統(tǒng)和信號說明
目前全球范圍共有GPS皮璧、CAMPASS/BEIDOU舟扎、GLONASS、Galileo悴务，四大全球GNSS系統(tǒng)睹限，在局部范圍有QZSS（日本）IRNSS（印度）等區(qū)域GNSS系統(tǒng)。國內主要是使用GPS讯檐，北斗以及伽利略系統(tǒng)邦泄。
任一GNSS系統(tǒng)可以劃分由衛(wèi)星、地面觀測站裂垦、用戶接收機三部分組成。衛(wèi)星上有精密原子鐘肌索，可以讓所有衛(wèi)星時間同步精度在納秒級蕉拢。地面觀測站是對衛(wèi)星位置，運動狀態(tài)進行長時間精密觀測诚亚，用來修正衛(wèi)星的運動軌道信息晕换。這也是為什么GLONASS應用比較少的原因之一，因為國際ZZ因素站宗，俄羅斯的觀測站在其國外比較少闸准，這就導致在俄羅斯之外的地方定位精度會差一些。而用戶接收機我們在車端可以直接控制和操作的設備了梢灭。
導航電文有什么夷家？
含有衛(wèi)星鐘改正參數(shù)，周數(shù)敏释、電離層改正參數(shù)库快、衛(wèi)星狀態(tài)等
星歷：當前衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)，1*參考時間钥顽，6*軌道參數(shù)义屏，9*攝動力參數(shù)
歷書：所有衛(wèi)星的軌道數(shù)據(jù)（有效期更長、精度更低）
需要注意的是無A-GPS輔助時蜂大，冷啟動需要接受完整1幀的導航電文才能夠定位闽铐。也就說冷啟動的時間至少大于30s。
信號調制解調相關問題
多衛(wèi)星信號問題：
PRN碼的正交性和自相關性奶浦，不同衛(wèi)星的信號可以通過PRN碼來區(qū)分兄墅，碼分多址（Code Division Multiple Access, CDMA）
GLONASS采用頻分多址（Frequency Division Multiple Access, FDMA）
接收機有多個通道，每個通道對指定的PRN碼和載波頻率進行處理财喳。
信號解調處理：
衛(wèi)星信號解調的流程如下
3.碼偽距定位
上一篇講了GNSS的信號察迟，通過調制在載波上的測距碼和導航電文斩狱，我們可以有途徑獲得接收機到衛(wèi)星的距離，衛(wèi)星在天上的運行位置扎瓶。通過這些就可以嘗試計算接收機的位置了所踊。那么問題來了：
需要幾顆衛(wèi)星才能確定接收機的位置呢？
已知衛(wèi)星到接收機的偽距概荷，需要幾顆衛(wèi)星可以定位秕岛？
在上面這張圖的誤導下可能有的同學會答3顆衛(wèi)星，確實不同線的三個球體可以確定2個交點误证，但是接收機到衛(wèi)星的距離继薛，是通過確定信號傳播的時間來確定的。衛(wèi)星上的原子鐘非常精密愈捅，并且衛(wèi)星之間的時間是精密同步過的遏考，可以視為精確的（當然實際上是要通過相對論來修正的），但是接收機上的時間可能是不準的蓝谨，這就會對衛(wèi)星距離的測量引入由于接收機時間不準的誤差灌具，稱為接收機鐘差。這樣距離的測量就是有誤差的了譬巫。
接收機鐘差使得三顆衛(wèi)星無法定位
這里面有X,Y,Z距離坐標的三個未知數(shù)咖楣，以及第四個未知數(shù)時鐘相關誤差，如果有4顆衛(wèi)星的信號芦昔，就可以求解出這4個未知數(shù)诱贿。所以GNSS定位至少需要四顆衛(wèi)星。
偽距測量精度通常為碼元寬度的1/10~1/100咕缎。C\A碼寬293m珠十，偽距測量精度3-30m。依賴偽距定位能夠做到的精度水平為5-10m锨阿。這也就是我們普通車機和手機上GNSS的定位精度宵睦，顯然這樣的定位精度只能確定我們的車是在哪條道路上，但是沒法精確到哪條車道上墅诡，更不用說是在車道中的哪個位置了壳嚎。
顯然自動駕駛需求更高的定位精度，那么想要獲得更高的定位精度末早，就需要分析清楚具體的測量誤差烟馅。
4. GNSS信號的誤差
所有影響測量接收機到衛(wèi)星之間距離的因素，都會產(chǎn)生誤差然磷。誤差可以分為幾個方面：
衛(wèi)星相關誤差
衛(wèi)星時鐘誤差：沒錯郑趁，原子鐘也會有不準的時候；
星歷誤差：就是GNSS衛(wèi)星軌道的誤差姿搜，衛(wèi)星在空間中總會受到一些擾動寡润，軌道發(fā)生偏差捆憎；
信號傳播相關誤差
電離層誤差：從離地面約50公里開始一直伸展到約1000公里高度的地球高層大氣空域被稱作電離層，里面充滿了自由電子和離子梭纹，當GPS信號通過電離層時躲惰，會發(fā)生信號延遲，載波相位超前变抽，多普勒頻移等影響础拨，引入誤差；
對流層誤差：對流層溫濕度绍载，云雨雪等造成信號傳播誤差诡宗；
多路徑效應：高樓，高墻反射造成同一信號被多次接收击儡；
接收機相關誤差：
接收機時鐘誤差：接收機時鐘和衛(wèi)星時間的偏差塔沃；
接收機信號時延、噪聲等阳谍。
GNSS信號相關誤差
了解了這些誤差之后芳悲，偽距的表達就可以由之前的簡單公式，變成下面這個復雜的多的公式了边坤。
5.載波相位偽距測量
回顧一下前面說的偽距測量精度通常為碼元寬度的1/10~1/100，也就是尺子有多準的問題谅年。GPS信號中C/A碼寬為293m茧痒，精度是30-3m，即使了解了這些誤差的組成融蹂，單純依靠碼偽距無法獲得車輛智能駕駛所需定位精度旺订。這個時候就需要新的測距方法，載波相位偽距測量超燃。
載波波長
載波相位測量
除了測距碼之外区拳，調制測距碼的載波本身也可以用來測距。接收的衛(wèi)星載波信號意乓，與接收機產(chǎn)生的參考載波信號之間的相位差為?樱调。
那么我們就可以得到載波偽距： ?=( + )?
這時候會引入新的問題：整周模糊度N。測量只能測定不足一周的部分届良，而衛(wèi)星信號經(jīng)過了多少個整周數(shù)不確定笆凌。
那么思考一下，需要幾顆衛(wèi)星才能確認整周模糊度士葫？
答案是多少顆都不行乞而，因為每顆衛(wèi)星的載波信號中的整周模糊度都是不同的，無法通過單純的GNSS衛(wèi)星數(shù)量增加來確認慢显。這個時候我們需要來自觀測站信息的輔助爪模。
如果有方法能夠便捷的獲取當前接收信號中的誤差值欠啤，就能夠計算得到精準的整周模糊度，可以利用載波相位來獲取自身的位置屋灌，靜態(tài)精度可達2cm洁段，動態(tài)精度也可以做到10cm以內。而目前常用的方法有RTK(OSR)類和PPP(SSR)類声滥。
6. RTK(OSR)的原理
上一篇講過眉撵，實際的衛(wèi)星信號中有大量的誤差項，有衛(wèi)星相關的誤差和傳播路徑相關的誤差落塑，這些誤差很多和地域是強相關的纽疟，如果在我們接收機附近，有另一個已知精準位置的接收機（基站）憾赁，由于這個接收機的位置已知污朽，就可以通過已知的位置和接受的信號，計算出這個誤差之和有多少龙考。當我們待求位置的接收機和已知位置的基站足夠近蟆肆，可以認為二者的誤差是相同的，這樣載波偽距誤差項公式就表達為：
基站將誤差項和通過信號告訴接收機晦款，就可以求解上式炎功，得到精準的載波定位結果。這種方法叫做差分GNSS缓溅，差分GNSS中技術也有很多代蛇损，目前應用最廣泛的是RTK, Real-Time Kinematics，實時動態(tài)差分坛怪。而這種方法是對接收機觀測的信號進行誤差描述的淤齐，又被成為OSR，Observation Space Representation袜匿，觀測空間表達更啄。
RTK原理示意
從上圖中可以看出RTK的一些特點，由于是對觀測值進行描述居灯，那么對于接收機和基站之間的基線距離有要求祭务，通常距離不能超過50km，這樣就需要非常多的基站數(shù)量怪嫌。想覆蓋中國大部分區(qū)域待牵，需要2000+個觀測基站。同時為了獲取到接收機附近的觀測誤差喇勋，需要車輛將初始位置發(fā)送給服務商缨该，然后再從服務商網(wǎng)絡中獲取到需要的糾偏數(shù)據(jù)，這就需要雙向通訊川背。
RTK的好處也非常明顯贰拿，因為是直接獲取到誤差的值蛤袒，計算起來非常快捷膨更，收斂速度較快妙真，狀態(tài)好時可以在幾秒內收斂。
7. PPP(SSR)的原理
另一種模式是用建立觀測誤差模型來描述衛(wèi)星信號中的誤差項荚守，特別是電離層誤差和大氣層誤差珍德，由于這些誤差模型的特性，使得通過少量的參數(shù)就可以獲取到誤差的值矗漾，這就使得所需要的參數(shù)的數(shù)據(jù)量和基站的數(shù)量大大減小锈候，帶來一系列的好處。
傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量大幅減小敞贡，可以通過廣播的形式播發(fā)所有的參數(shù)泵琳，不需要獲取車輛位置，這就只需要單向通訊誊役，從原理上對隱私的安全性更好获列；
由于單向通訊和數(shù)據(jù)量小，除了傳統(tǒng)蜂窩網(wǎng)絡外蛔垢，還可以通過GEO通訊衛(wèi)星進行播發(fā)击孩，這樣可以雙鏈路通訊，從原理上對通訊的可靠性更好鹏漆；
基站數(shù)量少溯壶，維護成本低。
這種定位方式甫男，用戶通過自己單接收機就可以獲取精準位置，所以被稱為PPP验烧，Precise Point Positioning板驳，精密單點定位，同時這種方法是對誤差模型的狀態(tài)進行描述碍拆，又被稱為SSR若治，State Space Representation，狀態(tài)空間表達感混。
PPP原理示意圖
8. 定位服務概念
提供定位服務的供應商就是定位服務商端幼，目前國內有千尋位置，六分科技弧满，中移智行等公司提供相應的服務婆跑，國外則有Trimble， Hexagon庭呜，Sapcorda等定位服務商公司滑进。下圖是一些概念的辨析犀忱。
而由于這些外部依賴的存在，車用的高精GNSS定位系統(tǒng)除了車端之外扶关，還需要GNSS衛(wèi)星和觀測站阴汇，定位服務商和通訊服務商的網(wǎng)絡。而車端也需要GNSS信號的接收機和對應的天線节槐，LTE網(wǎng)絡接收機和對應的天線搀庶，以及使用二者信息進行高精定位求解計算的算法集成方——Host Processor。
