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文檔簡介

車載GPS定位技術與應用習題及資料(15-16學年)(1) GPS的應用領域有哪些? GPS在軍事中的應用 GPS在交通運輸業(yè)中的應用 GPS在測量中的應用 GPS在其他領域中的應用(精細農業(yè) 遙感 衛(wèi)星定軌 資源勘探 個人旅游及野外探險 電力、廣播、電視、通訊等網絡的時間同步、時間傳遞.)Navigation Satellite Timing And Ranging Global Position System簡稱GPS,有時也被稱作NAVSTAR GPS 其意為“導航星測時與測距全球定位系統(tǒng)”,或簡稱全球定位系統(tǒng) 美國 由其陸??杖娐?lián)合研制 在全球范圍內,提供實時、連續(xù)、全天候的導航定位及授時服務 1973年 1995年空間部分 地面控制部分 用戶設備部分 (2) 中國交通運輸目前存在的問題? 道路增長跟不上車輛和流量的增長,交通供需矛盾日益加劇。據統(tǒng)計,世界上各種車輛的增長速度是道路增長速度的23倍。(3) 什么是ITS? 目的是什么?a) 答:ITS(IntelligentTransportationSystems)即智能交通系統(tǒng)是在較完善的道路設施基礎上,將先進的電子技術、信息技術、傳感器技術和系統(tǒng)工程技術集成運用于地面交通管理所建立的一種實時、準確、高效、大范圍、全方位發(fā)揮作用的交通運輸管理系統(tǒng)。b) 其目的是提高交通效率、減少交通對環(huán)境的污染和其他影響、增強交通安全。(4) ITS的組成是什么? (5) ITS的特點是什么? 1、交通基礎設施智能化:交通信號控制、高速公路管理、交通誘導、事故處理、救援系統(tǒng)、電子收費等等。2、交通工具智能化3、交通系統(tǒng)智能化a原理上是基于知識的系統(tǒng)b系統(tǒng)在功能上只要具有判斷能力、推理能力和學習能力,并具有輔助決策的作用;c系統(tǒng)在結構上應有機器感知、機器學習、機器識別、知識庫等部分組成。(6) ITS的智能化特點體現在什么方面?1)交通基礎設施智能化;2)交通工具智能化;3)交通系統(tǒng)智能化。(7) 目前國際上公認的ITS的服務領域有哪些?(1)先進的交通信息服務系統(tǒng)(ATIS)(2)先進的交通管理系統(tǒng)(ATMS)(3)先進的公共交通系統(tǒng)(APTS)(4)先進的車輛控制系統(tǒng)(AVCS)(5)貨運管理系統(tǒng)(MMS)(6)緊急救援系統(tǒng)(EMS) ( 7電子收費系統(tǒng)(ETC))(8) 國際標準化組織有哪兩個? 主要有兩大組織:一是ISO下設TC204即“交通信息與控制系統(tǒng)技術委員會”(2001年四月在夏威夷召開的全體會議上,將TC204改名為“ITS技術委員會”);另一個是CEN/278(歐洲標準化委員會)(9) 標準化研究對ITS發(fā)展的有什么作用,表現在什么方面?答:標準化研究對ITS的發(fā)展有很大的促進作用,主要表現在以下幾點:經濟性。不僅帶給用戶很大的經濟性(如便于維護、避免重復投資等),對設備供應商也同樣具有經濟性(如擴大市場)?;ゲ僮餍?。包括設備(軟、硬件)的互換性與兼容性,實現信息共享性。用戶設備獲取。有了全國性或全球性標準,用戶采購設備就有了很大的自由,而不用局限于某一廠商,對于一些小國或地區(qū)更是至關重要。(10) 中國的ITS標準化正式啟動的時間和組織是什么?ITS標準體系分為幾層,各包含什么?答:1992年由國際標準化組織(ISO)設置了TC204,即“交通信息與控制系統(tǒng)(TICS)技術委員會”,全面負責ITS領域的標準化工作。標志著ITS標準化組織的建立。我國科技部2000年成立全國智能交通系統(tǒng)專家委員會,標志著中國ITS標準化組織的正式建立。ITS標準體系分為兩層,上層為通用標準,下層為分系統(tǒng)標準。通用標準層包括:分系統(tǒng)標準包括(11) 什么是LBS?LBS的特點是什么?答:基于位置的服務(Location Based Services,LBS)它包括兩層含義:首先是確定移動設備或用戶所在的地理位置;其次是提供與位置相關的各類信息服務。意指與定位相關的各類服務系統(tǒng),簡稱定位服務。特點: 1)要求覆蓋率高一方面要求覆蓋的范圍足夠大。一方面要求覆蓋的范圍包括室內 2)定位精度定位應該根據用戶服務需求的不同提供不同的精度服務,并可以提供給用戶選擇精度的權利。(12) LBS的基本構成及各個組成部分的功能是什么? (13) 什么是子午衛(wèi)星系統(tǒng)?子午衛(wèi)星導航系統(tǒng)依據什么原理定位?子午衛(wèi)星系統(tǒng)的組成有哪些?它的缺點表現在什么方面? NNSS Navy Navigation Satellite System(海軍導航衛(wèi)星系統(tǒng)),由于其衛(wèi)星軌道為極地軌道,故也稱為Transit(子午衛(wèi)星系統(tǒng)) ;采用利用多普勒效應進行導航定位,也被稱為多普勒定位系統(tǒng);美國研制、建立 1964年1月建成1967年7月解密供民用 系統(tǒng)組成a空間部分衛(wèi)星:發(fā)送導航定位信號(信號:4.9996MHz 30 = 149.988MHz;4.9996MHz 80 = 399.968MHz;星歷)衛(wèi)星星座 由6顆衛(wèi)星構成,6個軌道面,軌道高度1075km b地面控制部分包括:跟蹤站、計算中心、注入站、控制中心和海軍天文臺c用戶部分 多普勒接收機系統(tǒng)缺陷a衛(wèi)星少,觀測時間和間隔時間長,無法提供實時導航定位服務b定位速度慢(約需12天的個觀測時間),定位精度低c衛(wèi)星信號頻率低,不利于補償電離層折射效應的影響d衛(wèi)星軌道低,難以進行精密定軌(14) GPS的發(fā)展簡史 (1)方案論證階段 1973年12月,美國國防部批準研制GPS。 1978年2月22日,第1顆GPS試驗衛(wèi)星發(fā)射成功。 從1973年到1979年,共發(fā)射了4顆試驗衛(wèi)星。研制了地面接收機及建立地面跟蹤網。 (2)全面研制和試驗階段 從1979年到1987年,又陸續(xù)發(fā)射了7顆試驗衛(wèi)星,研制了各種用途接收機。實驗表明,GPS定位精度遠遠超過設計標準。(3)實用組網階段 1989年2月14日,第1顆GPS工作衛(wèi)星發(fā)射成功。 1991年,在海灣戰(zhàn)爭中,GPS首次大規(guī)模用于實戰(zhàn)。 1993年底實用的GPS網即(21+3)GPS星座已經建成,今后將根據計劃更換失效的衛(wèi)星。 1995年7月17日,GPS達到FOC 完全運行能力(Full Operational Capability)(15) GPS衛(wèi)星系統(tǒng)與之前其他導航系統(tǒng)相比,具有什么特點?答:(1)全球地面覆蓋。地球上任何地點均可連續(xù)同步觀測到至少4顆衛(wèi)星, 從而保障了全球、全天候連續(xù)三維定位。(2)功能多,精度高。GPS可為各類用戶連續(xù)地提供動態(tài)目標的三維位置、三維速度和時間信息。實時定位。(16) 什么是SA政策?什么是AS政策?答:SA(Selective Availability )即降低C/A碼定位精度的選擇可用性政策,包括對GPS衛(wèi)星基準信號采用技術即為衛(wèi)星鐘加高頻抖動,則所有的派生信號均引入一個快速變化的高頻抖動。對導航電文采用技術即降低星歷精度,加入隨機變化。AS(Anti-Spoofing)即將P碼經過加密處理變成Y碼,Y碼是p碼與高度機密w碼 模2求和得到的碼,當實施AS技術時,非特許用戶不但不能使用P碼作實時定位,而且不能進行P碼和C/A碼碼位測量的聯(lián)合求解,甚至進行P碼數據平滑。(17) GPS、GLONASS、GALILEO之間有什么不同,各自有什么特點? GLONASS 與GPS比較:a主要區(qū)別在于信號分割體制不同:1 GLONASS使用FDMA體制區(qū)分不同的衛(wèi)星 ,即不同的GLONASS衛(wèi)星發(fā)射載波頻率不同的信號,但所有的衛(wèi)星都使用相同的PRN碼。2 GPS使用CDMA方式,所有的衛(wèi)星都是用相同的頻率,而在載波上調制的PRN碼隨衛(wèi)星的不同而不同。b由于GPS采用的偽碼速率比GLONASS的高一倍,其分辨率也高一倍,理論上來說,定位精度比GLONASS的高。c 地區(qū)優(yōu)勢不同:GLONASS能為高緯度地區(qū)提供更好地覆蓋;GPS的優(yōu)勢主要是在中低緯度地區(qū)。Galileo系統(tǒng)是一種多功能的衛(wèi)星導航定位系統(tǒng),具有公開服務、安全服務、商業(yè)服務和政府服務等功能,但只有前兩種服務是自由公開的,后兩種服務則需經過批準后才能使用。Galileo特點: 比GPS精度高,純民用,不保密,對用戶安全負責(18) 北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)的基本構成 答:北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)由空間端、地面端和用戶端三部分組成??臻g端包括5顆靜止軌道衛(wèi)星和30顆非靜止軌道衛(wèi)星。地面端包括主控站、注入站和監(jiān)測站等若干個地面站。 (19) GPS的組成主要有哪些,各組成部分的主要設備有哪些?各個部分的作用是什么? 空間部分 GPS衛(wèi)星星座和GPS衛(wèi)星 作用:a接收、存儲導航電文b生成用于導航定位的信號(測距碼、載波)c發(fā)送用于導航定位的信號(采用雙相調制法調制在載波上的測距碼和導航電文)d接受地面指令,進行相應操作e其他特殊用途,如通訊、監(jiān)測核暴等地面控制部分 組成a主控站:1個 管理、協(xié)調地面監(jiān)控系統(tǒng)各部分的工作;收集各監(jiān)測站的數據,編制導航電文,送往注入站將衛(wèi)星星歷注入衛(wèi)星;監(jiān)控衛(wèi)星狀態(tài),向衛(wèi)星發(fā)送控制指令;衛(wèi)星維護與異常情況的處理。b監(jiān)測站:5個 接收衛(wèi)星數據,采集氣象信息,并將所收集到的數據傳送給主控站。c注入站:3個 將導航電文注入GPS衛(wèi)星。d通訊與輔助系統(tǒng) 用戶設備部分 (20) GPS的常用時間系統(tǒng)有哪些?它們之間有什么聯(lián)系? (21) 常用的GPS坐標系統(tǒng)有哪些?協(xié)議天球坐標系到地球坐標系中間要經過哪些轉換? 協(xié)議天球坐標系平天球坐標系瞬時天球坐標系瞬時地球坐標系協(xié)議地球坐標系。(22) GPS衛(wèi)星信號如何產生,各信號之間有什么關系?L1載頻上的信號結構和L2載頻上的信號結構是什么樣的? 基準頻率 f0由衛(wèi)星上的原子鐘直接產生 ,衛(wèi)星信號的所有成分均是該基準頻率的倍頻或分頻(23) 產生C/A碼和P碼的m序列具有什么特征? (24) GPS衛(wèi)星發(fā)送的兩種偽隨機測距碼是什么?是如何產生的?(25) GPS導航電文包括哪些信息?導航電文的基本結構?(26) GPS接收機分類及基本功能結構(27) GPS定位方法的基本分類(28) GPS距離觀測量的兩種觀測方式:a) 測量GPS衛(wèi)星發(fā)射的測距碼信號(C/A或P碼)到達用戶接收機的時間;b) 測量接收機接收到的具有多普勒頻移的載波信號與接收機產生的參考信號之間的相位差。(29) 誤差計算中常用的精度因子有哪些?與衛(wèi)星幾何圖形有什么關系? (30) GPS定位的誤差來源有哪些?(31) 電子地圖數據與導航應用功能之間的關系(32) 在車輛導航系統(tǒng)中,與數字地圖相關的功能有哪些?地圖顯示、地址匹配、地圖匹配、路徑規(guī)劃,路徑引導地圖顯示是車輛導航系統(tǒng)的重要組成部分,它構成了人機接口的基礎,地圖顯示的成功與否直接影響到用戶對產品的印象。為了展示地圖的道路信息,地圖顯示需要依賴數字地圖中的道路位置、寬度、級別等屬性以及道路附近的各種設施。地址匹配又稱為地理編碼,即通過給定的經緯度坐標確定地圖上街道的地址,或者相反的過程。地圖匹配是利用數字地圖的路網信息修正車輛定位模塊的位置輸出,位置修正的前提是車輛在道路上行駛。當定位傳感器輸出的車輛位置與數字地圖的道路存在偏差時,地圖匹配算法尋找當前最可能的行駛道路并計算在該道路上的位置。地圖的拓撲連接必須是完整正確的,以反映真實道路的情況。路線規(guī)劃和路線引導更是與數字地圖密切相關,它的幾乎所有數據來源都是數字地圖中的道路信息,如路網的空間分布、幾何坐標、拓撲連接、道路平均時速、轉向限制等等。(33) 路網的基本要素是什么?如何將實際道路網絡能夠轉化成節(jié)點路段模型和路段鏈模型?(34) 車輛導航系統(tǒng)的數字地圖和通用數字地圖側重點有什么不同?(35) 地圖數據的數字化過程? (36) 單圖集分層結構的特點,優(yōu)缺點?(37) 數字道路地圖的多圖集分層結構的內容和存儲。(38) 地圖數據庫按照功能用途可以分為哪幾種數據庫類型?各有什么作用?(39) 建立網格單元基本思想是什么?(40) 什么是數字道路地圖的空間索引?建立空間索引的目的是什么?目前代表性的有哪些?如何建?(四叉樹及其改進,R-樹及其改進)(41) 航位推算(DR)的基本原理是什么?產生定位誤差積累的原因主要是什么?(42) 常用的GPS/DR組合方案有哪些?各有什么優(yōu)缺點?(43) 什么是地圖匹配?基本思想,地圖匹配應用的兩個基本前題是什么?地圖匹配的算法處理過程?(44) 常用的地圖匹配方法有哪些?了解其計算的基本思路。(45) 地圖匹配中怎樣確定誤差區(qū)域?(46) 影響地圖匹配正確性的因素有哪些?(47) 什么是匹配度?候選路段的匹配度應該具有的特點是什么?(48) 要有效的進行地圖匹配,匹配度Q(k)需要滿足的標準?(49) 根據移動通信的特點與實現方式,在車輛定位系統(tǒng)中應用的移動通信可以歸納為哪些?p129133常規(guī)通信、集群通信、蜂窩通信、無線數據廣播、專業(yè)數據通信、衛(wèi)星通信等。(50) 車輛定位系統(tǒng)的多址接入方式有哪幾種?各自的特點?p144a) 固定分配多址方式。特點:在此方式下,用戶所占用的資源是固定的,即使某用戶不進行數據傳輸,其它用戶也不能石灰?guī)r為其分配的資源。主要有FDMA、TDMA與CDMA三種。b) 按需分配多址方式。特點:適用于占有時間不固定的動態(tài)數據傳輸用戶,當用戶需要服務時,由系統(tǒng)內的控制中心分配空閑的信道,服務完成后信道仍可供其它用戶使用。該方式需要控制中心進行多用戶通信的管理,并占用獨立的信道進行動態(tài)分配信息的傳送。c) 隨機分配多址方式。特點:該方式下,多個用戶的數據傳輸是隨機的,不同用戶同時進行數據傳輸時將會引起碰撞。對數據碰撞采取不同的處理手段對應不同的隨機多址方式。(51) 從實現導航功能的角度看,目前智能車輛導航系統(tǒng)的分類?(52) 路徑規(guī)劃解決的是什么問題?(53) 什么是最短路徑?經典的最短路徑算法過程?a) 迪杰斯特拉(Dijkstra)算法: b) 弗洛伊德(Floyd)算法 (54) 什么是啟發(fā)式搜索?基于啟發(fā)式搜索的最短路徑算法主要有哪些? 啟發(fā)式搜索是基于知識的搜索策略,即通過選定一種估價函數,在搜索過程中的每一步,尋找估價函數數值最高的節(jié)點作為下一個搜索節(jié)點?;趩l(fā)式搜索的最短路算法有Costed算法、分支界定法、限制搜索區(qū)域法、A*算法等。(55) A*算法的基本思想(具體算法不做考試內容,僅作學習使用)a) 該算法在選擇下一個被檢查的節(jié)點時,對當前節(jié)點距離終點的長度作為估計,評價其處于最優(yōu)路線上的可能性量度,這樣就可以首先搜索可能性較大的節(jié)點,從而提高搜索過程的效率。b) A*算法的估價函數可表示為: 1. f ( v) = g( v)+ h (v )ii. 其中g(v)是從起點到當前頂點,的實際費用的量度,h(v)是從當前頂點,到終點的最小費用的估計,如果h(v)= 0 ,即沒有利用任何啟發(fā)式信息,這時的A*算法就變成了普通的Dijkstra算法。h(v)具體形式的選擇取決于路線優(yōu)化標準,在選擇h(v)時,要滿足一個要求,就是不能過高估計當前頂點的最小費用,這被稱為可納性條件,只要啟發(fā)式函數滿足可納性條件,且原問題存在最優(yōu)解,則A*算法一定能夠計算出最優(yōu)路徑。c) A*算法的程序編寫原理d) 如圖有如下的狀態(tài)空間:(起始位置是A,目標位置是P,字母后的數字表示節(jié)點的估價值)e)i. 搜索過程中設置兩個表:OPEN和CLOSED。OPEN表保存了所有已生成而未考察的節(jié)點,CLOSED表中記錄已訪問過的節(jié)點。算法中有一步是根據估價函數重排OPEN表。這樣循環(huán)中的每一步只考慮OPEN表中狀態(tài)最好的節(jié)點。具體搜索過程如下:f) 初始狀態(tài):OPEN=A5;CLOSED=;2)估算A5,取得搜有子節(jié)點,并放入OPEN表中;OPEN=B4,C4,D6;CLOSED=A53)估算B4,取得搜有子節(jié)點,并放入OPEN表中;OPEN=C4,E5,F5,D6;CLOSED=B4,A54)估算C4;取得搜有子節(jié)點,并放入OPEN表中;OPEN=H3,G4,E5,F5,D6;CLOSED=C4,B4,A55)估算H3,取得搜有子節(jié)點,并放入OPEN表中;OPEN=O2,P3,G4,E5,F5,D6;CLOSED=H3,C4,B4,A56)估算O2,取得搜有子節(jié)點,并放入OPEN表中;OPEN=P3,G4,E5,F5,D6;CLOSED=O2,H3,C4,B4,A57)估算P3,已得到解;(56) 基于分層地圖的搜索算法(57) 基于

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