1. 导航系统概述：从全局规划到轨迹调试

大家好，我是你们这门课的主讲。在自动驾驶和机器人领域摸爬滚打了十来年，今天咱们来聊聊导航系统这个老本行。

导航系统，说白了就是让机器人知道「我在哪、要去哪、怎么去」。听起来简单，但实际落地时坑特别多。我最早做AGV小车时，就遇到过导航模块跑飞，小车在仓库里原地转圈的尴尬事。嗯，从那以后我对导航系统的敬畏心就上来了。

1.1 导航系统在机器人/自动驾驶中的作用

导航系统是整个移动智能体的「大脑」和「眼睛」。它要解决三个核心问题：

• 定位：我在哪里？——靠GPS、IMU、激光雷达、视觉里程计等传感器融合
• 建图：周围环境长什么样？——构建栅格地图、拓扑地图或语义地图
• 规划与控制：怎么安全到达？——生成路径并跟踪执行

你想想看，没有导航系统，自动驾驶汽车连路口都过不去。我参与过一个园区物流项目，导航系统一旦掉线，车辆直接停在路中间，调度中心电话被打爆。所以导航系统的可靠性，是底线。

1.2 全局路径规划 vs 局部路径规划

这是初学者最容易混淆的概念。我面试时经常问这个问题，能讲清楚的人不多。

对比维度	全局路径规划	局部路径规划
任务	从起点到终点的宏观路线	避开动态障碍物的微观轨迹
地图	使用已知的静态地图	使用传感器实时感知的局部地图
算法	A*、Dijkstra、RRT、Hybrid A*	DWA、TEB、MPC、Pure Pursuit
输出	一系列路径点（waypoints）	带速度/加速度的轨迹（trajectory）
更新频率	低频（0.1~1 Hz）	高频（10~50 Hz）
典型问题	路径穿墙、无法通过狭窄通道	振荡、急转弯、陷入死胡同

全局规划，就像你开车前用高德地图规划了一条从北京到上海的高速路线。它知道哪里有收费站、哪里有服务区，但不知道路上突然窜出一只猫。

局部规划，就是你在高速上遇到前车急刹，自己打方向盘避让的那一瞬间。它只关心接下来几秒钟的事，反应要快。

我曾经在一个项目中，全局规划用A*跑出了一条完美路径，结果局部规划DWA死活跟不住——因为全局路径的曲率变化太剧烈，DWA的搜索空间根本覆盖不了。后来我调整了全局路径的平滑参数，才解决问题。这就是全局和局部需要「对齐」的典型案例。

1.3 课程整体框架

这门课一共30章，我把它分成四个模块。先给你一张总览图，心里有个底。

模块一打基础。我会带你搭好ROS2导航栈，搞清楚TF树、代价地图这些底层概念。别小看这些，我见过太多人调了半年参数，最后发现是坐标系没对齐。

模块二讲全局规划。从经典的A*开始，到适合车辆的Hybrid A*，再到采样类的RRT*。每个算法我都会给出调参建议和避坑经验。

模块三是重头戏。DWA、TEB、MPC这三个局部规划器，我会逐个拆解。它们的参数加起来上百个，怎么调？我的经验是：先调权重，再调阈值，最后调运动学约束。顺序错了，越调越乱。

模块四就是实战了。我会带你用Gazebo仿真，然后部署到真实小车。最后几章专门讲性能评估——怎么量化轨迹质量，怎么自动化调参。