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文档简介
《车载智能技术》
无人驾驶汽车定位导航-GPS罗盘里程计位置数据融合主讲人:黄侃江西交通职业技术学院×××一、全球定位系统卫星导航定位技术中应用最广泛的是GPS。GPS可以向全球用户提供连续、实时、高精度的三维位置、三维速度和时间信息;能够进行全球、全天候和实时的导航;且其定位误差与时间无关,具有较高的定位和测速精度。一、全球定位系统1.GPS的组成与定位原理
GPS由空间卫星系统、地面监控网和用户接收系统组成。1)空间卫星系统空间卫星系统指GPS卫星星座,由21颗工作卫星和3颗在轨备用卫星组成,分布在6个轨道平面中,相邻轨道之间的卫星彼此成30°角,每个轨道面上都有4颗卫星。在利用GPS信号进行定位导航时,为了计算车辆的三维坐标,必须观测至少4颗卫星。如果定位做差分RTK(real-timekinematic),则基准站和移动站要同步观测至少5颗卫星。一、全球定位系统2)地面监控网地面监控网包括1个主控站、3个注入站和5个监测站。它们的作用是实现对空间卫星的控制。主控站拥有许多以计算机为主体的设备,用于数据收集、计算、传输和诊断等。监测站配有GPS接收机、环境数据监测仪、原子频标和处理机等,均为无人值守的数据采集中心。一、全球定位系统3)用户接收系统用户接收系统主要由以无线电传输和计算机技术支撑的GPS接收机和GPS数据处理软件组成。GPS接收机的主要功能是接收、追踪、放大卫星发射的信号,获取定位的观测值,提取导航电文中的广播卫星星历,以及卫星时钟改正参数等。GPS数据处理软件的主要功能是:对GPS接收机获取的卫星测量记录数据进行预处理,并对坐标进行转换和分析综合处理,计算出用户所在位置的三维坐标、速度、方向和精确时刻等。一、全球定位系统为了提高GPS定位的精度,通常采用差分定位技术进行车辆的定位。由于GPS差分定位方法能够完全消除多台接收机共有的误差,如卫星钟误差、星历误差,还能够消除大部分诸如电离层和对流层传播的延迟误差,因而能够比单点定位显著地提高定位精度。2.GPS差分定位技术一、全球定位系统73(3)载波相位差分定位。载波相位差分定位又称RTK技术,它是建立在实时处理两个测站的载波相位基础上的。2(2)伪距差分定位。伪距差分定位是用途最广的一种技术。校正量为距离校正量,即利用基准站坐标和卫星星历可计算出站与星之间的计算距离,计算距离减去观测距离即距离校正量。1(1)位置差分定位。位置差分定位是最简单的差分定位方法,适用于所有GPS接收机。一、全球定位系统3.GPS误差分析GPS定位有3个前提假设:实际中任何不满足上述假设的因素都将导致测距误差,从而影响定位精度。③③GPS接收机接收的卫星信号必须沿直线传播。②卫星信号必须以已知的恒定速度传输;①接收机必须准确测量卫星信号的传输时间;二、航迹推算DR利用载体上一时刻的位置,根据航向和速度信息,推算得到当前时刻的位置,即根据实测的无人驾驶汽车行驶距离和航向计算其位置和行驶轨迹。航迹推算采用绝对坐标系,通常坐标纵轴(Y)指向北方(磁北向或真北向),而横轴(X)指向东方,如图5-1所示。二、航迹推算设里程计在第i(i=0,1,2,…,n)个采样时间间隔内所测得的行驶距离是沿车体纵向方向的位移d(i),罗盘测得的航向为无人驾驶汽车纵向与磁北向的夹角θ(i)(顺时针为正),而磁北向与真北向之间的夹角θ'(i)为θc不是常数,而是随地理经纬度的增加而变小,在小的活动范围内可近似看作定值。DR方法基本上等于位移向量的不断累加。在每一采样周期内,无人驾驶汽车位置的估算取决于以前的计算周期。这样,其误差就会不断累积。三、GPS/罗盘/里程计融合导航定位系统GPS/罗盘/里程计融合导航定位系统由GPS、罗盘、里程计和导航计算机组成,组成框图如图5-2所示。GPS/罗盘/里程计融合导航定位系统是一种相对低成本的导航系统,在这个系统上进行GPS/DR数据融合,可以实现较高精度的导航定位。1.融合导航定位系统组成三、GPS/罗盘/里程计融合导航定位系统融合系统Kalman滤波器的设计目标是综合GPS定位和DR定位的优点实现高精度的航位估计,设计的关键是完成系统模型的建立(包括状态方程和观测方程的建立)。这是建立在传感器信号误差建模的基础之上的。除此之外,GPS/DR融合还存在传感器数据更新率
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