2018年12月07日

GPS三角定位

導航定位是利用電、磁、光、力學等科學原理與方法,通過測量與空中飛機、海上艦船、大洋裡的潛艇、陸地上的車輛、人流等運動物體每時每刻位置有關的參數,從而實現對運動體的定位,并正确地從出發點沿着預定的路線,安全、準确、經濟地引導到目的地,這種技術就叫導航技術。


裝在無人車上的GPS接收機,測量出無線電信号到達衛星的傳播時間,再将傳播時間乘以光速,即可得到當前GPS接收機到達衛星的距離,再用三角定位的幾何原理求得位置。


但是GPS定位精度低、更新周期長,遠遠不能滿足自動駕駛的需求。


RTK技術

為了解決GPS定位精度低的問題,人們想到可以通過GPS+RTK的方法來解決定位問題,RTK是載波相位差分技術。其中的基本原理是,車輛在行駛過程中是用GPS作為基準,在GPS更新的時候,通過RTK輔助,即利用RTK設備和信号塔設備通信修正GPS定位結果,完成車輛的精确定位。

       

在地面上建設可以接收衛星信号的基站,基站具有精确位置信息。車載GPS接收機和附近的基站同時接收衛星信号。此時基站和車輛是通過同一片大氣雲層和天氣接收的信号,兩者具有相同的誤差。再根據基站的實際位置和誤差,可以反推出車輛的位置。

 

但是缺陷是RTK過去用在特定領域裡,價格貴,推廣也比較困難。同時差分GPS可以解決定位的精度問題,但是解決不了遮擋和反射問題,在大城市高樓林立,立體的交通系統中優勢就不再這麼明顯。


IMU技術

在高樓周圍也可能導緻原本收不到的衛星信号,經過大樓樓體的鏡面反射被接收到,這種信号被稱為多路徑信号。根據多路徑信号計算得到的距離會明顯大于實際距離。

       

由于無人車行駛速度快,我們需要實時精準定位以确保無人車的安全。但是GPS的誤差不會随着時間的推進而增加。GPS更新頻率低,大概在10Hz左右,即100ms才能定位一次。因此我們必須借助其他的傳感器來輔助定位,增強定位的精度。


車不是一直走直線的,所以單有加速度計不足以計算車輛的位置。用陀螺儀能測量當前的角速度,解決了車輛行駛的方向的問題。加速度計和陀螺儀合起來即是 IMU(慣性測量單元)一個解決速度,一個解決方向。IMU 頻率為1000Hz,所以 IMU 可以提供接近實時的位置信息。


但是IMU的缺點事會産生誤差積累,運動誤差會随時間增加而增加,所以IMU隻能短時定位。現在通用辦法是結合GPS和 IMU 來進行來汽車定位,一方面,IMU 彌補了GPS更新頻率較低的缺陷;另一方面,GPS反過來糾正了 IMU 的運動誤差。


将GPS和IUM的優勢融合到一塊要用到卡爾曼濾波器。GPS得到的經緯度信息作為輸入信号傳入IMU,IMU再通過串口線與控制器相連接,以此獲取更高頻率的定位結果。慣性傳感器(IMU)是可以檢測加速度與旋轉運動的傳感器。基礎的慣性傳感器包括加速度計與角速度計。


對于模塊化的技術,知道其工作原理和算法,有助于我們更好的應該用。卡爾曼濾波作為連續狀态空間問題的一種解決方案,已經成功運用在航海定位、火星登陸和自動導彈制導等領域,也在無人駕駛的定位中發揮作用。


新聞中心


在無人導航系統定位中嶄露頭角的IMU技術

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