2018年12月07日

GPS三角定位

导航定位是利用电、磁、光、力学等科学原理与方法,通过测量与空中飞机、海上舰船、大洋里的潜艇、陆地上的车辆、人流等运动物体每时每刻位置有关的参数,从而实现对运动体的定位,并正确地从出发点沿着预定的路线,安全、准确、经济地引导到目的地,这种技术就叫导航技术。


装在无人车上的GPS接收机,测量出无线电信号到达卫星的传播时间,再将传播时间乘以光速,即可得到当前GPS接收机到达卫星的距离,再用三角定位的几何原理求得位置。


但是GPS定位精度低、更新周期长,远远不能满足自动驾驶的需求。


RTK技术

为了解决GPS定位精度低的问题,人们想到可以通过GPS+RTK的方法来解决定位问题,RTK是载波相位差分技术。其中的基本原理是,车辆在行驶过程中是用GPS作为基准,在GPS更新的时候,通过RTK辅助,即利用RTK设备和信号塔设备通信修正GPS定位结果,完成车辆的精确定位。

       

在地面上建设可以接收卫星信号的基站,基站具有精确位置信息。车载GPS接收机和附近的基站同时接收卫星信号。此时基站和车辆是通过同一片大气云层和天气接收的信号,两者具有相同的误差。再根据基站的实际位置和误差,可以反推出车辆的位置。

 

但是缺陷是RTK过去用在特定领域里,价格贵,推广也比较困难。同时差分GPS可以解决定位的精度问题,但是解决不了遮挡和反射问题,在大城市高楼林立,立体的交通系统中优势就不再这么明显。


IMU技术

在高楼周围也可能导致原本收不到的卫星信号,经过大楼楼体的镜面反射被接收到,这种信号被称为多路径信号。根据多路径信号计算得到的距离会明显大于实际距离。

       

由于无人车行驶速度快,我们需要实时精准定位以确保无人车的安全。但是GPS的误差不会随着时间的推进而增加。GPS更新频率低,大概在10Hz左右,即100ms才能定位一次。因此我们必须借助其他的传感器来辅助定位,增强定位的精度。


车不是一直走直线的,所以单有加速度计不足以计算车辆的位置。用陀螺仪能测量当前的角速度,解决了车辆行驶的方向的问题。加速度计和陀螺仪合起来即是 IMU(惯性测量单元)一个解决速度,一个解决方向。IMU 频率为1000Hz,所以 IMU 可以提供接近实时的位置信息。


但是IMU的缺点事会产生误差积累,运动误差会随时间增加而增加,所以IMU只能短时定位。现在通用办法是结合GPS和 IMU 来进行来汽车定位,一方面,IMU 弥补了GPS更新频率较低的缺陷;另一方面,GPS反过来纠正了 IMU 的运动误差。


将GPS和IUM的优势融合到一块要用到卡尔曼滤波器。GPS得到的经纬度信息作为输入信号传入IMU,IMU再通过串口线与控制器相连接,以此获取更高频率的定位结果。惯性传感器(IMU)是可以检测加速度与旋转运动的传感器。基础的惯性传感器包括加速度计与角速度计。


对于模块化的技术,知道其工作原理和算法,有助于我们更好的应该用。卡尔曼滤波作为连续状态空间问题的一种解决方案,已经成功运用在航海定位、火星登陆和自动导弹制导等领域,也在无人驾驶的定位中发挥作用。


新闻中心


在无人导航系统定位中崭露头角的IMU技术

善用MEMS惯性传感器,完善工业系统运作
智能传感捕捉自动化的机器运动

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