lý thuyết và ứng dụng của định vị chính xác cao

dự kiến ​​sẽ đọc xong trong 12 phút

Từ Internet di động đến Internet của mọi thứ, vị trí là một thông tin cơ bản và không thể thiếu, nhưng từ các yêu cầu ứng dụng công nghiệp tinh chế, chỉ có Vị trí chính xác cao hơnThông tin có thể mang lại giá trị cao hơn, mọi người có thể biết chính xác hơn về vị trí của sự vật, biết vị trí cụ thể của người dân, và quản lý doanh nghiệp, nhân sự hoặc vật liệu tốt hơn. Cho . Ví dụ, để đảm bảo an toàn cá nhân của nhân viên xây dựng đường hầm, để hỗ trợ nhà tù xây dựng nền tảng toàn cầu và thị giác để cải thiện hiệu quả đảm bảo an toàn của hóa dầu ngành công nghiệp; Để giúp nâng cấp quản lý thông minh của xây dựng Trang web.

Tuy nhiên, các ngành công nghiệp trên có yêu cầu cao trên Ultra-High Độ chính xác định vị, công suất lớn, độ trễ thấp và làm mới cao Tỷ lệ.

Vị trí và công nghệ điều hướng chịu trách nhiệm cung cấp thông tin chuyển động theo thời gian thực của Carrier (như xe tự trị), bao gồm vị trí mang, tốc độ, thái độ, gia tốc, tốc độ góc cạnh, v.v. autopilot thường áp dụng cách thức Fusion Định vị. Cái này . Giấy chủ yếu giới thiệu ứng dụng IMU trong việc lái xe tự động Định vị.

Nguyên lý làm việc của định vị chính xác cao

Ở mức độ nhận thức của chiếc xe không người lái, tầm quan trọng của định vị là hiển nhiên. Xe không người lái cần phải biết vị trí chính xác của nó so với môi trường, và không còn nữa hơn 10cm . Lỗi trong định vị Ở đây.

GPS có thể cung cấp định vị tuyệt đối mức mét cho xe, GPS khác biệt hoặc RTK GPS có thể cung cấp định vị tuyệt đối Mức centimet cho các phương tiện, nhưng không phải tất cả các phần đều có thể nhận được tín hiệu GPS tốt cả lần nữa. Do đó, trong lĩnh vực lái xe tự động, đầu ra của RTK GPS thường được tích hợp với các cảm biến của IMU và ô tô (như đồng hồ tốc độ bánh xe, cảm biến góc tay lái, v.v.).

Tên đầy đủ của IMU là đơn vị đo lường quán tính, thường bao gồm các con quay hồi chuyển, máy gia tốc và xử lý thuật toán Đơn vị. Thông qua phép đo góc tăng tốc và góc quay, chúng ta có thể tự chuyển động theo dõi. Chúng tôi . Gọi IMU truyền thống và hệ thống kết hợp với thân xe, GPS và các thuật toán Fusion thông tin khác là IMU tổng quát cho tự động Lái xe.

Sự xuất hiện của công nghệ này bù đắp cho việc thiếu Định vị GPSvà hai bổ sung cho nhau, cho phép Autopilot có được vị trí chính xác nhất thông tin. Hiện tại, phương pháp định vị được sử dụng rộng rãi nhất của phương tiện không người lái là sự tích hợp của hệ thống định vị toàn cầu (GPS) và hệ thống định vị quán tính (in).

Điều hướng tích hợpliên quan đến việc chuyển đổi hệ thống tọa độ phức tạp, đòi hỏi hiệu chuẩn ban đầu của điều hướng quán tính hệ thống. Nói chung, hệ thống điều hướng tham chiếu (như GNSS) được sử dụng để cung cấp cho hệ thống định vị quán tính giá trị vị trí ban đầu (mục đích là để thiết lập ma trận chuyển đổi tọa độ ban đầu của hệ tọa độ địa lý và tọa độ trái đất hệ thống) và vận tốc ban đầu giá trị; Góc thái độ ban đầu (đầu ra của IMU) thu được bằng giá trị đo của IMU chính nó hoặc bởi các công cụ đo lường (máy đo độ nghiêng hoặc đường chân trời đôi Độ chính xác cao Định hướng GPS Hệ thống) Liên quan đến góc độ thái độ hiện tại của hệ thống tọa độ điều hướng ngang, còn được gọi là Góc Euler, khởi tạo bộ đếm bậc bốn và phối hợp chuyển đổi Ma trận.

Cho . Hệ thống định vị trong nhà, hệ tọa độ hình chữ nhật cục bộ tùy chỉnh (nói chung, một góc nhất định của khu vực định vị được chọn làm nguồn gốc, đường biên là trục x, tiêu chí tay phải xác định trục y và dọc Ground lên trên như trục Z) được sử dụng làm tọa độ điều hướng hệ thống. Bởi vì . Cả hai đều là các hệ tọa độ hình chữ nhật, nhưng nguồn gốc và hướng của hệ tọa độ là khác nhau, cần có sự dịch chuyển gốc và xoay trục là cần thiết, vì vậy sự liên kết ban đầu cũng là cần thiết. Sau khi căn chỉnh ban đầu, quá trình tính toán Ins được khởi động, ma trận chuyển đổi thông thái và thái độ được cập nhật bằng cách đọc giá trị đo vận tốc góc của IMU, và sau đó vận tốc và vị trí là được cập nhật. Cuối cùng, vận tốc và vị trí có thể được chuyển đổi sang các hệ thống tọa độ mục tiêu khác để biểu lộ, chẳng hạn như hệ thống tọa độ hình cầu vĩ độ và vĩ độ vĩ độ của GNSS . . .

Phương pháp định vị chính xác cao

Để đáp ứng các yêu cầu của Autopilot để điều hướng và định vị, các phương pháp sau đây là được thông qua:

Điều hướng quán tính INS.

Hiện tại, các đơn vị đo lường quán tính thường được sử dụng (IMU) Để lái xe tự động có thể được chia thành hai loại theo độ chính xác: Danh mục đầu tiên dựa trên con quay hồi chuyển sợi quang (sương mù) IMU, được đặc trưng bởi độ chính xác cao, nhưng cũng có chi phí cao, và thường được áp dụng cho các phương tiện mua lại bản đồ với độ chính xác cao yêu cầu. Loại thứ hai là IMU dựa trên các thiết bị MEMS, được đặc trưng bởi khối lượng nhỏ, giá rẻ, khả năng thích ứng môi trường mạnh mẽ, nhưng nhược điểm là lớn Lỗi. Nếu . Nó được sử dụng trong xe lái tự động, cần phải đi qua phức tạp hơn Xử lý. Để có được điều hướng và định vị định vị từ dữ liệu gốc của IMU, hệ thống định vị cần giải quyết các tội lỗi, bao gồm bốn mô-đun sau:

1. . Nhận thông tin thái độ bằng cách tích hợp đầu ra thông tin vận tốc góc cạnh của Gyro

2. . Lực cụ thể của đầu ra gia tốc được chuyển đổi theo thông tin thái độ và Hệ thống tọa độ điều hướng thu được từ hệ tọa độ sóng mang

3. . Tiến hành tính toán trọng lực, gia tốc có hại, tốc độ quay trái đất và tính toán bù khác

4. . Lấy tốc độ và vị trí từ tích hợp thông tin tăng tốc

Tuy nhiên, nó nên lưu ý rằng lỗi đầu ra do quá trình tích hợp gây ra sẽ tích lũy với thời gian làm việc

Có hai cách để lái xe tự động để có được bánh xe thông tin: bên ngoài và nội bộ.

Đặc điểm của cảm biến bánh xe bên ngoài là độ phân giải và độ chính xác rất cao, nhược điểm là cấu trúc phức tạp, độ tin cậy rất khó bảo đảm, và nó thường phù hợp hơn cho việc mua lại bản đồ Xe cộ. Đặc điểm của cảm biến bánh xe tích hợp là không cần thiết bị bên ngoài Nhược điểm là độ chính xác thấp và lỗi là lớn. Nếu . Nó được sử dụng cho xe lái tự động, cần phải đi qua nhiều xử lý. Bất kể cách nào được thông qua, cảm biến bánh xe rất quan trọng đối với việc định vị hệ thống.

Các ràng buộc chuyển động kết hợp với các đặc điểm chuyển động của xe

Cái này . Loại ràng buộc chuyển động có thể đảm bảo rằng trong các trường hợp cực đoan, kết quả định vị của chiếc xe tự trị sẽ không tạo ra lỗi tuyệt vời Lỗi.

ứng dụng trong lái xe không người lái

Có các phương pháp định vị lái xe tự động khác nhau, và các cảm biến liên quan cũng khác nhau khác nhau. Do đó, Autopilot thường áp dụng cách Multi-Sensor Fusion Định vị. Multisensor . Định vị Fusion thường bao gồm các phần sau Phần:

· . Dữ liệu Tiền xử lý: kể cả Giải pháp điều hướng quán tính, GNSS Kiểm soát chất lượng, bù lỗi dữ liệu LiDAR, tính toán dựa trên cảm biến bánh xe, ước tính trực tuyến và bồi thường.

· .Kết hợp và định vị dựa trên dữ liệu LIdar và độ chính xác cao Bản đồ.

· .Bốn lõi Các mô-đun:

1. . ZUPT . / . ZIHR . / . NHC, phần hạn chế chuyển động xe

2. . liên kết ins.

3. . Tích hợp, kết hợp

4. . FDI, phát hiện lỗi và cách ly

· .Liên quan đến an toàn Các mô-đun: Giám sát toàn vẹn của tất cả đầu ra.

Hiện tại, phương pháp tối ưu hóa định vị và định vị thường được sử dụng vẫn dựa trên truyền thống Kalman Bộ lọc, Ai Chỉ số tối ưu hóa là để giảm thiểu trạng thái Phương sai. Nói chung, để xây dựng Kalman Mô hình bộ lọc, bước đầu tiên là chọn trạng thái biến. Hiện tại, ước tính nhà nước chủ yếu dựa trên lỗi tham số điều hướng và cảm biến phương tiện Lỗi. Sau đó, thông qua dự đoán một bước và cập nhật đo lường, phương trình nhà nước có thể được đệ quy trong thời gian tên miền. Ngoài ra, có nhiều phương pháp phần mềm truyền thống để chẩn đoán lỗi và cách ly hệ thống định vị, chẳng hạn như phát hiện chi vuông, v.v., mặt khác, nó có thể được thực hiện bởi phần cứng dự phòng. Cho . Ví dụ, với nhiều GNSS . / . imu., hệ thống định vị có thể đạt được Multi-Sensor Sự dư thừa với phân tích phần mềm dự phòng và cải thiện đáng tin cậy.

công nghiệp.

Theo các kịch bản khác nhau, định vị điện thoại di động, đếm số lượng đồng hồ di chuyển và định vị độ chính xác cao của xe lái tự động có các yêu cầu khác nhau đối với độ chính xác của IMU, và độ chính xác cao, có nghĩa là chi phí là cao.

Imus chính xác hơn sẽ được sử dụng cho tên lửa hoặc không gian con thoi. Để đạt được độ chính xác cao hơn của IMU, nhiều nhà sản xuất sẽ thêm các từ Magalometer trên cơ sở ba gia tốc kế và ba con quay hồi chuyển. Để cải thiện độ tin cậy, một số sẽ tăng số lượng cảm biến