La théorie et l'application de haute la précision de positionnement

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À partir de l'Internet mobile à l'Internet des objets, l'emplacement est fondamentale et indispensable de l'information, mais de la raffinés l'industrie des exigences de l'application, seulement plus la précision de localisation l'information peut apporter plus de valeur, les gens peuvent plus savoir précisément l'emplacement de choses, connaître l'emplacement précis de personnes, et de mieux gérer les entreprises, le personnel ou de matériel. Par exemple, pour s'assurer le personnel de sécurité de la construction du tunnel du personnel, afin d'aider à la prison de construire un mondial et de la surveillance visuelle de la plateforme; améliorer l'assurance de la sécurité l'efficacité de l'industrie pétrochimique; de contribuer à l'amélioration de l'intelligent gestion de la construction du site.

Cependant, les industries de haute les exigences sur l'ultra-haute précision de positionnement, de grande capacité, un peu de retard et taux de rafraîchissement élevé.

De localisation et de navigation de la technologie est responsable de fournir en temps réel des informations de mouvement de transporteur (comme véhicule autonome), y compris le transporteur de la position, de la vitesse, de l'attitude, de l'accélération, vitesse angulaire, etc. Pilote automatique adopte souvent le chemin de multi-sensor fusion le positionnement. Ce document présente l'application de l'IMU automatique la conduite de positionnement.

Principe de fonctionnement d'un positionnement de haute précision

À la perception du niveau de drones véhicule, l'importance du positionnement de soi. Des véhicules sans conducteur besoins pour connaître sa position exacte par rapport à l'environnement, et il ne peut y avoir plus de 10cm d'erreur dans le positionnement de ici.

Le GPS peut fournir le positionnement absolu de mètre de niveau pour les véhicules, GPS différentiel ou RTK GPS peut fournir absolue le positionnement de centimètre niveau pour les véhicules, mais pas toutes les sections peuvent obtenir de bons Les signaux GPS à tout moment. Par conséquent, dans le domaine de la conduite automatique, la sortie de RTK GPS est généralement intégré avec les capteurs de l'IMU et de l'automobile (tels comme la roue de compteur de vitesse, le volant capteur d'angle, etc.).

Le nom complet de l'IMU est inertiel l'unité de mesure, qui est généralement composé d'un gyroscope, d'accélérateur et de l'algorithme unité de traitement. Grâce à la mesure de l'accélération et de l'angle de rotation, nous pouvez obtenir l'auto-suivi de mouvement. Nous appelons le traditionnel IMU et le système combiné avec la carrosserie du véhicule, le GPS et d'autres informations algorithmes de fusion comme la généralisation de l'IMU pour la conduite automatique.

L'émergence de cette technologie rend jusqu' pour le manque de GPS positionnement et les deux se complètent mutuellement, l'activation du pilote automatique pour obtenir la plupart des informations de localisation précises. À l'heure actuelle, la plus largement utilisée de positionnement méthode de véhicules sans conducteur, c'est l'intégration de système de positionnement global (GPS) et le système de navigation par inertie (INS).

Intégré la navigation implique complexe système de coordonnées de la transformation des nécessite l'étalonnage initial du système de navigation par inertie. Généralement, l' référence du système de navigation (comme le GNSS) est utilisé pour donner de l'inertie système de navigation d'une position initiale de la valeur (le but est d'établir la initiale de coordonner la matrice de transformation du système de coordonnées géographiques et le système de coordonnées terrestres) et la valeur de la vitesse initiale; le premier l'attitude de l'angle (la sortie de l'IMU) est obtenue par la mesure de la valeur de l'IMU lui-même ou par l'instrument de mesure (inclinomètre ou double ligne d'horizon haute précision GPS système d'orientation) par rapport au courant de L'attitude l'angle de la navigation horizontale système de coordonnées, aussi connu comme Euler angle, initialise le quaternion et de coordonner la matrice de transformation.

Pour l'intérieur du système de positionnement, l' personnalisés local système de coordonnées rectangulaires (en général un certain angle de le positionnement de la zone est sélectionnée comme étant l'origine, la ligne de démarcation que l' l'axe des x, la droite critère détermine l'axe des y, et la verticale du sol la hausse de l'axe Z) est utilisé pour la navigation du système de coordonnées. Parce que les deux de forme rectangulaire systèmes de coordonnées, mais l'origine et la direction de l' système de coordonnées sont différentes, l'origine de déplacement et de rotation autour de l'axe sont nécessaire, de sorte que les premiers alignement est également nécessaire. Après l'alignement initial, l'ins processus de calcul est lancé, le quaternion d'attitude et matrice de transformation sont mis à jour par la lecture de la vitesse angulaire de mesure la valeur de l'IMU, et puis la vitesse et de position sont mis à jour. Enfin, l' de vitesse et de position peut être transformé à d'autres systèmes de coordonnées pour cible d'expression, telles que la latitude et la longitude highland coordonnées sphériques système de GNSS .

Un positionnement de haute précision de la méthode

Afin de répondre aux exigences de pilote automatique pour la navigation et de positionnement, les méthodes suivantes sont adoptées:

Navigation inertielle ins

À l'heure actuelle, les plus couramment utilisés à inertie les unités de mesure (IMU) pour la conduite automatique peut être divisé en deux catégories en fonction de la précision: la première catégorie est basée sur la fibre optique gyroscope (BROUILLARD) IMU, qui se caractérise par une grande précision, mais aussi le coût élevé, et est généralement appliqué à une carte d'acquisition de véhicules à haute des exigences de précision. Le deuxième type est IMU basées sur des dispositifs MEMS, qui est caractérisé par le petit volume, à faible coût, adaptabilité environnementale forte, mais l'inconvénient est grande erreur. Si elle est utilisée dans la conduite automatique le véhicule, il doit passer par plus d'un traitement complexe. Afin d'obtenir le de navigation et de positionnement de la sortie de l'origine des données de l'IMU, l' système de positionnement doit résoudre des péchés, qui comprend les quatre suivants modules:

1. Obtenez de l'attitude de l'information par l'intégration de la vitesse angulaire de l'information sortie par gyro

2. La force spécifique de l'accéléromètre la production est transformée par l'attitude de l'information et de la la navigation système de coordonnées est obtenu auprès du transporteur système de coordonnées

3. Réaliser la gravité de calcul, nuisible l'accélération, la vitesse de rotation de la terre et d'autres de calcul de la rémunération

4. Profitez de la vitesse et de la position de l'accélération l'intégration de l'information

Toutefois, il convient de noter que la sortie erreur causée par le processus d'intégration va s'accumuler avec le temps de travail

Il y a deux façons de conduite automatique pour obtenir de la roue de l'information: externe et interne.

La caractéristique de l'extérieur de la roue capteur, c'est que la résolution et la précision sont très élevés, l'inconvénient est que la structure est complexe, la fiabilité est difficile à garantir, et il est généralement plus approprié pour la carte d'acquisition de véhicules. La caractéristique de la intégrée dans le capteur de roue est qu'il n'y a pas besoin de matériel externe. L'inconvénient est que la précision est faible et que l'erreur est grande. Si c'est utilisé pour le réglage automatique de la conduite des véhicules, il doit passer par plusieurs traitement. Peu importe la manière dont est adopté, le capteur de roue est très important pour la système de positionnement.

Contraintes de mouvement combiné avec le véhicule mouvement caractéristiques

Ce genre de mouvement, contrainte de s'assurer que dans les cas extrêmes, le positionnement des résultats de la communauté autonome du véhicule ne pas produire de grandes erreurs.

Application sans équipage de conduite

Il existe différentes méthodes de l'automatique la conduite de positionnement, et les capteurs concernés sont également différents. Par conséquent, pilote automatique adopte souvent la voie à de multiples fusion des capteurs de positionnement. Multicapteur la fusion de positionnement comprend généralement les éléments suivants:

· Pré-traitement de données: y compris d'inertie solution de navigation , GNSS de contrôle de la qualité, le lidar, les données de compensation d'erreur, le calcul est basé sur le capteur de roue, en ligne, de l'estimation et de compensation.

· L'appariement et le positionnement basé sur le lidar de données et de haute précision de la carte.

· Quatre modules de base:

1. ZUPT / zihr / NHC, le mouvement du véhicule de retenue de la partie

2. Ins alignement

3. Intégré, combiné

4. IDE, faute de détection et d'isolation

· Liés à la sécurité des modules: l'intégrité la surveillance de toutes les sorties.

À l'heure actuelle, les plus couramment utilisés de navigation et le positionnement de la méthode d'optimisation est toujours basé sur le traditionnel de Kalman filtre, dont l'optimisation de l'indice est de minimiser l'état de la variance. Généralement, pour construire le filtre de Kalman modèle, la première étape consiste à sélectionner les variables d'état. À l'heure actuelle, l'estimation d'état est principalement basée sur la navigation erreur de paramètre et véhicule erreur du capteur. Puis, par une étape de prédiction et mesure mise à jour, l'équation d'état peut être récursive dans le domaine temporel. En outre, il y de nombreux logiciels traditionnels méthodes pour le diagnostic de défauts et l'isolement de système de positionnement, comme le chi carré de détection, etc., d'autre part, il peut être réalisé par la redondance matérielle. Par exemple, avec de multiples GNSS / IMU le système de positionnement peut atteindre multi-capteur de redondance avec logiciel d'analyse de redondance et d'en améliorer la fiabilité.

l'industrie

Selon les différents scénarios, mobile téléphone de positionnement, de compter le nombre de mouvement de montres et de positionnement de la haute précision de la conduite automatique des véhicules ont des exigences différentes pour l'exactitude de l'IMU, et la précision est élevée, ce qui signifie que le coût est élevé.

Plus précis Imus sera utilisé pour les missiles ou les navettes spatiales. Afin d'atteindre une plus grande précision de l'IMU, de nombreux les fabricants ajouter des magnétomètres sur la base de trois accéléromètres et trois gyroscopes. Afin d'améliorer la fiabilité, certains vont augmenter la nombre de capteurs