Theorie en toepassing van hoog precisie positionering

Verwacht afwerking lezen in 12 minuten

Van mobiel Internet tot het Internet van de dingen, locatie is een wezenlijke en onmisbare informatie, maar van de verfijnde industrie applicatie-eisen, alleen hoger precisie locatie informatie kunt brengen hogere waarde, kunnen mensen meer nauwkeurig de locatie weet van de dingen, kennen de specifieke locatie van het volk, en een beter beheer van ondernemingen, personeel of materialen. Bijvoorbeeld, om ervoor te zorgen de persoonlijke veiligheid van de tunnel bouw personeel, om te helpen in de gevangenis het bouwen van een globale en visueel toezicht platform; verbeteren van de veiligheid zekerheid de efficiëntie van de petrochemische industrie, helpen bij het upgraden van de intelligente het beheer van de bouwplaats.

Echter, de bovenstaande sectoren hoge eisen op ultra-hoge nauwkeurigheid van de plaatsbepaling, grote capaciteit, lage vertraging en hoge refresh rate.

Locatie-en navigatie-technologie is verantwoordelijk voor het leveren van real-time motion informatie van de vervoerder (zoals autonoom voertuig), met inbegrip van de vervoerder positie, snelheid, houding, versnelling, de hoeksnelheid, enz. De automatische piloot vaak keurt de manier van multi-sensor fusion positionering. Deze paper vooral introduceert de toepassing van de IMU in de automatische het rijden positionering.

Het werk principe van hoge precisie positionering

In de perceptie van het niveau van onbemande voertuig, het belang van de positionering is self-evident. Onbemand voertuig moet om te weten de exacte positie ten opzichte van de omgeving, en er kan geen meer dan 10cm fout in de positionering van hier.

GPS kan bieden absolute positionering van meter-niveau voor voertuigen, differentiële GPS-of RTK-GPS kan bieden absolute de positionering van een centimeter niveau voor voertuigen, maar niet alle onderdelen goed GPS-signalen ten alle tijden. Daarom, in het gebied van automatisch rijden, de output van RTK-GPS is over het algemeen geïntegreerd met de sensoren van de IMU en de auto (zoals als het wiel snelheidsmeter, stuurwiel hoek sensor, etc.).

De volledige naam van de IMU is inertial meting van de eenheid, die bestaat meestal uit gyroscoop, het gaspedaal en het algoritme processing unit. Door de meting van de versnelling en rotatie hoek, we kan je dan de beweging zelf bijhouden. We noemen de traditionele IMU en het systeem in combinatie met de carrosserie van het voertuig, GPS en andere informatie fusion algoritmen als de gegeneraliseerde IMU voor automatisch rijden.

De opkomst van deze technologie maakt voor het ontbreken van GPS positionering en de twee vullen elkaar aan, waardoor de automatische piloot te krijgen de meest nauwkeurige locatiegegevens. Op dit moment is de meest gebruikte positionering methode van onbemande voertuig is de integratie van global positioning systeem (GPS) en een inertial navigation system (INS).

Geïntegreerd navigatie complex systeem voor coördinaten transformatie, die vereist kalibratie van de inertial navigation system. In het algemeen, de referentie-navigatie-systeem (zoals GNSS) is gebruikt om de inertiële navigatie systeem een eerste positie waarde (het doel is om vast te stellen de eerste coš ordinatentransformatie matrix van het geografische coördinatensysteem en de aarde assenstelsel) en initial velocity waarde; de eerste houding hoek (de output van IMU) wordt verkregen door de gemeten waarde van de IMU zelf of door het meetinstrument (inclinometer of dubbele skyline hoge precisie GPS-oriëntatie-systeem) in vergelijking met de huidige houding hoek van de horizontale navigatie systeem voor coördinaten, ook wel bekend als Euler hoek, initialiseert de quaternion en transformatie matrix.

Voor de indoor positioning system, de aangepaste lokale rechthoekig assenstelsel (over het algemeen onder een bepaalde hoek van de positionering van het gebied is geselecteerd als de oorsprong, op de grens van de x-as, de rechter criterium bepaalt de y-as en de verticale grond opwaartse als de Z-as) is gebruikt als navigatie-systeem voor coördinaten. Omdat beide zijn rechthoekige coördinatenstelsels, maar de oorsprong en de richting van de coördineren systeem verschillend zijn, is de oorsprong verplaatsing en rotatie-as zijn zo Initiële afstemming is ook nodig. Na de initiële uitlijning, de ins berekening proces is begonnen, het quaternion en houding transformatie matrix worden bijgewerkt door het lezen van de hoeksnelheid van de meting de waarde van IMU, en vervolgens de snelheid en positie zijn bijgewerkt. Tot slot, de snelheid en positie kan worden omgezet naar andere doel het coördineren van systemen voor expressie, zoals de lengte-en breedtegraad highland sferische coš systeem van GNSS .

Hoge precisie positionering methode

Om te voldoen aan de eisen van de automatische piloot voor navigatie en positionering op de volgende manieren worden vastgesteld:

Traagheidsnavigatie-ins

Op dit moment, de meest gebruikte inerte meeteenheden (IMU) voor het automatisch rijden kan worden verdeeld in twee categorieën afhankelijk van de nauwkeurigheid: de eerste categorie is gebaseerd op de vezel optische gyroscoop (MIST) IMU, die wordt gekenmerkt door hoge nauwkeurigheid, maar ook hoge kosten, en is over het algemeen toegepast op de kaart overname voertuigen met een hoge nauwkeurigheid voldoen. Het tweede type is IMU op basis van MEMS-apparaten, dat is gekenmerkt door kleine volume, lage kosten, een sterke milieu-aanpassingsvermogen, maar het nadeel is de grote fout. Als het wordt gebruikt in de automatische rij voertuig, het moet gaan door middel van meer complexe verwerking. Om de navigatie en positionering van de uitvoer van de oorspronkelijke gegevens van de IMU, de positionering systeem moet op te lossen zonden, die bestaat uit de volgende vier modules:

1. Voor de houding van informatie door de integratie van de hoeksnelheid informatie uitgang van gyro

2. De specifieke kracht van een versnellingsmeter output is omgezet door de houding van informatie, en de navigatie coördinatensysteem is verkregen van de vervoerder assenstelsel

3. Uitvoeren van de zwaartekracht berekening, schadelijk versnelling, de snelheid van de rotatie van de aarde en andere vergoedingen berekening

4. Voor de snelheid en de positie van de versnelling informatie-integratie

Echter, opgemerkt moet worden dat de output fout veroorzaakt door de integratie proces zal zich ophopen met de arbeidstijd

Er zijn twee manieren voor het automatisch rijden het verkrijgen van wiel informatie: externe en interne.

Het kenmerk van de externe wiel de sensor is dat de resolutie en precisie zijn erg hoog, het nadeel is de structuur is complex, de betrouwbaarheid is moeilijk te garanderen, en het is over het algemeen meer geschikt voor de kaart overname voertuigen. De karakteristieke van de ingebouwde wiel sensor is dat er geen noodzaak is voor externe apparatuur. Het nadeel is dat de nauwkeurigheid is laag en de fout is groot. Als het is gebruikt voor het automatisch besturen van voertuigen, het moet gaan door middel van meerdere verwerking. Geen kwestie welke manier is vastgesteld, het wiel sensor is zeer belangrijk voor de positionering systeem.

Beweging beperkingen gecombineerd met een voertuig bewegende kenmerken

Dit soort van beweging beperking kan zorgen dat in extreme gevallen de positionering van de resultaten van het autonoom voertuig geen grote fouten.

Toepassing in onbemande rijden

Er zijn verschillende methoden van automatische het rijden positionering en de sensoren die betrokken zijn ook verschillend. Daarom de automatische piloot vaak keurt de manier van multi-sensor fusion positionering. Multisensor fusion positionering omvat in het algemeen de volgende onderdelen:

· Data preprocessing: inclusief inertiële navigatie-oplossing GNSS kwaliteitscontrole, lidar data foutcorrectie, berekening gebaseerd op een wiel sensor, online estimation en compensatie.

· Matching en plaatsing op basis van lidar gegevens / hoge-precisie-kaart.

· Vier kernmodules:

1. ZUPT / zihr / NHC -, voertuig-motion terughoudendheid deel

2. Ins uitlijning

3. Geïntegreerde, gecombineerd

4. FDI, opsporing en isolatie

· In verband met de veiligheid modules: integriteit monitoring van alle uitgangen.

Op dit moment, de meest gebruikte navigatie positionering en optimalisatie methode is nog steeds gebaseerd op de traditionele Kalman filter, waarvan de optimalisatie van de index is het minimaliseren van de staat van de variantie. Algemeen bouwen Kalman filter model, de eerste stap is het selecteren van de toestandsvariabelen. Op dit moment is de staat schatting is vooral gebaseerd op de navigatie parameter fout en auto-sensor fout. Vervolgens, door middel van one-step voorspelling en meting update, de staat een vergelijking van recursieve in de tijd domein. Daarnaast is er veel traditionele software en methoden voor het opsporen en isoleren van positionering systeem, zoals chi-kwadraat-detectie, enz., aan de andere kant, het kan worden gerealiseerd door hardware redundantie. Bijvoorbeeld met meerdere GNSS / IMU de positioning system kunt bereiken multi-sensor met redundantie software-analyse redundantie en betrouwbaarheid te verbeteren.

industrie

Volgens verschillende scenario ' s, mobiele telefoon positionering, het tellen van het aantal bewegende horloges en het positioneren van de hoge nauwkeurigheid van de automatische rij-voertuig, gelden verschillende vereisten voor de juistheid van IMU, en de nauwkeurigheid is hoog, wat betekent dat de kosten te hoog is.

Meer nauwkeurige Imus zal worden gebruikt voor raketten of space shuttles. Om dit te bereiken een hogere nauwkeurigheid van de IMU, veel fabrikanten voegen magnetometers op basis van drie versnellingsmeters en drie gyroscopen. Om de betrouwbaarheid te verbeteren, wat zal de aantal sensoren