La teoria e l'applicazione di alta precisione di posizionamento

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Dal mobile Internet e dell'Internet delle cose, la posizione è fondamentale ed indispensabile, ma dal raffinato l'industria dei requisiti dell'applicazione, solo superiore precisione di posizione informazioni possono portare più in alto il valore, la gente può più accuratamente conoscere la posizione delle cose, conoscere la posizione specifica di persone, e per gestire al meglio le imprese, persone o materiali. Per esempio, per garantire il personale di sicurezza di costruzione di tunnel per il personale, per assistere al carcere di costruire globale e sorveglianza piattaforma; migliorare la sicurezza l'efficienza dell'industria petrolchimica; a potenziare la intelligente gestione del cantiere.

Tuttavia, al di sopra di industrie ad alta requisiti ultra-elevata precisione di posizionamento, di grande capacità, basso ritardo e elevata frequenza di refresh.

La posizione e la tecnologia di navigazione è responsabile di fornire in tempo reale informazioni sul movimento del vettore (come veicolo autonomo), compreso il vettore posizione, la velocità, l'atteggiamento, l'accelerazione, la velocità angolare, etc. Autopilota adotta spesso il modo di multi-sensor fusion il posizionamento. Questo libro introduce principalmente l'applicazione dell'IMU in automatico guida di posizionamento.

Principio di funzionamento di posizionamento di alta precisione

A livello di percezione del unmanned veicolo, l'importanza del posizionamento è di per sé evidente. Unmanned vehicle esigenze per conoscere la sua esatta posizione rispetto all'ambiente, e non ci può essere a più di 10 cm di errore nel posizionamento di qui.

GPS in grado di fornire il posizionamento assoluto di misuratore di livello per veicoli, GPS differenziale o RTK GPS in grado di fornire assoluto il posizionamento di un centimetro di livello per i veicoli, ma non tutte le sezioni sono buoni I segnali GPS in tutti i tempi. Pertanto, nel campo di guida automatica, uscita RTK GPS è generalmente integrato con i sensori di IMU e dell'automobile (ad come ruota di tachimetro, il sensore dell'angolo di sterzata, etc.).

Il nome completo dell'IMU è inerziale unità di misura, che di solito è composto di giroscopio, acceleratore e algoritmo unità di elaborazione. Attraverso la misura di accelerazione e l'angolo di rotazione, abbiamo può ottenere il self traccia di movimento. Chiamiamo il tradizionale IMU e il sistema combinato con il corpo del veicolo, GPS e altre informazioni algoritmi di fusione come la generalizzata IMU per la guida automatica.

L'emergere di questa tecnologia rende per la mancanza di GPS posizionamento e i due si completano a vicenda, l'abilitazione di pilota automatico per ottenere il più accurato informazioni sulla posizione. Attualmente, il più ampiamente usato di posizionamento metodo di unmanned vehicle, è l'integrazione del sistema di posizionamento globale (GPS) e sistema di navigazione inerziale (INS).

Integrato navigazione comporta complesso sistema di coordinate di trasformazione, che richiede calibrazione iniziale del sistema di navigazione inerziale. In generale, il riferimento del sistema di navigazione (come GNSS) è usato per dare inerziale sistema di navigazione iniziale valore di posizione (lo scopo è quello di stabilire il coordinata iniziale matrice di trasformazione del sistema di coordinate geografiche e la terra del sistema di coordinate) e la velocità iniziale valore iniziale atteggiamento angolo (l'uscita IMU) è ottenuto dal valore di misurazione dell'IMU stesso, o lo strumento di misura (inclinometro o doppio skyline di alta precisione GPS sistema di orientamento) rispetto all'attuale atteggiamento angolo orizzontale di navigazione sistema di coordinate, note anche come Eulero angolo, inizializza il quaternione e coordinare la matrice di trasformazione.

Per il sistema di posizionamento interno, il locali su misura, rettangolare, sistema di coordinate (in genere, un certo angolo di l'area di posizionamento selezionato come origine, la linea di confine, come il asse x, destra criterio determina l'asse y, e la verticale a terra verso l'alto dell'asse Z) è usato come navigatore sistema di coordinate. Perché sia sono di forma rettangolare sistemi di coordinate, ma l'origine e la direzione del sistema di coordinate sono diversi, l'origine di spostamento e rotazione dell'asse sono richiesto, in questo modo l'allineamento Iniziale è anche necessario. Dopo l'allineamento iniziale, ins processo di calcolo è iniziato, il quaternione e l'atteggiamento matrice di trasformazione sono aggiornati leggendo la velocità angolare di misura valore dell'IMU, e quindi la velocità e la posizione sono aggiornati. Infine, il la velocità e la posizione può essere trasformato ad altri target di sistemi di coordinate per di espressione, come la longitudine e la latitudine altopiano di coordinate sferiche sistema di GNSS .

Il posizionamento di alta precisione del metodo

Al fine di soddisfare i requisiti di autopilota per la navigazione e il posizionamento, i seguenti metodi sono adottati:

Di navigazione inerziale ins

Attualmente, comunemente usati inerziale unità di misura (IMU) per l'azionamento automatico può essere diviso in due categorie secondo per la precisione: la prima categoria è basato sulla fibra ottica giroscopio (NEBBIA) IMU, che è caratterizzata da alta precisione, ma anche il costo elevato e generalmente applicata per la mappa acquisizione veicoli con alta requisiti di precisione. Il secondo tipo di IMU basato su tecnologia MEMS, dispositivi, che è caratterizzati da piccolo volume, a basso costo, forte adattabilità ambientale, ma lo svantaggio è grande errore. Se viene usata la guida automatica veicolo, è necessario passare attraverso di elaborazione più complesse. Al fine di ottenere il di navigazione e di posizionamento di uscita dai dati originali dell'IMU, l' sistema di posizionamento necessità di risolvere i peccati, che comprende i seguenti quattro moduli:

1. Ottenere l'atteggiamento delle informazioni da integrando la velocità angolare informazioni in uscita da archimede

2. La forza specifica di accelerometro l'uscita è trasformato da un atteggiamento di informazioni, e la navigazione sistema di coordinate è ottenuto dal gestore del sistema di coordinate

3. Effettuare la gravità di calcolo, dannoso l'accelerazione, la velocità di rotazione della terra e gli altri compensi calcolo

4. Ottenere la velocità e la posizione dell'accelerazione integrazione delle informazioni

Tuttavia, va notato che l'uscita errore causato dal processo di integrazione si accumulano con il tempo di lavoro

Ci sono due modi per guida automatica per ottenere informazioni sulle ruote esterne e interne.

La caratteristica della ruota esterna il sensore è che la risoluzione e la precisione è molto alta, lo svantaggio è che la struttura è complessa, l'affidabilità è difficile garantire, e in genere è più adatto per la mappa acquisizione di veicoli. La caratteristica il built-in sensore ruota è che non c'è bisogno di un apparecchio esterno. Lo svantaggio è che la precisione è bassa e l'errore è di grandi dimensioni. Se è utilizzato per la guida automatica di veicoli, ha bisogno di passare attraverso più di elaborazione. Non importa in che modo è adottato, il sensore ruota è molto importante per il sistema di posizionamento.

I vincoli di movimento combinato con veicolo caratteristiche di movimento

Questo tipo di movimento vincolo può garantire che, in casi estremi, il posizionamento dei risultati del veicolo autonomo si non produrre grandi errori.

Applicazione senza pilota alla guida

Ci sono diversi metodi automatici guida di posizionamento, e i sensori sono coinvolti, inoltre, diversi. Pertanto, autopilota adotta spesso il modo di multi-sensor fusion posizionamento. Multisensore fusione di posizionamento in genere include le seguenti parti:

· L'elaborazione dei dati: tra inerziale soluzione di navigazione GNSS per il controllo di qualità, dati lidar per la compensazione errore, calcolo basato su sensore ruota, in linea stima e compensazione.

· Di corrispondenza e di posizionamento basato su lidar di dati e di alta precisione mappa.

· Quattro moduli di base:

1. ZUPT / zihr / NHC, il moto del veicolo ritenuta parte

2. Ins allineamento

3. Integrato, combinato

4. FDI, il rilevamento dei guasti e di isolamento

· Di sicurezza moduli relativi a: integrità il monitoraggio di tutte le uscite.

Attualmente, comunemente usati per la navigazione posizionamento e ottimizzazione del metodo è ancora basato sul tradizionale di Kalman filtro, la cui ottimizzazione dell'indice è quello di ridurre al minimo lo stato di varianza. In generale, per costruire il filtro di Kalman modello, il primo passo è quello di selezionare le variabili di stato. Attualmente, la stima dello stato è in gran parte basata sulla navigazione parametro di errore e veicolo di errore del sensore. Poi, attraverso un passaggio di stima e di misurazione aggiornamento, l'equazione di stato può essere ricorsiva, nel dominio del tempo. In aggiunta, ci sono molti software tradizionale metodi per la diagnosi del guasto e l'isolamento di sistema di posizionamento, come chi quadrato di rilevamento, ecc.... d'altra parte, è può essere realizzato mediante la ridondanza dell'hardware. Per esempio, con più GNSS / IMU il sistema di posizionamento può raggiungere multi-sensore di ridondanza con software di analisi di ridondanza e migliorare l'affidabilità.

settore

Secondo diversi scenari, mobile telefono posizionamento, il conteggio del numero di spostare gli orologi e il posizionamento del elevata precisione di guida automatica di veicoli hanno diversi requisiti per la precisione di IMU, e la precisione è alta, il che significa che il costo è elevato.

Più accurata Imus saranno utilizzati per missili o navette spaziali. Al fine di raggiungere una precisione maggiore di IMU, molti produttori di aggiungere, magnetometri, sulla base di tre accelerometri e tre giroscopi. Al fine di migliorare l'affidabilità, alcuni aumenterà il numero di sensori