基于虛擬傳感器和多傳感器融合技術(shù)提高無人駕駛車輛導(dǎo)航精度

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基于虛擬傳感器和多傳感器融合技術(shù)提高無人駕駛車輛導(dǎo)航精度

自主導(dǎo)航和定位是實(shí)現(xiàn)特定環(huán)境下無人駕駛車輛行駛的重要條件。目前使用的推算法是通過確定車輛底盤位置來實(shí)現(xiàn)自主導(dǎo)航和定位的，除了使用一些車載傳感器外，不需要額外裝置或預(yù)定義地圖及其它導(dǎo)航基礎(chǔ)設(shè)施。但是，獨(dú)立的導(dǎo)航傳感器系統(tǒng)容易積累誤差，使導(dǎo)航精度降低。因此，通過混合來自于不同導(dǎo)航傳感器中各種導(dǎo)航信息，實(shí)現(xiàn)各導(dǎo)航傳感器的互補(bǔ)，可以解決上述問題。對(duì)此，通過對(duì)虛擬傳感器的開發(fā)，以及其與多傳感器融合技術(shù)的應(yīng)用，從而提高無人駕駛車輛的導(dǎo)航精度。

對(duì)于導(dǎo)航系統(tǒng)，若沒有正確的參考坐標(biāo)系，所獲得的導(dǎo)航數(shù)據(jù)也就無意義，則從不同導(dǎo)航傳感器中獲得的數(shù)據(jù)也不能集成輸出。對(duì)導(dǎo)航傳感器的研究使用韓國(guó)工業(yè)研究所定義的導(dǎo)航系統(tǒng)參考坐標(biāo)系，X軸向前、Y軸向左、Z軸向上、原點(diǎn)設(shè)在導(dǎo)航傳感器的中心。車輛參考坐標(biāo)系采用美國(guó)國(guó)家航空航天局定義的參考系，其中X軸向前、Y軸向右、Z軸向下。而導(dǎo)航系統(tǒng)采用地理參考坐標(biāo)系，X軸向北、Y軸向東、Z軸向下。

最常用的自主導(dǎo)航傳感器是慣性測(cè)量單元和全球定位系統(tǒng)。由于車輛行駛過程中無法給全球定位系統(tǒng)提供可靠的信號(hào)，因此不能直接將其應(yīng)用在無人駕駛車輛上，可通過添加輪速傳感器應(yīng)用在車輛上。為提高導(dǎo)航精度，使用慣性測(cè)量單元作為主要的導(dǎo)航傳感器，利用全球定位系統(tǒng)和輪速傳感器來進(jìn)行補(bǔ)償提高導(dǎo)航精度。采用非完整約束和零速度更新補(bǔ)償降低車輛定位產(chǎn)生的累計(jì)誤差，非完整約束指車輛不發(fā)生側(cè)滑和打滑。車輛在非完整約束下正常行駛時(shí)，其速度可看做一個(gè)三維矢量，并將其定義為一個(gè)虛擬傳感器。另定義車輛零速度更新補(bǔ)償作為另一個(gè)虛擬傳感器，當(dāng)條件為真時(shí)，三維速度矢量便是可觀察的，將這些觀測(cè)值應(yīng)用在一個(gè)擴(kuò)展的卡爾曼濾波器上，限制導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的增長(zhǎng)。其中，擴(kuò)展卡爾曼濾波融合了慣性測(cè)量單元和全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。針對(duì)如何設(shè)計(jì)非完整約束卡爾曼濾波器進(jìn)行了詳細(xì)的說明，并對(duì)多傳感器融合技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹。對(duì)給出的基于虛擬傳感器和多傳感器融合技術(shù)的方法用于實(shí)車試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證了該方法可以有效提高導(dǎo)航精度。

刊名：Journal of Mechanical Science and Technology（英）

刊期：2014年第28期

作者：Muhamad Ilyas

編譯：王維