傳感器技術在無人駕駛領域上的應用報告

摘 要：傳感器作為現代科技的前沿技術， 被認為是現代信息技術的三大支柱之一。傳感器的感測系統對物流設備來說極為珍貴，近年來，隨著全球物流業的騰飛，對傳感器的需求量與日俱增。 我國作為世界制造業大國， 興起了多家傳感器生產制造企業，專業人士對我國傳感器市場前景看好。而隨著汽車領域的智能化，將來無人駕駛汽車將會是未來智能交通中的主力。而無人駕駛汽車的實現需要大量的科學技術支持，而其中最重要的就是大量的傳感器定位。核心技術是包括高精度地圖、定位、感知、智能決策與控制等各個模塊。其中有幾個關鍵的技術模塊，包含精確 GPS 定位及導航、動態傳感避障系統、機械視覺三個大部分， 其他的如只能行為規劃等不屬于傳感器范疇，屬于算法方面，不做過多設計。

關鍵詞：傳感器技術;汽車;智能交通;

在信息社會的今天，人們對信息的提取、處理、傳輸以及綜合等要求愈加迫切，傳感器作為信息提取的功能器件，在國防、科技、工業、農業以及生活各個領域占有重要地位和作用， 傳感器技術的開發和應用水平已經成為代表一個國家工業發展的標志之一。 汽車傳感器作為汽車電子控制系統的信息源， 是汽車電子控制系統的關鍵部件， 也是汽車電子技術領域研究的核心內容之一。 應用于汽車上的傳感器有很多種，目前主要有：溫度傳感器、壓力傳感器、流量傳感器、位移傳感器以及速度、加速度傳感器等等。

1、無人駕駛汽車傳感器的研究背景和意義

無人駕駛汽車是人工智能的一個非常重要的驗證平臺，近些年成為國內外研究熱點.無人駕駛汽車作為一種陸地輪式機器人，既與普通機器人有著很大的相似性，又存在著很大的不同.首先它作為汽車需保證乘員乘坐的舒適性和安全性，這就要求對其行駛方向和速度的控制更加嚴格; 另外，它的體積較大，特別是在復雜擁擠的交通環境下，要想能夠順利行駛，對周圍障礙物的動態信息獲取就有著很高的要求。無人駕駛的研究目標是完全或部分取代駕駛員，是人工智能的一個非常重要的實現平臺，同時也是如今前沿科技的重要發展方向。當前，無人駕駛技術具有重大的應用價值，生活和工程中，能夠在一定程度上減輕駕駛行為的壓力;在軍事領域內，無人駕駛技術可以代替軍人執行偵查、排雷、以及戰場上危險環境中的任務;在科學研究的領域，無人駕駛技術可以實現外星球等極端環境下的勘探活動。無人駕駛車輛技術，又稱智能車輛，即利用將無人駕駛的技術應用于車輛的控制中。

國外的無人駕駛車輛技術大多通過分析激光傳感器數據進行動態障礙物的檢測。代表有斯坦福大學的智能車 “Junior，利用激光傳感器對跟蹤目標的運動 ”幾何特征建模，然后用貝葉斯濾波器分別更新每個目標的狀態;梅隆大學的“BOSS”智能車從激光傳感器數據中提取障礙物特征，通過關聯不同時刻的激光傳感器數據對動態障礙物進行檢測跟蹤。牛津大學研制的無人車輛“WildCat，不使用 ” GPS，使用激光雷達和相機監控路面狀況。我國相關技術開展較晚，國防科學技術大學研制的自主車 “開路雄獅 ”，采用三維激光雷達Velodyne作為主要傳感器，將 Velodyne獲取的相鄰兩激光數據作差，并在獲得的差分圖像上進行聚類操作，對聚類結果建立方盒模型。無人駕駛車輛是一項融合了認知科學、人工智能、機器人技術與車輛工程等多學科的技術，涉及到電子電路，計算機視覺，自動控制，信號處理等多學科技術。無人駕駛汽車的出現從根本上改變了傳統的 “人——車——路”閉環控制方式，將無法用規則嚴格約束的駕駛員從該閉環系統中請出去，從而大大提高了交通系統的效率和安全性，是汽車工業發展的革命性產物。

2、精確 GPS 定位及導航

無人駕駛汽車對 GPS 定位精度、抗干擾性提出了新的要求。在無人駕駛時GPS 導航系統要不間斷的對無人車進行定位。在這個過程之中，無人駕駛汽車的 GPS導航系統要求 GPS定位誤差不超過一個車身寬度。

無人駕駛汽車面臨的另一個問題面臨的另一個挑戰，是需要確保他們又完美的導航功能，實現導航的主要技術是現在生活中已經使用非常廣泛的 GPS技術。由于 GPS 無積累誤差、自動化測量的特點，因此十分適合用于無人駕駛汽車的導航定位。

為了大幅提高 GPS測量技術的精度，本系統采用 位置差分 GPS 測量技術 。相較于傳統的 GPS技術，差分 GPS技術會在一個觀測站對兩個目標的觀測量、兩個觀測站對一個目標的觀測量或者一個測站對一個目標的兩次測量之間求差，目的在于消去公共誤差源，包括電離層和對流層效應等。

位置差分原理是一種最簡單的差分方法，任何一種 GPS 接收機均可改裝和組成這種差分系統。

安裝在基準站上的 GPS接收機觀測 4 顆衛星后便可進行三維定位，解算出基準站的坐標。由于存在著軌誤誤差、時鐘誤差、 SA 影響、大氣影響、多徑效應以及其他誤差，解算出的坐標與基準站的已知坐標是不一樣的，存在誤差。基準站利用數據鏈將此改正數發送出去，由用戶站接收，并且對其解算的用戶站坐標進行改正。

最后得到的改正后的用戶坐標已消去了基準站和用戶站的共同誤差，例如衛星軌道誤差、 SA 影響、大氣影響等，提高了定位精度。以上先決條件是基準站和用戶站觀測同一組衛星的情況。位置差分法適用于用戶與基準站間距離在 100km 以內的情況。高精度的汽車車身定位是無人駕駛汽車行駛的先決條件，以現有的技術，利用差分 GPS技術可以完成無人駕駛汽車的精確定位，基本滿足需求。

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作者簡介：

孟慶光，生于1997年2月，男，漢族，甘肅永靖人，江蘇大學本科在讀。

（江蘇大學機械工程學院? 江蘇? 鎮江? 212013）