0 引言
智能汽车系统是集成负责驾驶、智能决策、路线规格及环境感知的综合系统,实现对智能汽车的精准导航定位,可起到降低交通事故发生率、改善交通拥堵的重要作用。现阶段,智能汽车导航定位技术主要有航迹推算技术、惯性导航技术、地图匹配技术及卫星技术。其中,卫星导航技术是通过接收CNSS、GPS 等数据信息,以此获取车辆行驶方向、路径及准确位置信息,但由于卫星导航系统易受到干扰,影响车辆定位精准性,从而不能将卫星导航系统单独应用于智能汽车导航;惯性导航具有无需接收信号、抗干扰能力强等优势,但结构相对复杂,体积大、制作成本高,随着时间推移误差值仍然较大,需要配合其他导航系统使用。
1 组合导航的应用
1.1 航迹推算技术
航迹推算技术主要由陀螺仪、磁罗盘、里程仪及微处理器组合,根据车辆的速度、位移等信息,实现定位功能。这种定位技术应用时间较长,具有独立性强、技术成熟、短时定位精度高及受环境因素影响下等特点;缺点是若定位技术长期使用,会产生一定的累积误差,导致定位精准度大幅度下降
[1]
1.2 惯性导航技术
惯性导航是一种基于牛顿运动定理的一种导航技术,指在初始条件下,通过惯性传感器测量车辆角速率及加速度等
参数,计算出车辆惯性空间的航向角、位移及瞬时速度。捷联式惯性导航系统及平台式惯性导航系统使最为常见的两种惯性导航技术。捷联式惯性导航系统结构简单、体积较小,不需要构建实体平台,可直接将传感器安装在载体上,把传感器测量到的载体坐标系下数据转换矩阵,得到地理坐标系下数据,从而实现车辆精准定位,这种技术的优点是大幅度降低制作成本,并且便于后续维护,缺点在于对惯性传感元件要求极高、易受载体震动影响等。平台式惯性导航系统则需要以实体平台为载体,模拟地理坐标系,通过地理坐标系与传感器测量轴的轴重合,从而推断出车辆的位置信息,这种技术操作计算简便、系统精度高,但缺点是实体平台结构复杂、体积大、制作成本高。总而言之,惯性导航系统与其他系统相比,具有更强的独立自主特性,不易受外界环境因素影响,例如,建筑因素、天气因素等。但由于此方法在运算过程中易出现微小误差,随着时间的增加,误差值也会随之加大,使车辆导航、定位精准度严重下降[2]。
1.3 地图匹配技术
此方法依赖于电子数据库中的位置信息,是一种辅助定位手段,将其他导航方式获得的汽车位置信息进行校正,以校正后的车辆准确位置信息作为定位结果。
1.4 卫星定位技术
卫星定位技术最早由美国大学物理实验室及美国海军研制,用于测量卫星与观测站的距离及方向,1964年正式
systems comprehensively, in order to achieve the precise positioning of intelligent vehicles. This paper will analyze the practical application of integrated navigation.
Keywords:hybrid correction;Kalman filter;integrated navigation;precise positioning; GPS
误差和确定性误差,确定性误差是指比例因子、敏感轴失准、零漂误差、刻度系数误差等,此类误差需
要通过软件进行标度因子补偿来消除;不确定性误差则指传感器随机变化产生的误差,例如,运动噪声、随机漂移、随机零偏等,此类误差则需要通过波滤器进行消除。
(2)初始化误差:初始状态明确,才能采用惯性导航实现车辆精准定位,但由于重力加速度误算,可能会导致初始化方位误差,从而影响车辆定位导航的精准度。
(3)计算来的的误差:由于计算机计算字长有限,将会引起一系列的计算误差,在惯性导航中误差较小,可以忽略[4]。
2.2 GPS 误差分析及修正方法
(1)电离层的影响:电离层将会使GPS 信号出现电磁波延迟现象,直接对多普勒频移、载波相位及信号调制造成影响。同时,过于强大的磁场还会导致电离层中电子密度增加,从而阻断GPS 信号传播。为了解决这一问题,现阶段多利用电离层模型对单频GPS 用户接收机加以修正;利用差分技术对双频用户进行密切观测并加以修正。(2)对流层的影响:GPS 在对流层中和在真空中传播速度存
由于组合导航系统中的滤波器是由局部滤波件及全局滤波件两个部分组成。因此在滤波计算过程中应将其分为两个步骤,首先对局部滤波组件的导航定位数据进行计算,确
惯性测量元件
SINS 解算
GPS
卫星信号
预处理 组合卡尔曼滤波器
位置和速度修正 位移、速度
位置、速度
伪距、伪距率
图2 紧组合系统结构框图
惯性测量元件
SINS 解算
位置、速度
位置和速度修正
组合卡尔曼滤波器
位置、速度
位置、速度
GPS  GPS 解算
图3 松组合系统结构构图
紧组合可使用更少的标准子系统输出,例如,SINS 原始角速率加速度值或GPS 接收机的观测量伪距。
因此更改SINS 或GPS 子系统的硬件或软件是实现这种组合方式的前提条件之一,同时,不仅可以在滤波器输入子系统输入参数,还可以输入加速度计比例因子或是GPS 信号传播延迟等变量,在子系统内部实现对应变量的估计值,最后得出定位参数,如图2所示[7]。
松组合则将SINS 及GPS 接收机的输出参数作为滤波器的输入参数,而滤波器的输出也是基于SINS 和GPS 接收机输出变量速度和位置的估计,由于各个子系统包括自己的滤波器,因此对于其组织结构并没有产生影响,如图3所示。
两种组合方式都是以最优估计理论为基础,通过SINS 及GPS 的定位信息,估计出SINS 的导航误差值,从而对定位结果做出校正,无论是松组合还是紧组合,均可以实现定位
[4]广州市航辉电子有限公司.一种具有调节汽车座椅
通风功能的智能控制导航系统装置 : CN2018112 42531.6[P].2019-01-01.
[5]深圳市翼动科技有限公司.一种基于云计算的汽车智能
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参考文献
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[3]曾令赫.S 模式雷达网络在我国发展现状及关键问题探析
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[4]International Standards and Recommended Practices,
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