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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，實現(xiàn)各導(dǎo)航傳感器的互補，可以解決上述問題。對此，通過對虛擬傳感器的開發(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。對導(dǎo)航傳感器的研究使用韓國工業(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、原點設(shè)在導(dǎo)航傳感器的中心。車輛參考坐標(biāo)系采用美國國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，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)和輪速傳感器來進行補償提高導(dǎo)航精度。采用非完整約束和零速度更新補償降低車輛定位產(chǎn)生的累計誤差，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，其速度可看做一個三維矢量，并將其定義為一個虛擬傳感器。另定義車輛零速度更新補償作為另一個虛擬傳感器，當(dāng)條件為真時，三維速度矢量便是可觀察的，將這些觀測值應(yīng)用在一個擴展的卡爾曼濾波器上，限制導(dǎo)航系統(tǒng)誤差的增長。其中，擴展卡爾曼濾波融合了慣性測量單元和全球定位系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。針對如何設(shè)計非完整約束卡爾曼濾波器進行了詳細的說明，并對多傳感器融合技術(shù)進行了詳細介紹。對給出的基于虛擬傳感器和多傳感器融合技術(shù)的方法用于實車試驗，并對試驗結(jié)果進行分析，驗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