傳感器技術(shù)在無人駕駛領(lǐng)域上的應(yīng)用報(bào)告

摘 要：傳感器作為現(xiàn)代科技的前沿技術(shù)， 被認(rèn)為是現(xiàn)代信息技術(shù)的三大支柱之一。傳感器的感測系統(tǒng)對(duì)物流設(shè)備來說極為珍貴，近年來，隨著全球物流業(yè)的騰飛，對(duì)傳感器的需求量與日俱增。 我國作為世界制造業(yè)大國， 興起了多家傳感器生產(chǎn)制造企業(yè)，專業(yè)人士對(duì)我國傳感器市場前景看好。而隨著汽車領(lǐng)域的智能化，將來無人駕駛汽車將會(huì)是未來智能交通中的主力。而無人駕駛汽車的實(shí)現(xiàn)需要大量的科學(xué)技術(shù)支持，而其中最重要的就是大量的傳感器定位。核心技術(shù)是包括高精度地圖、定位、感知、智能決策與控制等各個(gè)模塊。其中有幾個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)模塊，包含精確 GPS 定位及導(dǎo)航、動(dòng)態(tài)傳感避障系統(tǒng)、機(jī)械視覺三個(gè)大部分， 其他的如只能行為規(guī)劃等不屬于傳感器范疇，屬于算法方面，不做過多設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：傳感器技術(shù);汽車;智能交通;

在信息社會(huì)的今天，人們對(duì)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(yè)、農(nóng)業(yè)以及生活各個(gè)領(lǐng)域占有重要地位和作用， 傳感器技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用水平已經(jīng)成為代表一個(gè)國家工業(yè)發(fā)展的標(biāo)志之一。 汽車傳感器作為汽車電子控制系統(tǒng)的信息源， 是汽車電子控制系統(tǒng)的關(guān)鍵部件， 也是汽車電子技術(shù)領(lǐng)域研究的核心內(nèi)容之一。 應(yīng)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(gè)非常重要的驗(yàn)證平臺(tái)，近些年成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn).無人駕駛汽車作為一種陸地輪式機(jī)器人，既與普通機(jī)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(duì)其行駛方向和速度的控制更加嚴(yán)格; 另外，它的體積較大，特別是在復(fù)雜擁擠的交通環(huán)境下，要想能夠順利行駛，對(duì)周圍障礙物的動(dòng)態(tài)信息獲取就有著很高的要求。無人駕駛的研究目標(biāo)是完全或部分取代駕駛員，是人工智能的一個(gè)非常重要的實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，同時(shí)也是如今前沿科技的重要發(fā)展方向。當(dāng)前，無人駕駛技術(shù)具有重大的應(yīng)用價(jià)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(lǐng)域內(nèi)，無人駕駛技術(shù)可以代替軍人執(zhí)行偵查、排雷、以及戰(zhàn)場上危險(xiǎn)環(huán)境中的任務(wù);在科學(xué)研究的領(lǐng)域，無人駕駛技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)外星球等極端環(huán)境下的勘探活動(dòng)。無人駕駛車輛技術(shù)，又稱智能車輛，即利用將無人駕駛的技術(shù)應(yīng)用于車輛的控制中。

國外的無人駕駛車輛技術(shù)大多通過分析激光傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)障礙物的檢測。代表有斯坦福大學(xué)的智能車 “Junior，利用激光傳感器對(duì)跟蹤目標(biāo)的運(yùn)動(dòng) ”幾何特征建模，然后用貝葉斯濾波器分別更新每個(gè)目標(biāo)的狀態(tài);梅隆大學(xué)的“BOSS”智能車從激光傳感器數(shù)據(jù)中提取障礙物特征，通過關(guān)聯(lián)不同時(shí)刻的激光傳感器數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)態(tài)障礙物進(jìn)行檢測跟蹤。牛津大學(xué)研制的無人車輛“WildCat，不使用 ” GPS，使用激光雷達(dá)和相機(jī)監(jiān)控路面狀況。我國相關(guān)技術(shù)開展較晚，國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研制的自主車 “開路雄獅 ”，采用三維激光雷達(dá)Velodyne作為主要傳感器，將 Velodyne獲取的相鄰兩激光數(shù)據(jù)作差，并在獲得的差分圖像上進(jìn)行聚類操作，對(duì)聚類結(jié)果建立方盒模型。無人駕駛車輛是一項(xiàng)融合了認(rèn)知科學(xué)、人工智能、機(jī)器人技術(shù)與車輛工程等多學(xué)科的技術(shù)，涉及到電子電路，計(jì)算機(jī)視覺，自動(dòng)控制，信號(hào)處理等多學(xué)科技術(shù)。無人駕駛汽車的出現(xiàn)從根本上改變了傳統(tǒng)的 “人——車——路”閉環(huán)控制方式，將無法用規(guī)則嚴(yán)格約束的駕駛員從該閉環(huán)系統(tǒng)中請(qǐng)出去，從而大大提高了交通系統(tǒng)的效率和安全性，是汽車工業(yè)發(fā)展的革命性產(chǎn)物。

2、精確 GPS 定位及導(dǎo)航

無人駕駛汽車對(duì) GPS 定位精度、抗干擾性提出了新的要求。在無人駕駛時(shí)GPS 導(dǎo)航系統(tǒng)要不間斷的對(duì)無人車進(jìn)行定位。在這個(gè)過程之中，無人駕駛汽車的 GPS導(dǎo)航系統(tǒng)要求 GPS定位誤差不超過一個(gè)車身寬度。

無人駕駛汽車面臨的另一個(gè)問題面臨的另一個(gè)挑戰(zhàn)，是需要確保他們又完美的導(dǎo)航功能，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航的主要技術(shù)是現(xiàn)在生活中已經(jīng)使用非常廣泛的 GPS技術(shù)。由于 GPS 無積累誤差、自動(dòng)化測量的特點(diǎn)，因此十分適合用于無人駕駛汽車的導(dǎo)航定位。

為了大幅提高 GPS測量技術(shù)的精度，本系統(tǒng)采用 位置差分 GPS 測量技術(shù) 。相較于傳統(tǒng)的 GPS技術(shù)，差分 GPS技術(shù)會(huì)在一個(gè)觀測站對(duì)兩個(gè)目標(biāo)的觀測量、兩個(gè)觀測站對(duì)一個(gè)目標(biāo)的觀測量或者一個(gè)測站對(duì)一個(gè)目標(biāo)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(duì)流層效應(yīng)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(jī)均可改裝和組成這種差分系統(tǒng)。

安裝在基準(zhǔn)站上的 GPS接收機(jī)觀測 4 顆衛(wèi)星后便可進(jìn)行三維定位，解算出基準(zhǔn)站的坐標(biāo)。由于存在著軌誤誤差、時(shí)鐘誤差、 SA 影響、大氣影響、多徑效應(yīng)以及其他誤差，解算出的坐標(biāo)與基準(zhǔn)站的已知坐標(biāo)是不一樣的，存在誤差?；鶞?zhǔn)站利用數(shù)據(jù)鏈將此改正數(shù)發(fā)送出去，由用戶站接收，并且對(duì)其解算的用戶站坐標(biāo)進(jìn)行改正。

最后得到的改正后的用戶坐標(biāo)已消去了基準(zhǔn)站和用戶站的共同誤差，例如衛(wèi)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(zhǔn)站和用戶站觀測同一組衛(wèi)星的情況。位置差分法適用于用戶與基準(zhǔn)站間距離在 100km 以內(nèi)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(xiàn)有的技術(shù)，利用差分 GPS技術(shù)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(xué)本科在讀。

（江蘇大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院? 江蘇? 鎮(zhèn)江? 212013）