Teoria e aplicação de alta precisão de posicionamento

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De Internet móvel para Internet das coisas, localização é fundamental e indispensável de informações, mas a partir do refinado indústria de requisitos da aplicação, apenas mais precisão de localização informações podem trazer de maior valor, as pessoas podem mais exatamente saber a localização das coisas, saber o local específico de pessoas, e melhor gerir empresas, pessoas ou materiais. Por exemplo, para garantir a segurança pessoal de construção do túnel de pessoal, para auxiliar a prisão construir uma global e supervisão visual da plataforma; para melhorar a garantia de segurança do a eficiência da indústria petroquímica; para ajudar a atualizar o inteligente gestão do local de construção.

No entanto, o acima indústrias de alta requisitos de ultra-alta precisão de posicionamento, de grande capacidade, baixo atraso e alta taxa de atualização.

Localização e tecnologia de navegação está responsável pelo fornecimento de movimento em tempo real de informações do transportador (tais como veículo autônomo), incluindo portadora de posição, velocidade, atitude, aceleração, velocidade angular, etc. Piloto automático, muitas vezes, adota a forma de multi-sensor fusion posicionamento. Este papel, principalmente, introduz a aplicação da IMU em automático condução de posicionamento.

Princípio de funcionamento de alta precisão de posicionamento

Na percepção do nível de não-tripulados veículo, a importância do posicionamento é auto-evidente. De veículos não tripulados necessidades para saber sua exata posição em relação ao meio ambiente, e não pode haver mais de 10cm de erro no posicionamento aqui.

O GPS pode fornecer o posicionamento absoluto de medidor de nível para veículos, GPS diferencial, ou RTK GPS pode fornecer absoluto o posicionamento de um centímetro de nível para os veículos, mas não todas as seções pode ficar bom Os sinais de GPS em todos os momentos. Portanto, no campo de acionamento automático, saída de RTK GPS é geralmente integrada com os sensores de IMU) e automóveis (tais como a roda do velocímetro, a roda de steering angle sensor, etc.).

O nome completo da IMU é inercial a unidade de medida, o qual é geralmente composto de giroscópio, o acelerador e o algoritmo de unidade de processamento. Através da medição de aceleração e ângulo de rotação, nós pode obter a auto-rastreamento de movimento. Nós chamamos o tradicional e o sistema IMU combinado com o veículo corpo, GPS e outras informações de fusão algoritmos como a generalizada IMU para acionamento automático.

O surgimento desta tecnologia faz a falta de Em seu GPS posicionamento , e os dois se complementam, permitindo que o piloto automático para obter a localização mais precisa informação. No presente, o mais amplamente utilizado posicionamento método de veículos não tripulados é a integração do sistema de posicionamento global (GPS) e o sistema de navegação inercial (INS).

Integrada navegação envolve a complexa transformação do sistema de coordenadas, que requer a calibração do sistema de navegação inercial. Geralmente, o referência sistema de navegação (tais como GNSS) é usado para dar a inércia sistema de navegação de uma posição inicial valor (a finalidade é estabelecer o inicial da matriz de transformação de coordenadas do sistema de coordenadas geográficas e o terra do sistema de coordenadas) e a velocidade inicial valor inicial atitude ângulo (a saída da IMU) é obtido através da medição do valor da IMU si ou pelo instrumento de medição (inclinômetro ou duplo horizonte alta precisão do GPS sistema de orientação) em relação a atual atitude ângulo de navegação horizontal do sistema de coordenadas, também conhecido como Euler ângulo, inicializa o quaternion e coordenar a matriz de transformação.

Para o interior do sistema de posicionamento, o locais personalizados retangular de coordenadas do sistema (geralmente, um determinado ângulo de o posicionamento área é seleccionada como a origem, a linha de fronteira como o eixo x, o lado direito critério determina o eixo y, e a vertical do solo para cima, conforme o eixo Z) é usado como a navegação sistema de coordenadas. Porque tanto são retangulares sistemas de coordenadas, mas a origem e a direção do sistema de coordenadas diferentes, a origem de deslocamento e rotação do eixo são necessário, assim, o alinhamento Inicial também é necessário. Após o alinhamento inicial, o ins processo de cálculo é iniciado, o quaternion e atitude matriz de transformação são atualizados pela leitura, a velocidade angular de medição valor da IMU e, em seguida, a velocidade e a posição são atualizados. Finalmente, o a velocidade e a posição pode ser transformado para outro alvo sistemas de coordenadas para expressão, tais como a longitude e a latitude do planalto de coordenadas esféricas sistema de GNSS .

Método de posicionamento de alta precisão

A fim de atender as exigências de o piloto automático para navegação e posicionamento, os seguintes métodos são adotados:

De navegação inercial ins

No presente, comumente usadas por inércia unidades de medida (IMU) para acionamento automático pode ser dividido em dois categorias de acordo com o grau de precisão: a primeira categoria é baseada em fibra óptica giroscópio (NÉVOA) IMU, que é caracterizada pela alta precisão, mas também alto custo, e é geralmente aplicado para mapear a aquisição de veículos com alta requisitos de precisão. O segundo tipo é IMU baseados em MEMS dispositivos, o que é caracterizado pelo pequeno volume e baixo custo, adaptação ambiental forte, mas a desvantagem é grande erro. Se ele é usado no acionamento automático veículo, ele precisa passar por processamento mais complexos. A fim de obter a de navegação e posicionamento de saída a partir de dados originais da IMU, o sistema de posicionamento precisa resolver pecados, que inclui as seguintes quatro módulos:

1. Obter a atitude informações integrando a velocidade angular saída de informações por giroscópio

2. O específico da força de acelerômetro a saída é transformado pela atitude de informações, e o navegação sistema de coordenadas é obtido da operadora do sistema de coordenadas

3. Realizar a gravidade de cálculo, prejudicial aceleração, velocidade de rotação da terra e outros de cálculo da compensação

4. Obter a velocidade e a posição de aceleração a integração de informações de

No entanto, deve notar-se que a saída erro causado pelo processo de integração vai se acumulando com o tempo de trabalho

Há duas maneiras para acionamento automático para obter roda informações: interno e externo.

A característica da roda externo o sensor é de que a resolução e a precisão são muito altas, a desvantagem é que a estrutura é complexa, a confiabilidade é difícil garantir, e geralmente, é mais adequado para o mapa de aquisição de veículos. A característica a built-in sensor de roda é que não há necessidade de equipamentos externos. A desvantagem é que a precisão é baixa e o erro é grande. Se é usado para automático a condução de veículos, ele precisa passar por várias processamento. Não importa de que forma for adotada, o sensor da roda é muito importante para o sistema de posicionamento.

Movimento restrições combinado com o veículo características de mobilidade

Este tipo de movimento restrição pode garantir que, em casos extremos, o posicionamento dos resultados do veículo autônomo vai não produzir grandes erros.

Aplicação automatizada de condução

Há diferentes métodos de automática condução de posicionamento, e os sensores envolvidos também são diferentes. Portanto, piloto automático, muitas vezes, adota a forma de multi-fusão de sensores de posicionamento. Multisensor fusão de posicionamento geralmente inclui as seguintes partes:

· Dados pré-processamento: incluindo inercial solução de navegação , GNSS controle de qualidade, dados lidar compensação de erros, o cálculo com base no sensor de roda, online estimativa e compensação.

· De correspondência e de posicionamento baseado em lidar de dados e de alta precisão do mapa.

· Quatro módulos principais:

1. ZUPT / zihr / NHC, de movimento do veículo restrição parte

2. Ins alinhamento

3. Integrada, combinado

4. IDE, detecção de falhas e de isolamento

· Segurança relacionados com os módulos de: integridade acompanhamento de todas as saídas.

No presente, comumente usado navegação posicionamento e a otimização do método ainda é baseada na tradicional de Kalman filtro, cuja otimização índice é minimizar o estado de variância. Geralmente, para construir o filtro de Kalman modelo, o primeiro passo é selecionar as variáveis de estado. Atualmente, a estimativa é baseada principalmente na navegação erro de parâmetro do veículo e o sensor de erro. Em seguida, através de uma etapa de predição e medição atualização, a equação de estado pode ser recursiva no domínio do tempo. Além disso, há são muitos tradicionais métodos de software para diagnóstico de falhas e isolamento de sistema de posicionamento, como o qui-quadrado de detecção, etc., por outro lado, podem ser obtidos através da redundância de hardware. Por exemplo, com vários GNSS / IMU o sistema de posicionamento pode alcançar multi-sensor de redundância com software de análise de redundância e melhorar a confiabilidade.

indústria

De acordo com diferentes cenários, móveis de posicionamento do telefone, contando-se o número de relógios em movimento e o posicionamento do alta precisão de automático de condução de veículo têm diferentes requisitos para o rigor da IMU, e a precisão é alta, o que significa que o custo é alto.

Mais preciso, Imus será usado para mísseis e naves espaciais. A fim de alcançar maior precisão da IMU, muitos os fabricantes de adicionar magnetómetros na base de três acelerômetros e três giroscópios. A fim de melhorar a confiabilidade, alguns vão aumentar a número de sensores