La teoría y la aplicación de alta precisión de posicionamiento

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Desde el móvil a Internet Internet de las cosas, la ubicación es un elemento básico e indispensable de la información, pero desde el refinado la industria de los requisitos de la aplicación, sólo más la precisión de la ubicación la información puede aportar mayor valor, la gente puede más saber con exactitud la ubicación de las cosas, saber la ubicación específica de las personas, y una mejor gestión de las empresas, personal o materiales. Por ejemplo, para garantizar el personal de seguridad de la construcción de un túnel de personal, para ayudar a la cárcel a construir un mundial y supervisión visual de la plataforma; para mejorar el aseguramiento de la inocuidad de la eficiencia de la industria petroquímica; para ayudar a mejorar el inteligente administración del sitio de construcción.

Sin embargo, por encima de industrias de alta requisitos de ultra-alta precisión de posicionamiento, de gran capacidad, de bajo retardo y la alta frecuencia de actualización.

La navegación y la localización de la tecnología es responsable de proporcionar el movimiento en tiempo real de la información de soporte (tales como vehículo autónomo), incluyendo portador de la posición, velocidad, actitud, aceleración, la velocidad angular, etc. Piloto automático a menudo adopta la forma de multi-sensor de fusión el posicionamiento. Este documento presenta principalmente la aplicación de la IMU en automático la conducción de posicionamiento.

Principio de funcionamiento de alta precisión en el posicionamiento

En el nivel de percepción de no tripulados vehículo, la importancia del posicionamiento es auto-evidente. No tripulado del vehículo necesidades para conocer su posición exacta en relación con el medio, y no puede haber ninguna más de 10 cm de error en el posicionamiento de aquí.

El GPS puede proporcionar posicionamiento absoluto de medidor de nivel para vehículos, GPS diferencial o RTK GPS puede proporcionar una absoluta posicionamiento de centímetros para los vehículos, pero no todas las secciones pueden obtener buenos Las señales de GPS en todo momento. Por lo tanto, en el campo de la conducción automática, la salida de GPS RTK es generalmente integrado con los sensores de la IMU y de automóviles (tales como la rueda, velocímetro, sensor de ángulo de volante, etc.).

El nombre completo de la IMU es inercial unidad de medición, la cual se compone, generalmente, de giroscopio, acelerómetro y el algoritmo la unidad de procesamiento. A través de la medición de la aceleración y el ángulo de rotación, se puede obtener el auto de movimiento de la pista. Llamamos a la tradicional de la IMU y el sistema de combinado con la carrocería del vehículo, GPS y otra información de algoritmos de fusión como la generalización de la IMU para la conducción automática.

La aparición de esta tecnología hace que hasta por la falta de GPS posicionamiento y los dos se complementan, la habilitación de piloto automático para obtener la mayoría de la información de ubicación precisa. En la actualidad, el más ampliamente utilizado de posicionamiento método de vehículo no tripulado es la integración de sistema de posicionamiento global (GPS) y el sistema de navegación inercial (INS).

Integrado navegación implica complejo sistema de coordenadas de transformación, que requiere calibración inicial de la navegación inercial del sistema. En general, el referencia sistema de navegación (como el GNSS) es utilizado para dar la inercia sistema de navegación de una posición inicial valor (el propósito es establecer las inicial de la matriz de transformación de coordenadas del sistema de coordenadas geográficas y la tierra del sistema de coordenadas) y la velocidad inicial valor; la inicial actitud ángulo (la salida de la IMU) se obtiene el valor de la medición de la IMU sí o por el instrumento de medición (inclinómetro o doble horizonte el GPS de alta precisión sistema de orientación) en relación a la corriente de La actitud el ángulo de la horizontal de navegación sistema de coordenadas, también conocido como Euler ángulo, inicializa los cuaterniones y coordinar la transformación de la matriz.

Para el interior del sistema de posicionamiento, el personalizado local rectangular de coordenadas del sistema (generalmente, un cierto ángulo de el posicionamiento de un área seleccionada como el origen, la línea límite como la eje x, la mano derecha de criterio determina el eje de las y, y la vertical de la tierra hacia arriba en el eje Z) se utiliza como la navegación y el sistema de coordenadas. Debido a que ambos son rectangulares sistemas de coordenadas, pero el origen y la dirección de la sistema de coordenadas son diferentes, el origen de desplazamiento y de rotación del eje son se requiere, por lo que la alineación Inicial también es necesario. Después de la alineación inicial, el ins proceso de cálculo se inicia, los cuaterniones y actitud matriz de transformación se actualizan mediante la lectura de la medición de la velocidad angular valor de la IMU y, a continuación, la velocidad y la posición se actualiza. Por último, la la velocidad y la posición pueden ser transformados en otros sistemas de coordenadas para de expresión, tales como la longitud y latitud del altiplano de coordenadas esféricas sistema de GNSS .

El método de posicionamiento de alta precisión

Con el fin de cumplir con los requisitos de piloto automático para la navegación y el posicionamiento, los siguientes métodos son adoptados:

De navegación inercial ins

En la actualidad, el uso común de inercia unidades de medición (IMU) para la conducción automática se puede dividir en dos categorías de acuerdo a la exactitud: la primera categoría se basa en la fibra óptica giroscopio (NIEBLA) IMU, que se caracteriza por su alta precisión, pero también de alto costo, y se aplica generalmente a mapa de adquisición de vehículos con alta los requisitos de precisión. El segundo tipo es la IMU basado en dispositivos de MEMS, que es se caracteriza por el pequeño volumen, bajo costo, adaptabilidad ambiental fuerte, pero la desventaja es el gran error. Si se utiliza en la conducción automática vehículo, necesita ir a través de más procesamiento complejo. Con el fin de obtener la la navegación y el posicionamiento de salida de los datos originales de la IMU, el sistema de posicionamiento necesita para resolver los pecados, que incluye los siguientes cuatro módulos:

1. Obtener la actitud de la información por la integración de la velocidad angular de salida de la información mediante el giroscopio

2. La fuerza específica de acelerómetro la salida es transformado por la actitud de la información, y la navegación sistema de coordenadas se obtiene a partir de la portadora sistema de coordenadas

3. Llevar a cabo la gravedad de cálculo, perjudicial la aceleración, la velocidad de rotación de la tierra y otras cálculo de compensación

4. Obtener la posición y la velocidad de la aceleración la integración de la información

Sin embargo, cabe señalar que la salida de error causado por el proceso de integración se acumulan con el tiempo de trabajo

Hay dos formas de conducción automática para obtener de la rueda de la información: el interno y el externo.

La característica de la rueda exterior el sensor es que la resolución y la precisión son muy altos, la desventaja es que la estructura es compleja, la fiabilidad es difícil de garantizar, y generalmente es más conveniente para el mapa de adquisición de vehículos. La característica de la incorporada en el sensor de la rueda es que no hay necesidad de equipos externos. La desventaja es que la precisión es baja y el error es grande. Si es se utiliza para la conducción automática de vehículos, necesita ir a través de múltiples procesamiento. No importa la forma que se adopte, el sensor de la rueda es muy importante para el sistema de posicionamiento.

Restricciones de movimiento combinado con el vehículo características de movimiento

Este tipo de movimiento restricción puede asegurar que, en casos extremos, los resultados de posicionamiento de la comunidad autónoma de vehículo no se producen grandes errores.

Aplicación en las aeronaves no tripuladas de conducción

Existen diferentes métodos de automática la conducción de posicionamiento, y los sensores que intervienen son también diferentes. Por lo tanto, piloto automático a menudo adopta la forma de multi-fusión de sensores de posicionamiento. Multisensor la fusión de posicionamiento en general, incluye las siguientes partes:

· Procesamiento de datos, incluyendo: inercial la solución de navegación , GNSS de control de calidad, los datos lidar compensación del error, cálculo basado en el sensor de la rueda, en línea de estimación y compensación.

· La coincidencia y el posicionamiento basado en el lidar los datos y la alta precisión del mapa.

· Cuatro módulos principales:

1. ZUPT / zihr / NHC, el movimiento del vehículo de sujeción de la parte

2. Ins alineación

3. Integrado, combinado

4. La IED, y la detección de fallos de aislamiento

· De seguridad relacionados con los módulos de: integridad el monitoreo de todas las salidas.

En la actualidad, el uso común de navegación posicionamiento y optimización método está basado en el tradicional Kalman filtro, cuya optimización índice es el de minimizar el estado de la varianza. En general, para construir el filtro de Kalman modelo, el primer paso es seleccionar las variables de estado. En la actualidad, la estimación de estado se basa principalmente en la navegación de error de parámetro de y el vehículo de error en el sensor. Luego, a través de un paso de predicción y medición la actualización, la ecuación de estado puede ser recursivo en el dominio de tiempo. Además, hay son muchos los tradicionales métodos de software para el diagnóstico de fallas de aislamiento y de sistema de posicionamiento, tales como el chi cuadrado de detección, etc., por otro lado, puede ser realizada por la redundancia de hardware. Por ejemplo, con múltiples GNSS / IMU el sistema de posicionamiento puede lograr multi-sensor de redundancia con el software de análisis de redundancia y mejorar la fiabilidad.

la industria

De acuerdo a los diferentes escenarios, móvil posicionamiento del teléfono, contando el número de relojes en movimiento y el posicionamiento de los la alta precisión de la conducción automática de vehículos tienen diferentes requisitos para los la exactitud de la IMU, y la precisión es alta, lo que significa que el costo es alto.

Más precisa Imus serán utilizados para los misiles o cohetes espaciales. Con el fin de lograr una mayor precisión de la IMU, muchos los fabricantes de añadir magnetómetros sobre la base de tres acelerómetros y tres giróscopos. Con el fin de mejorar la fiabilidad, algunos aumentará la número de sensores