智能驾驶入门3——定位

GNSSRTK

GNSS全球导航卫星系统
GPS全球定位系统
GPS的三部分:

  • 卫星
  • 控制站:监视、控制卫星
  • GPS接收器:存在于手机、电脑、汽车、船等设备;每次检测至少四个卫星

RTK

  • GPS接收器接收信号飞行时间,光速较大所以可能造成较大误差
  • RTK 实时运动定位
  • 减少误差的方法:地面基站将“地面实况”位置与通过GPS检测到的位置对比,得到两者之间的偏差值,将这个偏差值传递给其他的GPS接收器,调整自身的位置计算
  • 优势:精度可以达到10cm
  • 劣势:不能避免障碍物遮挡问题;不能进行频繁的更新

惯性导航

通过初始位置、加速度、初始速度三个要素可以得到具体位置信息

三轴加速计:精确测量加速度;根据车辆坐标系记录测量结果
陀螺仪:将加速计测量到的测量结果转化到全局坐标系上;
*陀螺仪通过测量旋转轴(固定在世界坐标系)和三个外部平衡环(一直旋转)的相对位置计算车辆在坐标系中的位置

三轴加速计和陀螺仪是IMU(惯性测量单元)的重要组件
IMU的优势特征:高频率更新(1000Hz),提供接近实时的位置信息
IMU的缺点:运动误差随时间增加而增加,只能进行短时间定位

IMU与GPS结合使用:

  • IMU弥补了GPS更新频率较低的问题
  • GPS弥补IMU运动误差问题
  • 不能解决如地下隧道、山间运动时的定位问题

激光雷达定位

通过点云匹配对车辆进行定位,将激光雷达传感器的检测数据与已存在高精度地图进行连续匹配

匹配点云:

  • 迭代最近点ICP:对两次点云扫描进行匹配,通过旋转平移使所有
    匹配点对的平均距离误差最小
  • 滤波算法:LiDAR定位方法;消除冗余信息;直方图滤波算法(误差平方和算法SSD)误差平方求和
  • 卡尔曼滤波:LiDAR定位方法;根据过去的状态和新的传感器测量结果预测当前状态(预测更新周期
  • LiDAR定位具有较好的鲁棒性,缺点是难以构建高精度地图并使其保持最新

视觉定位

图像结合地图和GPS实现定位
粒子滤波:使用粒子或点来估计最可能的位置
优点:图像数据易获取
缺点:缺乏三维信息和对三维地图的依赖

Apollo定位

使用基于GPS、IMU和激光雷达的多传感器融合定位系统
提高稳定性和准确性
Apollo定位系统支持GNSS和LiDAR定位,GNSS定位输出位置和速度信息,LiDAR定位输出位置和行进方向信息。
融合框架通过卡尔曼滤波结合输出。
卡尔曼滤波建立在两步预测测量周期之上。
卡尔曼滤波的预测步骤:惯性导航系统
卡尔曼滤波的更新步骤:GPS和LiDAR

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