第7章 基于惯性导航器件与GPS的无人车导航定位

北斗
GLONASS
Galileo
Car 情报局
1.2 GPS系统的组成
Car 情报局
1.3、GPS系统的定位原理
Car 情报局
1.4、差分GPS系统
Car 情报局
1.5、GPS卫星导航电文格式
Car 情报局
1.6、GPS接收器的主要指标
灵敏度； 定位时间 ； 定位精度 : CEP、RMS、2D RMS ； DGPS功能 ； 天线类型； 其他物理指标。
Car 情报局
4
无人驾驶车辆导航定位系统发展趋 势
Car 情报局
4.1 将北斗导航系统应用于我国的无人驾驶车辆
1 安全性能高 2 定位精度更高 3 采用三频信号 4 短报文通信功能 5 有源定位和无源定位
Car 情报局
4.2 提高抗卫星导航干扰、欺诈能力
卫星/INS + 基于深度学习的图像导航
1.1、全球导航定位系统概述
GNSS（Global Navigation Satellite System）是用卫星进行定位的系统的统称， 能够在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供全天候的三维坐标和速度以及 时 间信息。
常见的有GPS、北斗、GLONASS、Galileo四大卫星导航系统。
GPS
GPS是一种相对精准的定位传感器，但更新频率低，并不能满足实时计算
的要求。 惯性传感器的定位误差会随着运行时间增长，但由于其是高频传感器，在 短 时间内可以提供稳定的实时位置更新。 通过融合这两种传感器的优点，各取所长，就可以得到比较实时与精准的 定 位。
Car 情报局
3.2 融合算法的基本原理
Kalman滤波
Car 情报局
1.7、实例分析
实例分析：Superstar II GPS接收器
Car 情报局
1.7、实例分析
Superstar II GPS接收器的通信协议
两种串行数据通信模式：1）Binary协议模式、2）NEMA协议模式。
根据CMC-Binary协议的数据接收情况
Car 情报局
1.7、实例分析
融合过程： A. 预测阶段：预测阶段使用IMU数据定位 。 B. 更新阶段：更新阶段使用GPS数据定位。
Car 情报局
3.4 融合的优势
优势： 1 当GPS信号受到遮挡、高强度干扰或当卫星系统接收机出现故障时，INS 可以独立地进行导航定位。
2 提高定位频率。 3 GPS信息可以用来修正INS的输出信息，控制其误差随时间的积累。
传感器原理及其在无人驾驶车辆中 的应用
Car 情报局
Car 情报局
第7讲：基于GPS与惯性传感器的无人车 导航定位
Car 情报局
Car 情报局
我在哪儿？
Car 情报局
• 1、全球定位系统 • 2、惯性传感器 • 3、GPS与惯性传感器的信息融合 • 4、无人驾驶车辆导航定位技术发展趋势
1
全球卫星导航系统
Superstar II GPS接收器的通信协议
两种串行数据通信模式：1）Binary协议模式、2）NEMA协议模式。
根据NMEA-0813协议的数据接收情况
Leabharlann BaiduCar 情报局
1.8、全球导航定位系统存在的问题
GPS存在的问题: 1、信号丢失 2、多径效应 3、更新频率不高
Car 情报局
2
惯性传感器
Car 情报局
2.1、惯性传感器的概念
IMU（Inertial Measurement Unit，惯性测量单元）是测量物体的角速度和 加速度的装置，进而可以推算物体的姿态、速度和位移。
Car 情报局
2.2、惯性传感器的组成及测量原理
一个惯性传感器一般包含一个三轴加速度传感器和一个三轴陀螺仪角速 度
2.2、惯性传感器的组成及测量原理
MEMS陀螺仪角速度计
Car 情报局
2.3、惯性传感器的优势与不足
优势：
无信号丢失等问题。 全自主式、全天候、不受外界环境的干扰影响。 更新频率比较高。 不足：
存在误差积累。
Car 情报局
3
GPS与惯性传感器信息融合
Car 情报局
3.1 GPS与惯性传感器信息融合的原因
1 功能： 从一组有限的、包含噪声的对物体位置的观测序列预测出物体的位置坐标
及速度。 2 架构：
A. 预测阶段：基于上一时间点的位置预测当前时间点的位置。 B. 更新阶段：通过当前对物体位置的观测去纠正位置预测、从而更新物体 的 位置
Car 情报局
3.3 融合的硬件组成及过程
硬件组成：GPS信号接收天线、GPS接收板卡、INS惯性传感器、电平转换及 通信电路和信号处理器。
计。前者可以测量一个三维空间的加速度，后者可以测量围绕三维空间三 个坐标轴方向的旋转角速度。 由三个加速度，可以通过两次积分，获得位移，以此实现位置定位；由 角 速度通过以此积分可以获取位姿信息，结合一起可以获得物体的实际状态。
Car 情报局
2.2、惯性传感器的组成及测量原理
MEMS加速度计
Car 情报局
Car 情报局
本讲小节
1、采用GPS、惯性传感器进行无人驾驶车辆导航定位的优势与 不足有哪些？
2、如何选择合适无人驾驶车辆的导航定位系统？ 3、在无人驾驶过程中，将GPS与惯性传感器进行信息融合的原 理是什么？
Car 情报局