地圖定位和匹配課件

Navi-systemFunctionsKeyWordsinMapMatchingDataFusionDF信息融合對多個信息來源采用進行綜合處理，

從而獲得比單個信息更準確的過程.DeadReckoningDR航位推算，

航位推導通過已知位置信息，

利用運動物體的運動速度/加速度和方向，

結(jié)合精確計時，

通過計算得出位置方法.ZeroOffsetN/E零度漂移，

零漂指陀螺儀在靜止時輸出值產(chǎn)生的突變誤差SensorSNS傳感器指包括陀螺儀及車速脈沖等傳感器器件。如無特殊說明，特指尚揚硬件的陀螺儀及其車速脈沖輸出.GyroscopeGyro陀螺儀，

螺旋儀精密儀器.按工藝分有機械，

激光，

光纖等分類，

按用處分有角度陀螺儀，

加速陀螺儀，

水平陀螺儀等.本文內(nèi)如無注明，

指角度陀螺儀，

用以傳出角度變化值.MapMatchingMM地圖匹配指結(jié)合數(shù)字地圖信息以確定最精確的當前位置的方法.LocationMethod車載導航組合定位通常采用GPS/DR的組合，從軟件層次看，目前組合方案主要分為切換式和最優(yōu)估計法切換式組合方案有兩種工作狀態(tài)：GPS模式和DR模式，系統(tǒng)工作于何種模式取決于信號的有效性，當GPS信號可靠時，采用GPS模式，同時利用GPS輸出更新DR的初始推算位置；當GPS定位數(shù)據(jù)失效，則切換到DR模式。最優(yōu)估計理論中，卡爾曼濾波是最常用的一種方法?？柭鼮V波用于組合定位中，就是將GPS和DR的信息同時用于定位結(jié)果的求解過程中，使系統(tǒng)的狀態(tài)在濾波過程中不斷地得到修正，組合定位的輸出又可以提供較為準確的初始位置和方向信息，從而即使GPS失效，單獨使用DR定位也能較長時間保持較高精度。同時，濾波方法可以有效消除或削弱傳感器定位測量中的隨機誤差。根據(jù)利用信息的不同，基于濾波的組合方案又分為松散組合和緊密組合兩種。松散組合是直接利用接收機輸出的定位結(jié)果與DR推算得到的位置和速度進行數(shù)據(jù)融合；緊密組合是利用接收機輸出的偽距、相位、偽距率等原始觀測值與所需要的信息進行數(shù)據(jù)融合MathematicalFormulaDeadReckoningABC(2)CharactersofDR(3)由上面的航位推算算法，可以得出下列結(jié)論：（1）航位推算系統(tǒng)工作時需要實時獲得距離的變化量和角度的變化量；（2）航位推算系統(tǒng)需要運用其他的手段獲得初始時刻的位置；（3）航位推算是一個累加的過程，所以隨著時間的推移，航位推算系統(tǒng)誤差會因為累積而很快發(fā)散。如果不補償或不適當?shù)难a償累積的誤差，車輛位置計算會變得越來越不精確。因此，單獨的航位推算系統(tǒng)不能用來進行長時間的獨立定位。航位推算系統(tǒng)主要由航向傳感器和測距裝置組成。目前常用的車載航向傳感器有磁羅盤、差動里程儀和角速率陀螺，測距裝置有加速度計和里程儀。從成本、性能、體積、抗干擾能力和安裝難度等方面綜合考慮，最適合車載DR系統(tǒng)的航向傳感器是角速度陀螺儀，而里程儀由于是大多數(shù)汽車的標準部件，用作測距裝置非常方便。下面介紹這兩種傳感器工作原理及誤差分析

SensorsABC(1)角度傳感器和距離傳感器（速度傳感器）是DR系統(tǒng)的重要組成部分目前較常見的距離傳感器有里程儀和加速度計，加速度計是一種較常見的車輛速度傳感器，它通過測量車輛的加速度，然后對其積分便可得到當前的行駛速度，其優(yōu)點是不易受到車輛自身和道路狀況的影響，但積分過程容易引起誤差累積，而且目前加速度計的價格也要高于里程儀。里程儀價格較低，而且汽車一般都裝有里程儀，因此可以直接使用。常用的角度傳感器有磁羅盤、差分里程儀和角速率陀螺儀。磁羅盤是通過感應地磁的變化直接測量得到車輛的方位角（與地磁北向的夾角），但是磁羅盤易受車體磁化程度的變化及道路環(huán)境磁場的影響造成較大誤差。差分里程儀將兩個里程儀分別安裝在汽車的兩個平行相對的車輪上面，在汽車轉(zhuǎn)彎時兩個里程儀感應的車輛行駛速率不同，由此計算得到汽車的相對轉(zhuǎn)角，但通常差分里程儀測得的航向誤差也較大。SensorsABC(2)-Odometer里程儀是測量車輛行駛距離或速度的傳感器，常用的有兩種測量手段，即無線電測速方式和汽車齒輪感應方式。雖然無線電測速相對比較準確，但價格較高，不適合普及。汽車齒輪感應式里程儀在現(xiàn)有的車輛上都是現(xiàn)存的，對系統(tǒng)不需要增加額外的費用，因此在汽車組合導航系統(tǒng)中使用比較廣泛?，F(xiàn)代汽車上都裝有導向系統(tǒng)、電子儀表等裝置，這些裝置都需要汽車車速信號。因此，利用車輛本身自帶的車速傳感器來實現(xiàn)車輛定位可大大降低系統(tǒng)的成本。車速傳感器主要采用霍爾傳感器和可變電阻傳感器，這兩種傳感器都是由汽車傳動裝置上的齒輪轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的電磁脈沖來實現(xiàn)速度的測量

IntegratedLocation

Model目前，可以用于車輛導航的定位手段主要包括衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)、DR系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)、無線電定位技術(shù)以及藍牙技術(shù)等，常用的傳感器主要包括衛(wèi)星接收機、陀螺儀、加速度計、MEMS、里程儀、氣壓計及磁羅盤等。以GPS為代表的衛(wèi)星導航系統(tǒng)具有全球性、全天候、高精度、實時地測定用戶三維位置和速度的能力，但其也有致命的弱點，接收機必須能接收到來自衛(wèi)星的信號才能提供準確、連續(xù)的定位信息，當衛(wèi)星信號被樹木、高層建筑、橋梁及隧道等遮擋或接收機無法接收到四顆及以上的衛(wèi)星信號時，接收機就無法輸出有效信息。以DR系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)為代表的自主式定位技術(shù)是利用距離傳感器和角度傳感器等進行自主定位，其不存在信號傳播問題，抗干擾能力強，而且輸出頻率高，在短時間內(nèi)精度高。但由于傳感器誤差伴隨時間積累快，定位結(jié)果容易發(fā)散，所以這類方法不能長時間單獨使用每一種定位技術(shù)在相應的條件下各有其優(yōu)缺點，任何單一定位技術(shù)對車輛導航系統(tǒng)的精度和可靠性都有一定的限制。由于GPS和DR系統(tǒng)或INS的優(yōu)缺點使兩者具有明顯的互補性，因此將兩者進行組合，來彌補兩者單獨導航定位的諸多不足，使得車輛導航系統(tǒng)能為用戶提供高精度、可靠性強、穩(wěn)定性好的導航定位信息

松散組合是利用卡爾曼濾波將接收機輸出的定位信息與DR系統(tǒng)定位得到的位置和速度進行數(shù)據(jù)融合。松散組合模式的工作原理是：當GPS與DR系統(tǒng)都可用時，將二者單獨定位的結(jié)果（位置、速度信息）相比較，作為卡爾曼濾波器的輸入值，進行數(shù)據(jù)融合，開環(huán)或反饋得到最優(yōu)估計；當GPS中斷時，DR系統(tǒng)以GPS中斷時的瞬時值作為初值繼續(xù)進行推算工作，DR系統(tǒng)定位信息作為系統(tǒng)的輸出，直到GPS工作正常；當DR系統(tǒng)出現(xiàn)故障，以GPS定位結(jié)果作為系統(tǒng)的輸出。松散組合的特點包括計算量小、速度快；容錯性好，GPS和DR系統(tǒng)保持了各自的獨立性，其中任何一個出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)仍可以繼續(xù)工作；組合定位系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，不需改變原有的硬件設計，便于工程實現(xiàn)；GPS接收機、DR