基于磁阻傳感器陣列的車輛自主導(dǎo)航系統(tǒng)研究.pdf

1、交通堵塞和交通事故頻發(fā)是道路交通所面臨的主要問題,發(fā)展智能車輛能夠有效地提高道路的通行能力和交通安全性。在城市環(huán)境中,道路環(huán)境比較復(fù)雜,常用的GPS導(dǎo)航技術(shù)、視覺導(dǎo)航技術(shù)以及無線導(dǎo)航技術(shù)等會受到復(fù)雜環(huán)境、變化的天氣及光線條件的影響,導(dǎo)致信號檢測不可靠。磁導(dǎo)航被認(rèn)為是一種非?？煽康膫鞲屑夹g(shù),不容易受雨水、霧、雪等天氣情況以及光線變化的影響,具有很高的可靠性和魯棒性。本文主要對基于磁阻傳感器陣列的車輛橫向偏差檢測問題、車輛定位問題以及道路跟

2、蹤問題進行研究。
　　 磁傳感系統(tǒng)是智能車輛磁導(dǎo)航技術(shù)研究的基礎(chǔ),磁傳感系統(tǒng)模塊性能的優(yōu)劣能夠影響磁傳感技術(shù)在車輛自主導(dǎo)航中的應(yīng)用。本文首先介紹了車輛自主導(dǎo)航系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu),對磁傳感系統(tǒng)的各個功能模塊提出了詳細(xì)的設(shè)計準(zhǔn)則,對磁傳感系統(tǒng)中的磁釘和磁阻傳感器陣列兩個主要模塊了進行設(shè)計,并建立了磁釘模塊優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),對磁釘?shù)某叽缭O(shè)計進行優(yōu)化,降低了磁釘?shù)某杀?采用了兩種不同傳感器間距的磁阻傳感器陣列方式,節(jié)省了傳感器的使用數(shù)量,實現(xiàn)了

3、一套成本低、靈敏度高、可靠性好、傳感器安裝高度比較高的磁傳感系統(tǒng),并進行了實驗測試。
　　 在車輛磁導(dǎo)航系統(tǒng)中,車輛橫向偏差的精確測量對于車輛自主導(dǎo)航具有重要意義。為了獲取有效的磁釘磁場信號,詳細(xì)分析并測試了地磁場和外界磁性物體對磁釘磁場信號的影響,并提出了有效的去除干擾的傳感器差分測量方法。在建立準(zhǔn)確磁釘磁場分布模型的基礎(chǔ)上,提出了一種序列閾值算法,這種算法簡單易行、魯棒性高,()閾值的設(shè)定不容易確定,測量精度不夠高,為了提高

4、車輛橫向偏差的測量精度,提出了一種序列磁場比值算法,該方法在測量范圍內(nèi),不受車輛豎直及縱向運動的影響,()有比較好的魯棒性,磁場比值與橫向偏差之間呈近似線性關(guān)系,這種線性關(guān)系只與傳感器之間的間距有關(guān),不需要利用曲線擬合的方式來建立磁場比值與橫向偏差的函數(shù)關(guān)系,容易實現(xiàn)。
　　 車輛定位是車輛自主導(dǎo)航的重要組成部分,本文介紹了車輛位置模型,詳細(xì)推導(dǎo)了車輛運動模型、里程計模型以及磁傳感系統(tǒng)的測量模型,磁傳感系統(tǒng)的測量模型能夠提供車輛

5、相對于磁釘?shù)奈恢眉胺较蛐畔??；诶锍逃嫷暮轿煌扑愦嬖谡`差,隨著時間的累積會引起比較大的定位誤差,為了消除這種累積誤差,利用無跡卡曼濾波(UKF)方法來融合里程計數(shù)據(jù)和磁傳感器數(shù)據(jù),與傳統(tǒng)的擴展卡爾曼濾波(EKF)方法相比,UKF方法直接利用系統(tǒng)非線性方程,可以使后驗估計精確到與三階泰勒級數(shù)展開式相當(dāng)?shù)木岛头讲?提高了定位精度。為了解決磁傳感系統(tǒng)可能出現(xiàn)漏檢磁釘或誤檢磁釘?shù)膯栴},在傳感器數(shù)據(jù)融合的測量更新階段,引入了數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的方法,來判

6、斷磁傳感系統(tǒng)測量數(shù)據(jù)的有效性,實驗結(jié)果證明了這種方法的有效性和魯棒性。
　　 對于車輛道路跟蹤,道路軌跡跟蹤及跟蹤平順性是兩個重要的問題,首先介紹了基于磁傳感技術(shù)的道路跟蹤系統(tǒng),為了獲取車輛在道路跟蹤過程中的運行狀態(tài),利用車輛前后的橫向偏差值及其變化量作為系統(tǒng)的狀態(tài)變量,推導(dǎo)出了一種新的系統(tǒng)狀態(tài)方程,車輛的橫向偏差可以由安裝在車輛保險杠處的磁傳感器直接測量得到。根據(jù)磁釘有“N”極和“S”極兩個不同極性的特征,提出了磁釘二進制編碼