自主車輛多傳感器導(dǎo)航與橫向魯棒控制的研究.pdf

1、為適應(yīng)汽車道路試驗(yàn)的發(fā)展要求，本論文對(duì)用于汽車道路試驗(yàn)的駕駛機(jī)器人的多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展了深入的研究。本文從系統(tǒng)工程的觀點(diǎn)出發(fā)，將具備導(dǎo)航、信息融合與控制等功能的駕駛機(jī)器人與汽車看作一個(gè)有機(jī)的整體-自主車輛，圍繞自主車輛在通常的結(jié)構(gòu)化試驗(yàn)道路上實(shí)現(xiàn)自主駕駛所涉及的多種導(dǎo)航技術(shù)、多傳感器融合與組合導(dǎo)航、以及車輛自主道路跟蹤的橫向控制等關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題開(kāi)展了研究工作。本文主要的研究?jī)?nèi)容及成果包括： (1)針對(duì)結(jié)構(gòu)化汽車道路試驗(yàn)環(huán)境的車輛引導(dǎo)

2、線圖像特征，提出了車輛引導(dǎo)線的實(shí)時(shí)圖像檢測(cè)方法。其中，在車輛引導(dǎo)線特征參數(shù)的提取中，分別采用了三種方法并通過(guò)試驗(yàn)對(duì)比了它們的效果。各種典型路況下的試驗(yàn)表明，本文所提出的基于標(biāo)量化處理Kalman濾波的車輛引導(dǎo)線檢測(cè)方法在識(shí)別精度、可靠性、實(shí)時(shí)性等方面都具有良好的性能。 (2)根據(jù)攝像機(jī)的成像幾何關(guān)系，提出了一種針對(duì)近視野情況的自主車輛橫向偏差的視覺(jué)測(cè)量方法。對(duì)于該方法中的攝像機(jī)標(biāo)定，選用了一種簡(jiǎn)便易行的、適合室外道路環(huán)境的標(biāo)定方

3、法。實(shí)車試驗(yàn)表明橫向偏差的視覺(jué)測(cè)量方法在近視野情況下對(duì)于一般路面可以取得厘米級(jí)的測(cè)量精度。 (3)深入研究了自主車輛的SINS/GPS組合導(dǎo)航問(wèn)題。確定了適合自主車輛長(zhǎng)時(shí)間、高精度導(dǎo)航要求的松散式、間接反饋校正的SINS/GPS組合導(dǎo)航方案。建立了基于位置、速度和姿態(tài)組合的自主車輛SINS/GPS組合導(dǎo)航Kalman濾波模型和H∞濾波模型。仿真結(jié)果表明，自主車輛SINS/GPS組合導(dǎo)航采用Kalman濾波可取得較好的導(dǎo)航精度與實(shí)

4、時(shí)性，但需準(zhǔn)確掌握系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)特性，對(duì)干擾變化較為敏感；而H∞濾波對(duì)系統(tǒng)噪聲的不確定性具有較強(qiáng)的魯棒性，但實(shí)時(shí)性不如Kalman濾波。 (4)為提高導(dǎo)航系統(tǒng)的容錯(cuò)能力和環(huán)境適應(yīng)能力，提出了一種利用GPS/視覺(jué)/數(shù)字地圖/光電測(cè)速儀等多傳感器輔助SINS的集中式自主車輛組合導(dǎo)航方法，詳細(xì)推導(dǎo)并建立了系統(tǒng)的觀測(cè)模型。為更方便地對(duì)傳感器進(jìn)行故障診斷，又提出了一種自主車輛基于SINS/GPS/視覺(jué)/數(shù)字地圖/光電測(cè)速儀的多傳感器組合導(dǎo)航的

5、自適應(yīng)聯(lián)邦濾波方法。仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了所提出的兩種多傳感器組合導(dǎo)航方法均能在GPS發(fā)生較長(zhǎng)時(shí)間中斷情況下為自主車輛提供準(zhǔn)確、可靠的導(dǎo)航信息，但后一種方法更利于故障診斷與隔離。 (5)結(jié)合現(xiàn)有的試驗(yàn)條件，進(jìn)行了臼主下輛SINS/CP-DGPS組合導(dǎo)航的半物理仿真試驗(yàn)。研制了基于CPLD的GPS與IMU信號(hào)的同步電路，解決了GPS和SINS數(shù)據(jù)的時(shí)間同步問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)半物理仿真試驗(yàn)驗(yàn)證了自主車輛SINS/CP-DGPS間接反饋校