基于交互多模型的車輛多傳感融合定位技術(shù)研究.pdf

1、車輛定位技術(shù)是實(shí)現(xiàn)車輛主動(dòng)安全和智能交通系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。尤其是城市環(huán)境下車輛定位問(wèn)題的解決能極大改善交通環(huán)境，加快交通智能化的步伐。論文針對(duì)城市環(huán)境下GPS傳感器易失效的問(wèn)題和車輛運(yùn)行狀態(tài)機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)的特點(diǎn)，研究基于GPS傳感器、陀螺儀、輪速傳感器、單目視覺(jué)、電子羅盤(pán)等多傳感器的車輛融合定位技術(shù)。論文首先研究多傳感信息的同步采集技術(shù)，接著深入研究了基于單目視覺(jué)的車速估計(jì)方法，以補(bǔ)償輪速傳感器在車輛低速行駛時(shí)測(cè)速誤差大甚至失效的不足，接著建

2、立多個(gè)運(yùn)動(dòng)模型以準(zhǔn)確描述城市環(huán)境下車輛的高機(jī)動(dòng)運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)，根據(jù)GPS是否失效為各模型建立不同的觀測(cè)方程，進(jìn)而利用IMM-EKF（交互多模型-擴(kuò)展卡爾曼濾波）算法，實(shí)現(xiàn)多模型的自適應(yīng)交互融合，以保障定位的準(zhǔn)確性和可靠性。最后，本文進(jìn)行了仿真和實(shí)車試驗(yàn)。論文完成的具體內(nèi)容如下:
　　(1)闡述了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有車輛融合定位技術(shù)相關(guān)的最新進(jìn)展，分析了一些現(xiàn)有多傳感器組合定位技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)和不足。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)城市環(huán)境下GPS易失效的問(wèn)題和車

3、輛運(yùn)行機(jī)動(dòng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，確立了本文的研究課題---基于交互多模型的車輛多傳感融合定位技術(shù)研究。并確立了研究課題的系統(tǒng)構(gòu)架，包括傳感器選型、信息同步采集、多模型的建立、觀測(cè)模型的建立以及多模型的交互算法等具體實(shí)現(xiàn)方案。
　　(2)針對(duì)車輛低速運(yùn)行而輪速傳感器測(cè)速不準(zhǔn)甚至失效的狀況，研究利用單目視覺(jué)實(shí)現(xiàn)對(duì)車速的準(zhǔn)確估計(jì):首先對(duì)路面圖像預(yù)處理以凸顯瀝青路面特征信息，接著采用Harris算法檢測(cè)路面圖像的特征點(diǎn)，然后利用基于稀疏光流的Luc

4、as-Kanade算法完成特征點(diǎn)匹配，并采用RANSAC優(yōu)化算法剔除誤差較大匹配點(diǎn)，最終由圖像光流重構(gòu)出車體坐標(biāo)系下較高精度的縱向速度參數(shù)。試驗(yàn)結(jié)果證明該方法在較低車速時(shí)測(cè)速精度為0.012m/s左右，單幀處理時(shí)間為118ms左右，所以在車速較低甚至零速時(shí)，該方法可以實(shí)時(shí)地較準(zhǔn)確獲取車速信息，有效彌補(bǔ)輪速傳感器誤差較大甚至失效的不足。
　　(3)針對(duì)城市環(huán)境下，車輛存在頻繁加減速、轉(zhuǎn)向等高機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，而單一車輛運(yùn)動(dòng)模型難以全面描

5、述車輛的整個(gè)行駛過(guò)程的情況，本文將車輛的多種運(yùn)行狀態(tài)分解成典型的勻速、勻加速及勻轉(zhuǎn)向三種基本運(yùn)動(dòng)學(xué)模型。并采用IMM-EKF（交互多模型-擴(kuò)展卡爾曼濾波）算法，實(shí)現(xiàn)三種模型的自適應(yīng)交互、切換及融合，以更全面、更準(zhǔn)確地描述復(fù)雜城市環(huán)境下車輛的運(yùn)行過(guò)程。
　　(4)針對(duì)城市環(huán)境下GPS失效的問(wèn)題，本文在IMM框架下的各模型中，根據(jù)各傳感器的性能特點(diǎn)和組合定位的互補(bǔ)性，建立不同的觀測(cè)模型，隔離不準(zhǔn)確甚至失效的傳感器。GPS正常工作時(shí)，以

6、GPS和陀螺儀分別作為多模型的觀測(cè)和外輸入信息源，進(jìn)行融合定位。在GPS失效時(shí)，以輪速傳感器、陀螺儀、電子羅盤(pán)作為多模型的觀測(cè)和外輸入信息源進(jìn)行遞推定位;在較低車速下，針對(duì)輪速傳感器測(cè)速不準(zhǔn)甚至失效的問(wèn)題，以單目視覺(jué)估計(jì)的車速作為模型的車速觀測(cè)量，為定位算法提供可靠準(zhǔn)確的速度參數(shù)，進(jìn)一步保障融合定位算法在GPS失效情況以及輪速傳感器失效時(shí)的定位精度和可靠性。大量仿真結(jié)果和試驗(yàn)結(jié)果表明，本方法具有成本低、可靠性較高和定位準(zhǔn)確度較高等優(yōu)點(diǎn)。