智能網(wǎng)聯(lián)汽車感知技術(shù) 課件 項(xiàng)目5 組合導(dǎo)航的裝配與調(diào)試

項(xiàng)目五組合導(dǎo)航的裝配與調(diào)試目錄GNSS定位原理概述北斗定位原理GNSS定位誤差來源RTK定位技術(shù)車載GNSS參數(shù)IMU工作原理概述陀螺儀工作原理車載IMU參數(shù)IMU定位誤差來源組合導(dǎo)航工作原理概述GNSS（GlobalNavigationSatelliteSystem）全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)

美國的全球定位系統(tǒng)（GPS，GlobalNavigationSystem,）俄羅斯的GLONASS系統(tǒng)歐盟的GALILEO系統(tǒng)中國的北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)（BDS，BeiDouNavigationSatelliteSystem）北斗定位原理2020年7月29日，北斗三號(hào)最后一顆組網(wǎng)衛(wèi)星已入網(wǎng)工作。北斗系統(tǒng)總共55顆衛(wèi)星，分3種軌道：GEO，MEO，ISEO。北斗定位原理L=T·c測(cè)距原理：GNSS定位誤差來源RTK定位技術(shù)RTK（Real-TimeKinematic，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)），載波相位差分技術(shù)基準(zhǔn)站觀測(cè)和接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)；基準(zhǔn)站通過旁邊的無線電臺(tái)（數(shù)據(jù)鏈），將觀測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送給流動(dòng)站（距離一般不超過20公里）；流動(dòng)站收到基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)的同時(shí)，也觀測(cè)和接收了衛(wèi)星數(shù)據(jù)；流動(dòng)站在基準(zhǔn)站數(shù)據(jù)和自身數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)相對(duì)定位原理，進(jìn)行實(shí)時(shí)差分運(yùn)算，從而解算出流動(dòng)站的三維坐標(biāo)。RTK定位技術(shù)網(wǎng)絡(luò)RTK技術(shù)車載GNSS參數(shù)（華信天線）IMU概述定位模塊除了需要告訴系統(tǒng)車輛的當(dāng)前位置之外，還提供更多的信息，實(shí)際上定位模塊還需要提供車輛當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，例如：車的航向，速度，加速度，角速度等狀態(tài)信息。圖1位置信息圖2狀態(tài)信息IMU概述IMU（Inertialmeasurementunit）慣性測(cè)量單元，是測(cè)量物體三軸姿態(tài)角（或角速率）以及加速度的裝置。一般的，一個(gè)IMU內(nèi)會(huì)裝有三軸的陀螺儀和三個(gè)方向的加速度計(jì)，來測(cè)量物體在三維空間中的角速度和加速度，并以此解算出物體的姿態(tài)。

陀螺儀工作原理(1)定軸性：是指陀螺轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，在沒有任何外力作用在陀螺儀上時(shí)，陀螺儀的自轉(zhuǎn)軸在慣性空間中的指向保持穩(wěn)定不變，即指向一個(gè)固定的方向。(2)進(jìn)動(dòng)性：是指陀螺轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，若外力矩作用于外環(huán)軸，陀螺主軸將繞內(nèi)環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。若外力矩作用于內(nèi)環(huán)軸，陀螺主軸將繞外環(huán)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。轉(zhuǎn)動(dòng)角速度方向與外力矩作用方向相互垂直。角動(dòng)量守恒定律陀螺儀工作原理MEMS（

Micro-Electro-MechanicalSystem，微機(jī)電系統(tǒng)）陀螺儀也叫做微電子機(jī)械系統(tǒng)、微系統(tǒng)、微機(jī)械等，指尺寸在幾毫米乃至更小的高科技裝置。主要由傳感器、作動(dòng)器（執(zhí)行器）和微能源三大部分組成。常見的MEMS產(chǎn)品尺寸一般都在3mm×3mm×1.5mm，甚至更小?？评飱W利力這是一種在非慣性參考系下引入的慣性力，是非真實(shí)存在的力。黑色質(zhì)量塊以特定的速度V沿著一個(gè)方向移動(dòng)一個(gè)外部角速度被施加產(chǎn)生科里奧利力，導(dǎo)致質(zhì)量塊發(fā)生相比于施加角速度方向的垂直位移陀螺儀工作原理VωF車載IMU參數(shù)星網(wǎng)宇達(dá)，Newton-M2車載衛(wèi)星/慣性組合導(dǎo)航系統(tǒng)由高精度測(cè)繪級(jí)衛(wèi)星接收板卡、三軸MEMS陀螺儀、三軸MEMS加速度計(jì)組成。產(chǎn)品可在星況良好的環(huán)境下提供厘米級(jí)定位精度，并在衛(wèi)星信號(hào)遮擋、多路徑等環(huán)境下長時(shí)間保持位置、速度、姿態(tài)精度。IMU定位誤差來源組合導(dǎo)航工作原理GNSS多路徑現(xiàn)象衛(wèi)星信號(hào)經(jīng)過障礙物的折射和反射來到接收機(jī)，很明顯，這種情況下信號(hào)傳播的時(shí)間被延長了，隨之帶來定位誤差。單一GNSS系統(tǒng)定位的缺陷：高度依賴衛(wèi)星信號(hào)質(zhì)量，在信號(hào)受影響的環(huán)境下定位誤差大在無衛(wèi)星信號(hào)的地方，無法輸出位置速度測(cè)量值輸出不平順定位輸出頻率低組合導(dǎo)航工作原理IMU誤差累積（閉著眼睛走路）如果某一步的測(cè)量值出現(xiàn)誤差，此誤差會(huì)隨著時(shí)間的推移被不斷積累和放大。單一IMU沒有絕對(duì)定位信息。它可以刻畫出準(zhǔn)確的路徑，但并不知道路徑的起始點(diǎn)在哪里。組合導(dǎo)航工作原理（衛(wèi)慣）組合導(dǎo)航組成：衛(wèi)-衛(wèi)星定位系統(tǒng)（GNSS-GlobalNavigationSatelliteSystem）慣-慣性測(cè)量模塊（IMU-Inertialmeasurementunit）組合導(dǎo)航工作原理組合導(dǎo)航系統(tǒng)框架：組合導(dǎo)航系統(tǒng)內(nèi)置的算法，會(huì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)所有狀態(tài)參數(shù)，調(diào)整預(yù)測(cè)值與測(cè)量值之間的權(quán)重關(guān)系，來最大程度地減小定位定向誤差。組合導(dǎo)航工作原理根據(jù)不同的數(shù)據(jù)融合方式，將組合導(dǎo)航分成了松耦合、緊耦合和深耦合三種形態(tài)。松耦合組合導(dǎo)航工作原理緊耦合組合導(dǎo)航工作原理深耦合組合導(dǎo)航工作原理項(xiàng)目五組合導(dǎo)航的裝配與調(diào)試目錄Ubuntu系統(tǒng)下文件的創(chuàng)建方法IMU參數(shù)配置方法及關(guān)鍵參數(shù)關(guān)鍵參數(shù)配置方法實(shí)驗(yàn)臺(tái)架定位腳本的運(yùn)行定位效果驗(yàn)證1、ubuntu系統(tǒng)下文件的創(chuàng)建方法touch命令在需要?jiǎng)?chuàng)建文件的位置，右鍵選擇打開終端，輸入命令：touchtest01.txttest01.txt即為需要?jiǎng)?chuàng)建的文件名及擴(kuò)展名2、IMU配置文件IMU配置文件的具體內(nèi)容參考教材，其中幾條關(guān)鍵信息：命令目的注意事項(xiàng)$cmd,set,leverarm,gnss,0,-0.1,0.6*ff設(shè)置RTK主天線在IMU坐標(biāo)系中的位置需要將0，-0.1，0.6字段替換為實(shí)際測(cè)量值$cmd,set,localip,192,168,0,123*ff設(shè)置IMU在局域網(wǎng)下的ip地址此地址需根據(jù)實(shí)際型號(hào)填寫不同的ip值$cmd,set,localgate,192,168,0,1*ff中192.168.0.1設(shè)置IMU在局域網(wǎng)下的網(wǎng)關(guān)地址網(wǎng)關(guān)的值需要與ip地址段項(xiàng)匹配$cmd,set,netuser,qianxun1234:abc123*ff設(shè)置組合導(dǎo)航系統(tǒng)與千尋服務(wù)器通訊的賬號(hào)和密碼將qianxun1234:abc123字段替換為實(shí)際購買的賬號(hào)和密碼2、IMU配置文件IMU配置文件的配置方法：1在Device選項(xiàng)中選擇/dev/ttyS0設(shè)備2點(diǎn)擊open將設(shè)備端口打開3在點(diǎn)擊sendfile按鈕將imusysinfo.conf文件發(fā)送給IMU2、IMU配置文件IMU配置后的驗(yàn)證1：1、使用cutecom軟件將imusysinfo.conf文件發(fā)送給IMU；2、檢查cutecom軟件的輸出值是否與配置文件一致。2、IMU配置文件IMU配置后的驗(yàn)證2：1、檢查IMU是否正確獲得局域網(wǎng)中的ip地址；2、使用ping192.168.0.123命令，觀察其返回值。3、定位腳本的運(yùn)行啟動(dòng)dreamview，模式選擇DevKitPerceptionPlat，車輛選擇DevKitNew，地圖選擇SunyvaleBigLoop：3、定位腳本的運(yùn)行重新打開一個(gè)終端，進(jìn)入docker環(huán)境后輸入命令：./bazel-bin/modules/tools/sensor_calibration/fake_tf_pose_publisher運(yùn)行定位數(shù)據(jù)發(fā)布腳本，并保持該終端運(yùn)行，不要關(guān)閉，如圖所示。3、定位腳本的運(yùn)行在docker中啟動(dòng)cyber_monitor工具，并找到/apollo/localization/pose條目，按回車鍵進(jìn)入。3、定位腳本的運(yùn)行position中的x、y和z值指的是當(dāng)前車輛在utm坐標(biāo)系下的三維坐標(biāo)；orientation下的qx、qy、qz和qw值指的是車輛的姿態(tài)信息，用四元數(shù)來表示車輛的姿態(tài)；linear_velocity和linear_acceleration兩個(gè)條目下的數(shù)據(jù)分別表示當(dāng)前車輛沿著x軸、y軸和z軸方向的速度和加速度值；heading條目下的數(shù)據(jù)指當(dāng)前的航向角。3、定位腳本的運(yùn)行觀察定位效果：車輛可以正常在高精地圖中定位。項(xiàng)目五組合導(dǎo)航的裝配與調(diào)試目錄CAN卡驅(qū)動(dòng)及檢查1.啟動(dòng)CAN卡驅(qū)動(dòng)腳本2.檢查驅(qū)動(dòng)是否成功二.車輛定位啟動(dòng)和檢查1.啟動(dòng)定位模塊2.檢查定位條目信息三.錄制軌跡四.回放軌跡1、CAN卡驅(qū)動(dòng)及檢查使用start.sh腳本在終端中使用命令cdsocketcan/命令切換到socketcan文件夾在該文件夾內(nèi)運(yùn)行

bashstart.sh腳本1、CAN卡驅(qū)動(dòng)及檢查使用start.sh腳本在終端中使用命令ifconfig命令檢查終端輸出結(jié)果是否包含can0和can1兩條信息，如圖所示如不包含則重復(fù)執(zhí)行bashstart.sh命令再一次嘗試啟動(dòng)CAN卡驅(qū)動(dòng)后再次檢查2、車輛定位啟動(dòng)和檢查啟動(dòng)dreamview后選擇RTK模塊和對(duì)應(yīng)的車輛代號(hào)，在modulecontroller標(biāo)簽頁中選擇打開gps、localization和canbus

3個(gè)模塊2、車輛定位啟動(dòng)和檢查在docker環(huán)境下打開cyber_monitor工具，查看/apollo/canbus/chassis條目、/apollo/canbus/chassis_detail條目和/apollo/localization/pose條目數(shù)據(jù)是否為綠色狀態(tài)，幀率在100左右2、車輛定位啟動(dòng)和檢查檢查/apollo/sensor/gnss/bestpose條目下的sol_type值應(yīng)為NARROW_INT3、軌跡錄制保持Canbus、GPS和Localization模塊打開，繼續(xù)打開RTKRecorder模塊，打開后立即遙控車輛前進(jìn)至目標(biāo)位置，并關(guān)閉RTKRecorder模塊。3、軌跡錄制在錄制軌跡過程中需要注意以下幾個(gè)問題：打開RTKRecorder功能后即開始使用遙控器遙控車輛行駛，軌跡錄制完成后及時(shí)關(guān)閉該功能；數(shù)據(jù)錄制過程中不要關(guān)閉該功能，如關(guān)閉后再次打開，則軌跡記錄從再次打開的位置開始錄制；同一段軌跡中不要使用倒擋；遙控車輛行駛錄制軌跡數(shù)據(jù)時(shí)車輛速度不應(yīng)過快防止車輛失控，不要嘗試錄制速度大于4m/s的軌跡。軌跡錄制后，其數(shù)據(jù)保存路徑為~/apollo/data/log/，在該路徑下應(yīng)生成garage.csv和garage-x-x-x.csv兩個(gè)文件，其中g(shù)ar