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(huì)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(hào)檢測(cè)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(duì)基于磁阻傳感器陣列的車輛橫向偏差檢測(cè)問題、車輛定位問題以及道路跟

2、蹤問題進(jìn)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(duì)磁傳感系統(tǒng)的各個(gè)功能模塊提出了詳細(xì)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則,對(duì)磁傳感系統(tǒng)中的磁釘和磁阻傳感器陣列兩個(gè)主要模塊了進(jìn)行設(shè)計(jì),并建立了磁釘模塊優(yōu)化目標(biāo)函數(shù),對(duì)磁釘?shù)某叽缭O(shè)計(jì)進(jìn)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(shí)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
　　 在車輛磁導(dǎo)航系統(tǒng)中,車輛橫向偏差的精確測(cè)量對(duì)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(chǎng)信號(hào),詳細(xì)分析并測(cè)試了地磁場(chǎng)和外界磁性物體對(duì)磁釘磁場(chǎng)信號(hào)的影響,并提出了有效的去除干擾的傳感器差分測(cè)量方法。在建立準(zhǔn)確磁釘磁場(chǎng)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(jiǎn)單易行、魯棒性高,()閾值的設(shè)定不容易確定,測(cè)量精度不夠高,為了提高

4、車輛橫向偏差的測(cè)量精度,提出了一種序列磁場(chǎng)比值算法,該方法在測(cè)量范圍內(nèi),不受車輛豎直及縱向運(yùn)動(dòng)的影響,()有比較好的魯棒性,磁場(chǎng)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(chǎng)比值與橫向偏差的函數(shù)關(guān)系,容易實(shí)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(yùn)動(dòng)模型、里程計(jì)模型以及磁傳感系統(tǒng)的測(cè)量模型,磁傳感系統(tǒng)的測(cè)量模型能夠提供車輛

5、相對(duì)于磁釘?shù)奈恢眉胺较蛐畔??；诶锍逃?jì)的航位推算存在誤差,隨著時(shí)間的累積會(huì)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(jì)數(shù)據(jù)和磁傳感器數(shù)據(jù),與傳統(tǒng)的擴(kuò)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(yàn)估計(jì)精確到與三階泰勒級(jí)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(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)的有效性,實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了這種方法的有效性和魯棒性。
　　 對(duì)于車輛道路跟蹤,道路軌跡跟蹤及跟蹤平順性是兩個(gè)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(yùn)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(xiǎn)杠處的磁傳感器直接測(cè)量得到。根據(jù)磁釘有“N”極和“S”極兩個(gè)不同極性的特征,提出了磁釘二進(jìn)制編碼