园区磁钉导航系统建图与定位方法研究

发布时间：2020-09-07 10:26

　　磁钉导航技术有着稳定、可靠的优点,基于磁钉导航技术的无人驾驶车辆已经取得了一定的应用。磁钉导航依赖磁钉地图。现有的磁钉导航应用,都是依据工程经验进行磁钉布局,再利用高精度GPS逐个测量磁钉坐标,从而构建磁钉地图,最后利用磁钉计数实现车辆定位。然而,依据工程经验的磁钉布局方法缺乏普适性;GPS测量建图效率低下,适用性差;磁钉计数在路口处难以实现。在园区环境下,道路交叉、高楼遮挡、路口众多等因素都限制了现有磁钉导航方法的应用。因此,本文针对园区的磁钉导航系统,对磁钉布局、磁钉地图创建以及基于磁钉地图的车辆定位等相关问题进行了深入的研究。首先,针对磁钉布局的难题,本文先是阐明了磁钉布局的原则,然后提出了磁钉段的概念,并详述了磁钉段的设计方法。在磁钉段的基础上,针对路段和路口的不同场景,本文分别设计了对应的磁钉布局方案。最后按照提出的布局方案,进行了单环路磁钉地图和带有路口的磁钉地图的布局实验。其次,针对GPS测量建图难以适用于园区磁钉导航系统的问题,本文提出了基于磁钉段特征的磁钉地图创建方法,先找出道路的磁钉段特征,利用磁钉段特征匹配构建图优化算法中的图,针对错误匹配,提出了改进图优化的方法,图优化完成后,就可以得到磁钉坐标,从而建立磁钉地图。这种方法不受地图形式和环境遮挡的限制,适用性强,建图过程简单易于操作。最后,本文深入研究了基于磁钉地图的车辆定位问题。首先明确了整个定位系统的架构,然后针对车辆在磁钉地图中的初始定位问题,提出了基于磁钉段特征的初始定位方法。然后建立了车辆位姿的状态方程和观测方程,利用扩展卡尔曼滤波(EKF)方法融合了惯导、里程计和磁传感器的测量数据,实现了车辆的准确定位。最后在真实场景中进行了车辆的定位实验,实验结果证明了该方法的有效性。
【学位单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.6
【部分图文】：

园区磁钉导航系统建图与定位方法研究

PATH计划演示项目[10]

智能车,绿洲,道路模型

图 1- 2 CyberC3 智能车在东方绿洲的演示[2]Fig.1-2 The demo of CyberC3 intelligent car in Oriental Oasis[2]文献[22]在文献[2]的基础上，继续对磁钉导航进行了深入的研究，设传感器和磁钉检测算法，使得磁钉的检测精度获得了很大的提升。同]在研究了磁钉跟踪和道路模型后，提出了使用磁钉跟踪结果拟合道路

编码格式,磁传感器

图 1-3 磁钉编码格式[2]Fig.1-3 Magnetic nails encoding format[2]，磁钉编码仅仅是磁钉布局的一部分。完整的磁钉布局，考虑，还有对磁钉位置的考虑。由于现在的磁钉检测系统检测，一旦同时有两颗磁钉位于磁传感器下方，则磁传感

【参考文献】