基于惯性导航系统的车辆自动驾驶装置设计

自动驾驶汽车硬件系统概述

自动驾驶汽车硬件系统概述 自动驾驶汽车的硬件架构、传感器、线控等硬件系统 如果说人工智能技术将是自动驾驶汽车的大脑，那么硬件系统就是它的神经与四肢。从自动驾驶汽车周边环境信息的采集、传导、处理、反应再到各种复杂情景的解析，硬件系统的构造与升级对于自动驾驶汽车至关重要。 自动驾驶汽车硬件系统概述 从五个方面为大家做自动驾驶汽车硬件系统概述的内容分享，希望大家可以通过我的分享，对硬件系统的基础有个全面的了解： 一、自动驾驶系统的硬件架构 二、自动驾驶的传感器 三、自动驾驶传感器的产品定义 四、自动驾驶的大脑 五、自动驾驶汽车的线控系统

自动驾驶事故分析 根据美国国家运输安全委员会的调查报告，当时涉事Uber汽车——一辆沃尔沃SUV系统上的传感器在撞击发生6s前就检测到了受害者，而且在事故发生前1.3秒，原车自动驾驶系统确定有必要采取紧急刹车，此时车辆处于计算机控制下时，原车的紧急刹车功能无法启用。于是刹车的责任由司机负责，但司机在事故发生前0.5s低头观看视频未能抬头看路。 从事故视频和后续调查报告可以看出，事故的主要原因是车辆不在环和司机不在环造成的。Uber在改造原车加装自动驾驶系统时，将原车自带的AEB功能执行部分截断造成原车ADAS功能失效。自动驾驶系统感知到受害者确定要执行应急制动时，并没有声音或图像警报，此时司机正低头看手机也没有及时接管刹车。

目前绝大多数自动驾驶研发车都是改装车辆，相关传感器加装到车顶，改变车辆的动力学模型；改装车辆的刹车和转向系统，也缺乏不同的工况和两冬一夏的测试。图中Uber研发用车是SUV车型自身重心就较高，车顶加装的设备进一步造成重心上移，在避让转向的过程中转向过急过度，发生碰撞时都会比原车更容易侧翻。 自动驾驶研发仿真测试流程 所以在自动驾驶中，安全是自动驾驶技术开发的第一天条。为了降低和避免实际道路测试中的风险，在实际道路测试前要做好充分的仿真、台架、封闭场地的测试验证。 软件在环（Software in loop），通过软件仿真来构建自动驾驶所需的各类场景，复现真实世界道路交通环境，从而进行自动驾驶技术的开发测试工作。软件在环效率取决于仿真软件可复现场景的程度。对交通环境与场景的模拟，包括复杂交通场景、真实交通流、自然天气（雨、雪、雾、夜晚、灯光等）各种交通参与者（汽车、摩托车、自行车、行人等）。采用软件对交通场景、道路、以及传感器模拟仿

捷联式惯性导航系统

1 绪论 随着计算机和微电子技术的迅猛发展，利用计算机的强大解算和控制功能代替机电稳定系统成为可能。于是，一种新型惯导系统--捷联惯导系统从20世纪60年代初开始发展起来，尤其在1969年，捷联惯导系统作为"阿波罗"-13号登月飞船的应急备份装置，在其服务舱发生爆炸时将飞船成功地引导到返回地球的轨道上时起到了决定性作用，成为捷联式惯导系统发展中的一个里程碑。 捷联式惯性导航(strap-down inertial navigation)，捷联（strap-down）的英语原义是“捆绑”的意思。因此捷联式惯性导航也就是将惯性测量元件（陀螺仪和加速度计）直接装在飞行器、舰艇、导弹等需要诸如姿态、速度、航向等导航信息的主体上，用计算机把测量信号变换为导航参数的一种导航技术。现代电子计算机技术的迅速发展为捷联式惯性导航系统创造了条件。惯性导航系统是利用惯性敏感器、基准方向及最初的位置信息来确定运载体的方位、位置和速度的自主式航位推算导航系统。在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏。它完全是依靠载体自身设备独立自主地进行导航，它与外界不发生任何光、声、磁、电的联系，从而实现了与外界条件隔绝的假想的“封闭”空间内实现精确导航。所以它具有隐蔽性好，工作不受气象条件和人为的外界干扰等一系列的优点，这些优点使得惯性导航在航天、航空、航海和测量上都得到了广泛的运用[1] 1.1 捷联惯导系统工作原理及特点 惯导系统主要分为平台式惯导系统和捷联式惯导系统两大类。惯导系统（INS）是一种不依赖于任何外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统，具有隐蔽性好，可在空中、地面、水下等各种复杂环境下工作的特点。 捷联惯导系统（SINS）是在平台式惯导系统基础上发展而来的，它是一种无框架系统，由三个速率陀螺、三个线加速度计和微型计算机组成。平台式惯导系统和捷联式惯导系统的主要区别是：前者有实体的物理平台，陀螺和加速度计置于陀螺稳定的平台上，该平台跟踪导航坐标系，以实现速度和位置解算，姿态数据直接取自于平台的环架；后者的陀螺和加速度计直接固连在载体上作

车载捷联惯导系统基本原理

车载捷联惯导系统基本原理 一、捷联惯导系统基本原理 捷联惯导系统基本原理如图2-1所示： 图中陀螺和加速度计直接与载体系b固联，用来测量载体的角运动信息和线运动信息。导航解算的本质是根据初值进行积分的过程，通过求解姿态微分方程完成对姿态和航向角的积分，通过求解比力微分方程完成对速度的积分，通过求解位置微分方程实现对位置的积分。捷联惯导的姿态矩阵C n 相当于“数学平台”，取代了平台惯导中的实体平台，而ω?相当于对数学平台“施矩”的指令角速率。

二、捷联惯导微分方程 （一）姿态微分方程 在捷联惯导系统中，导航坐标系n 和载体坐标系b 之间的角位置关系通常用姿态矩阵、四元数和欧拉角表示，相应也存在姿态矩阵微分方程、四元数微分方程和欧拉角微分方程三种形式。 姿态矩阵微分方程的表达式为：

在欧拉角微分方程式(2.2-7)中，当俯仰角θ趋于90o时，cosθ趋于0，tanθ趋于无穷，方程存在奇异性，所以这种方法不能在全姿态范围内正常工作；姿态矩阵微分方程式(2.2-1)可全姿态工作，但姿态矩阵更新相当于求解包含9个未知量的线性微分方程组，计算量大；四元数微分方程式(2.2-6)同样可以全姿态工作，且更新算法只需求解4个未知量的线性微分方程组，计算量小，算法简单，是较实用的工程算法。 （二）速度微分方程 速度微分方程即比力方程，是惯性导航解算的基本关系式： 三、捷联惯性导航算法 捷联惯导解算的目的是根据惯性器件输出求解载体姿

态、速度和位置等导航信息，实际上就是求解三个微分方程的过程，相应存在姿态更新算法、速度更新算法和位置更新算法。 （一）姿态更新算法 求解微分方程式(2.2-6)可得四元数姿态更新算法为：

惯性导航系统发展综述报告

惯性导航系统发展综述报告 学号：姓名： 摘要：本文介绍了惯性导航系统的主要组成、基本原理、分类以及优缺点。列举了惯性导航系统在当前的主要应用领域及发展趋势。 关键词：惯性导航系统、陀螺仪、加速度计、GPS、组合导航 一.引言 美国《防务新闻》网站报道称，美军正在研制新型导航定位设备，以替代现在广泛使用的GPS卫星定位导航系统。GPS之所以被美军诟病，主要是由于该系统过于依赖脆弱的天基卫星系统。卫星在战时极易被干扰、破坏，或受到网络攻击，自身安全性难以得到有效保证。为有效解决GPS安全性问题和美军对精确定位、导航、授时服务的需求之间难以调和的矛盾，美军开始积极寻求GPS 的替代品。据称，基于现代原子物理学最新成就的微型惯性导航技术是未来代替GPS的一个重要的技术解决方案。 惯性导航系统是人类最早研发明的导航系统之一。早在1942年德国在V-2火箭上就率先应用了惯性导航技术。从2009年，美国国防部先进研究项目局就深入进行新一代微型惯性导航技术的研发与测试工作。据悉，这种新一代导航系统主要通过集成在微型芯片上的三个原子陀螺仪、加速器和原子钟精确测量载体平台相对惯性空间的角速率和加速度信息，利用牛顿运动定律自动计算出载体平台的瞬时速度、位置信息并为载体提供精确的授时服务。 美军也对该系统的未来发展充满信心。安德瑞·席克尔认为，就像30年前人们没有预想到GPS会发展到目前如此程度一样，在未来20年新一代微型惯性导航系统的发展程度也是无可限量的。 从此报道中可以看出研究惯性导航技术的重要作用。 二．惯性导航系统的概念 惯性导航（inertial navigation）是依据牛顿惯性原理，利用惯性元件（加速度计）来测量运载体本身的加速度，经过积分和运算得到速度和位置，从而达到

人工智能在自动驾驶技术中的的应用

人工智能在自动驾驶技术中的应用 摘要：随着技术的快速发展云计算、大数据、人工智能一些新名词进入大众的视野，人工智能是人类进入信息时代后的又一技术革命正受到越来越广泛的重视。作为人工智能等术在汽车行业、交通领域的延伸与应用，无人驾驶近几年在世界范围内受到了产学界甚至国家层面的密切关注。自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，让电脑可以在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。自动驾驶技术将成为未来汽车一个全新的发展方向。本文将主要介绍人工智能技术在自动驾驶中的应用领域，并对自动技术的发展前景进行一个简单的分析。 关键词：人工智能；自动驾驶；智能汽车；图像识别 0. 引言 人工智能是一门起步晚却发展快速的科学。20 世纪以来科学工作者们不断寻求着赋予机器人类智慧的方法。现代人工智能这一概念是从英国科学家图灵的寻求智能机发展而来，直到1937年图灵发表的论文《理想自动机》给人工智能下了严格的数学定义，现实世界中实际要处理的很多问题不能单纯地是数值计算，如言语理解与表达、图形图像及声音理解、医疗诊断等等。1955 年Newell 和Simon 的Logic Theorist证明了《数学原理》中前52 个定理中的38 个。Simon 断言他们已经解决了物质构成的系统如何获得心灵性质的问题( 这种论断在后来的哲学领域被称为“强人工智能”) ，认为机器具有像人一样逻辑思维的能力。1956 年，“人工智能”( AI) 由美国的JohnMcCarthy 提出，经过早期的探索阶段，人工智能向着更加体系化的方向发展，至此成为一门独立的学科。五十年代，以游戏博弈为对象开始了人工智能的研究；六十年代，以搜索法求解一般问题的研究为主；七十年代，人工智能学者进行了有成效的人工智能研究；八十年代，开始了不确定推理、非单调推理、定理推理方法的研究；九十年代，知识表示、机器学习、分布式人工智能等基础性研究方面都取得了突破性的进展。 1. 人工智能在自动驾驶技术中的应用概述 人工智能发展六十年，几起几落，如今迎来又一次热潮，深度学习、计算机

浅谈农机GPS卫星定位和自动导航驾驶系统的应用

农机GPS卫星定位和自动导航驾驶系统的应用概论随着我国高新技术的应用和电子信息技术的渗透，以及现代化精细农业的要求和农机高科技技术的迅速发展。农机GPS卫星定位和自动导航驾驶已成为现代化大农业的一个重要组成部分。在播种、施肥、洒药、收获、整地、起垄等许多农机作业项目上发挥着重要的作用，并有着广阔的发展前景。 2010年鹤山农场本着“立足大农机、发展大农业”的原则，不断提高农机科技含量和高新技术的推广应用，为迪尔7830、克拉斯836等先进机型安装了17套GPS卫星定位和自动导航驾驶系统，通过进行秋整地和秋起垄作业，这套系统不仅提高了机车的作业质量和工作效率，实现节本增效，而且很大程度的减轻了驾驶操作人员的劳动强度。 “三秋”阶段机车减少了“重漏”和“空跑”现象，17台车共节省主燃油45吨，节约资金33.75万元，提高机车工作效率20%以上，增加时间利用率4个百分点。实现节本增效67.75万元。 1 系统的组成和工作原理 1.1 系统组成：主要有导航光靶、方向传感器、通信模块、导航控制器、液压控制器等。 导航光耙：接收GPS的定位信号，在设定导航线后，根据机组作业幅宽进行自动直线导航，技术特点是在没有作业导航图的情况下可在作业中生成导航线，差分GPS的定位下，可对农机田间直线行走作业精确引导，使机组作业不重不漏，并具有作业面积计算统计等功能。 方向传感器：向导航控制器发送高精度的转角信息。

通信模块：接收基站的差分数据。 导航控制器：自动驾驶系统的核心，通过接收GPS的定位信息和方向传感器的转角信息，向液压系统发送指令。 液压控制器:液压控制器根据导航控制器发送的指令，改变油箱的流量和流向，保证农机按照设定的路线行驶。 1.2 工作原理 首先在在导航光靶上设定车辆行走线，设置导航模式（直线或者曲线）。通过接收基站差分数据，实现厘米级的卫星定位，实时向向控制器发精确的定位信息。方向传感器实时向控制器发送车轮的运动方向。导航控制器根据卫星定位的坐标及车轮的转动情况，实时向液压控制阀发送指令，通过控制液压系统油量的流量和流向，控制车辆的行驶，确保车辆按照导航光耙设定的路线行驶。 2 实际作业情况 2.1 提高土地利用率。 该系统的基站设在农场农机管理服务中心，设备要求24小时工作，基站的覆盖半径可达50KM，可以完全覆盖全场地号的作业面积，满足农场农机田间作业要求。农机使用自动驾驶系统进行起垄、播种、洒药、整地等作业时，结合线之间的偏差和千米直线度偏差可以控制在2.5厘米，减少农作物生产投入成本，并且可以提高农艺作业质量，避免作业过程产生的“重漏”现场，降低生产成本，提高土地利用率，增加了经济效益。 2.2 提高机车时间利用率和作业质量 该系统提高了机车的操作性能，延长了作业时间，可以实现夜间播种作业，

惯性导航的工作原理及惯性导航系统分类

惯性导航的工作原理及惯性导航系统分类 惯性导航系统(INS)是一种自主式的导航设备，能连续、实时地提供载体位置、姿态、速度等信息;特点是不依赖外界信息，不受气候条件和外部各种干扰因素。 惯性导航及控制系统最初主要为航空航天、地面及海上军事用户所应用，是现代国防系统的核心技术产品，被广泛应用于飞机、导弹、舰船、潜艇、坦克等国防领域。随着成本的降低和需求的增长，惯性导航技术已扩展到大地测量、资源勘测、地球物理测量、海洋探测、铁路、隧道等商用领域，甚至在机器人、摄像机、儿童玩具中也被广泛应用。 不同领域使用惯性传感器的目的、方法大致相同，但对器件性能要求的侧重各不相同。从精度方面来看，航天与航海领域对精度要求高，其连续工作时间也长;从系统寿命来看，卫星、空间站等航天器要求最高，因其发射升空后不可更换或维修;制导武器对系统寿命要求最短，但可能须要满足长时间战备的要求。涉及到军事应用等领域，对可靠性要求较高。 惯性导航的工作原理 惯性导航系统是一种自主式的导航方法，它完全依靠载体上的设备自主地确定载体的航向、位置、姿态和速度等导航参数，而不需要借助外界任何的光、电、磁等信息。 惯性导航是一门涉及精密机械、计算机技术、微电子、光学、自动控制、材料等多种学科和领域的综合技术。其基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度、角加速度，将它对时间进行一次积分，求得运动载体的速度、角速度，之后进行二次积分求得运动载体的位置信息，然后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位置信息等。百度搜索“乐晴智库”，获得更多行业深度研究报告 惯性导航系统分类

惯性导航系统发展应用现状

惯性导航系统发展应用现状 测绘10-2班张智远07103094 摘要：阐述了惯性导航技术的核心技术构成（陀螺定向），总结了惯性导航的发展概况，并列举出陀螺仪的发展历程及发展方向。同时，概括了惯性技术的应用领域及当前应用情况。最后指出，随着新型惯性器件的涌现和完善，以惯性导航为基础的组合导航系统将成为未来导航系统的主要发展方向。 关键词：惯性导航陀螺仪惯性导航技术惯性导航系统 惯性导航（Inertial Navigation）是20 世纪中期发展起来的完自主式的导航技术。通过惯性测量组件（IMU）测量载体相对惯性空间的角速率和加速度信息，利用牛顿运动定律自动推算载体的瞬时速度和位置信息，具有不依赖外界信息、不向外界辐射能量、不受干扰、隐蔽性好的特点，且惯导系统能连续地提供载体的全部导航、制导参数（位置、线速度、角速度、姿态角）。惯性导航技术，包括平台式惯导系统和捷联惯导系统。平台式惯性导航系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。捷联惯性导航系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵，把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动；3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。 陀螺仪是惯性系统的主要元件。陀螺仪通常是指安装在万向支架中高速旋转的转子，转子同时可绕垂直于自转轴的一根轴或两根轴进动，前者称单自由度陀螺仪，后者称二自由度陀螺仪。陀螺仪具有定轴性和进动性，利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的位置陀螺。由于光学、MEMS 等技术被引入于陀螺仪的研制，现在习惯上把能够完成陀螺功能的装置统称为陀螺。陀螺仪种类多种多样，按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪；按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺，液浮、气浮与磁浮陀螺，挠性陀螺（动力调谐式挠性陀螺仪），静电陀螺；按物理原理分为利用高速旋转体物理特性工作的转子式陀螺，和利用其他物理原理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。 由于陀螺仪是惯性导航的核心部件，因此，可以按各种类型陀螺出现的先后、理论的建立和新型传感器制造技术的出现，将惯性技术的发展划分为四代，但是惯性技术发展的各阶段之间并无明显界线。 第一代惯性技术指1930年以前的惯性技术。自1687年牛顿三大定律的建立，并成为惯性导航的理论基础；到l852年，傅科(Leon Foucault)提出陀螺的定义、原理及应用设想；再到1908年由安修茨(Hermann Anschütz—Kaempfe)研制出世界上第一台摆式陀螺罗经，以及1910年的舒勒(Max Schuler)调谐原理；第一代惯性技术奠定了整个惯性导航发展的基础。 第二代惯性技术开始于上世纪40年代火箭发展的初期，其研究内容从惯性仪表技术发展扩大到惯性导航系统的应用。首先是惯性技术在德国V-II火箭上的第一次成功应用。到50年代中后期，0．5n mile／h的单自由度液浮陀螺平台惯导系统研制并应用成功。1968年，漂移约为0．005°／h的G6B4型动压陀螺研制成功。这一时期，还出现了另一种惯性传感

农用拖拉机自动导航驾驶系统播种实例

播种作为农田作业的重要环节之一，直接影响着后续的管理和产量。播种的成功取决于种子质量、种植环境和播种质量。就目前的条件而言，在保证种子本身质量的前提下，改善种植环境、提高播种质量就成了我们提高产量的关键。 下面，我们一起去看看河北某合作社的土豆播种吧。 图为作业区域 土豆此类作物对播种要求较高，须在短短几天内将种植作业全部结束。在这种严酷的条件背景下，拖拉机驾驶员必须保证每日15小时以上的工作时间，如遇天气环境较差的年份，工作时间可能更长。驾驶员必须透支自己的精神力和体力，完成这些工作，一旦天黑，工作效率和效果将大打折扣。 2015年，该合作社引进了华测领航员NX100农机自动驾驶系统，并计划进行土豆播种作业。以下图片为您重现了现场: 1、北斗定位天线的安装 将北斗小盘天线拧在吸盘上，用卷尺量取数据，将吸盘固定到车头或车顶中心。

天线的位置示意图 2、显示屏的安装 将控制箱支臂一端连接显示屏固定架，另一端用燕尾钉固定到车体。 显示屏的位置示意图 3、控制器的安装 找一个空间足够且水平的位置安放控制器，NX100与车身水平角度相差不得大于30°NX100的安装方向为正面朝上且接口在前进方向的右边。

控制器的位置示意图 4、液压阀的安装 制作一个L型的铁板，在拖拉机找一处合适位置，将铁板一面固定，将液压阀固定于另一面。 液压阀的位置示意图 5、角度传感器的安装 角度传感器安装：角度传感器必须固定死，不能有丝毫的松动；传感器旋转角度需要小于并尽量接近于90度；车辆打正时传感器数值需在±200以内；前轮向左右打死时角度传感器的杆不能接触到车辆任何部位以免影响车辆正常工作。

GPS自动导航驾驶系统

GPS自动导航驾驶系统 天宝Autopilot自动导航驾驶系统可以为您从起垄到收割整个过程提供2.5厘米的重复测量精度，为您的操作增加无可比拟的精确度。 详细介绍： 起垄作业在整个农业生产过程中至关重要，起垄作业的质量直接关系到以后播种，喷药作业的“重漏”，关系到作业成本的高低。 传统的起垄作业完全依赖驾驶员的驾驶经验，在直线度和结合线的精度上很难得到保证，尤其在地块较大的情况下，偏航的情况在所难免.返工,以及播种时的重漏，结合线偏差过大直接造成生产成本的加大和地块利用效率的降低。 Trimble的autopilot自动导航驾驶系统通过高精度的GPS+GLONASS卫星定位系统，通过控制农机的转向液压系统，控制农机按照设定的路线（直线或曲线）自动行驶，不需驾驶方向盘。在保证农机直线行驶的同时，结合线之间的偏差可以控制在2.5厘米，充分解决播种重漏的问题，降低生产成本，提高土地利用效率。 工作原理： l 在导航光靶上设定车辆行走线，设置导航模式（直线或者曲线）。 l 接收基站差分数据，实现厘米级的RTK卫星定位，实时向控制器发送精确的定位信息。 l 方向传感器实时向控制器发送车轮的运动方向。 l 导航控制器根据卫星定位的坐标及车轮的转动情况，实时向液压控制阀发送指令，通过控制液压系统油量的流量和流向，控制车辆的行驶，确保车辆按照导航光靶设定的路线行驶。 系统组成 l EZ-GUIDE500导航光靶：内置双频GPS接收机；31个醒目指示灯在任何能见度下快速给您在线信息反馈；多重导航模式可供选择，直线，曲线，环线；大按钮，一按即可完成所有主要导航功能，GPS状态，设置和帮助功能的控制；使用U盘简单快速的把每天的作业数据导入计算机，用于出图和打印报告。 l 方向传感器：独特的方向传感器向导航控制器发送高精度的转角信息。 l 通信模块：通过GPRS/CDMA登陆服务器，接收基站的差分数据。 l 导航控制器：自动驾驶系统的核心，通过接收GPS的定位信息和方向传感器的转角信息，向液压系统发送指令。 l 液压控制器:液压控制器根据导航控制器发送的指令，改变油箱的流量和流向，保证农机按照设定的路线行驶。 优势 l 农机使用自动驾驶系统进行起垄、播种、喷药、收获等农田作业时，衔接行距的精度可达2公分,可以减少农作物生产投入成本,并使农作物的种植农艺特性优化,提高农艺作业质量,避免作业过程产生衔接 行的“重漏”,降低成本,增加经济效益

车载组合导航系统

车载组合导航系统 ( Car Integrated Navigation System) GI-100 用户手册 V1.6 上海航姿测控科技有限公司 2016年12月15日

1.1产品概述 (1) 1.2产品特点 (1) 1.3产品优点 (1) 1.4产品应用 (2) 2 设计原理 (2) 3电器特性 (4) 3.1极大值参数 (4) 3.2电器特性 (4) 4性能指标 (5) 5机械尺寸与引脚定义 (6) 5.1机械尺寸 (6) 5.2引脚定义 (7) 6 推荐电路 (8) 6.1推荐PCB封装 (8) 6.2推荐参考电路 (8) 7坐标系和安装方位 (9) 7.1坐标系 (9) 7.2 安装方位 (9) 8使用说明 (10) 8.1传感标定 (10) 8.2通信接口 (10) 8.3通信频率 (10) 8.4 通信协议 (10) 8.5 控制命令 (11) 9注意事项 (12) 10固件升级 (13) 10.1 winxp系统...................................................................... 错误！未定义书签。 10.2 win7系统 ....................................................................... 错误！未定义书签。附录：.. (15)

2 GPRMC (16) 3 GPATT (17)

1系统介绍 1.1产品概述 GI-100是一款高性能的面向车载导航领域的车载组合导航系统，系统包含高性能的同时支持北斗和GPS的卫星接收机芯片、三轴陀螺仪、三轴加速度等；通过在线的自适应组合导航算法，GI-100提供实时高精度的车辆定位、测速和测姿信息，在GNSS系统的信号精度降低甚至丢失卫星信号时，不借助里程计信息，GI-100利用纯惯性导航技术，也可在较长时间内单独对汽车载体进行高精度定位、测速和测姿。 图1. GI-100 1.2产品特点 元件选型：高性能三轴陀螺仪和三轴加速度计； 误差补偿：完成正交误差/温度漂移等误差补偿； 唯一防盗：每个产品标定参数均不一致防盗版； 物理尺寸：紧凑模块化设计可节省用户产品空间； 通信协议：即插即用的标准通信协议NEMA0183； 工程安装：无安装角度要求方便用户车载安装； 亚米级：支持RTCM2.3协议/复杂环境亚米级导航； 1.3产品优点 陀螺漂移：消除陀螺漂移获高精度姿态航向信息； 加速噪声：消除震动加速度获高精度速度信息； 零速修正：零速修正算法可防止导航数据漂移； 软件算法：基于自适应的扩展卡尔曼滤波算法； 智能识别：识别并隔离有较大误差的GNSS数据； 摆脱里程计：利用纯惯性导航实现高精度定位； 导航技术：组合导航和纯惯导航技术自主切换；

惯性导航系统的发展及应用

惯性导航系统的发展及应用 绪论 惯性导航是一门重要的学科技术，它是飞机、船舶、火箭等载体能顺利完成导航和控制任务的关键性技术之一。1942年德国在V-2火箭上首次应用了惯性导航原理；1954年纯惯性导航系统在飞机上试飞成功。30余年来，惯性导航技术获得迅速发展。在我国惯性导航技术已在航空、航天、航海和陆地车辆的导航和定位中得到应用。1970年以来，我过多次发射的人造地球卫星和火箭都采用了本国研制的惯性导航系统。不仅如此，70多年以来，这门科学技术还在大地测量、海洋勘测、石油钻井、航空测量和摄影等国民经济领域里获得成功应用。 惯性导航简介 惯性导航（Inertial Navigation）是20 世纪中期发展起来的完自主式的导航技术。通过惯性测量组件（IMU）测量载体相对惯性空间的角速率和加速度信息，利用牛顿运动定律自动推算载体的瞬时速度和位置信息，具有不依赖外界信息、不向外界辐射能量、不受干扰、隐蔽性好的特点，且惯导系统能连续地提供载体的全部导航、制导参数（位置、线速度、角速度、姿态角）。惯性导航技术，包括平台式惯导系统和捷联惯导系统。平台式惯性导航系统将陀螺通过平台稳定回路控制平台跟踪导航坐标系在惯性空间的角速度。捷联惯性导航系统利用相对导航坐标系角速度计算姿态矩阵，把雷体坐标系轴向加速度信息转换到导航坐标系轴向并进行导航计算。惯性导航系统通常由惯性测量装置、计算机、控制显示器等组成。惯性测量装置包括加速度计和陀螺仪,又称惯性导航组合。3个自由度陀螺仪用来测量飞行器的三个转动运动；3个加速度计用来测量飞行器的3个平移运动的加速度。计算机根据测得的加速度信号计算出飞行器的速度和位置数据。控制显示器显示各种导航参数。 陀螺仪 陀螺仪是惯性系统的主要元件。陀螺仪通常是指安装在万向支架中高速旋转的转子，转子同时可绕垂直于自转轴的一根轴或两根轴进动，前者称单自由度陀螺仪，后者称二自由度陀螺仪。陀螺仪具有定轴性和进动性，利用这些特性制成了敏感角速度的速率陀螺和敏感角偏差的位置陀螺。由于光学、MEMS 等技术被引入于陀螺仪的研制，现在习惯上把能够完成陀螺功能的装置统称为陀螺。陀螺仪种类多种多样，按陀螺转子主轴所具有的进动自由度数目可分为二自由度陀螺仪和单自由度陀螺仪；按支承系统可分为滚珠轴承支承陀螺，液浮、气浮与磁浮陀螺，挠性陀螺（动力调谐式挠性陀螺仪），静电陀螺；按物理原理分为利用高速旋转体物理特性工作的转子式陀螺，和利用其他物理原理工作的半球谐振陀螺、微机械陀螺、环形激光陀螺和光纤陀螺等。 单自由度陀螺仪敏感角速度，二自由度陀螺仪敏感角位移。为了将角速度和角位移转换成惯性系统中可用的信号，陀螺仪需安装信号传感器。为了能控制陀螺仪按一定的规律进动，需安装力矩器。 加速度计 加速度计是惯性导航系统的核心元件之一。依靠它对比力的测量，完成惯性导航系统确定载体的位置、速度以及产生跟踪信号的任务。载体加速度的测量必须十分准确地进行，而

《惯性导航系统》学习指南

学习指南 《惯性导航系统》课程包括惯性导航基础、惯性元件、惯性平台、平台式惯导原理、捷联式惯导原理等5个单元的内容。由于本门课程具有：涉及知识面宽，与物理学、工程力学、控制科学、材料学、计算机科学等知识联系紧密；教学内容丰富，数学公式复杂，空间关系抽象，逻辑推理和形象思维要求高的课程特点，导致课程在教学过程易于出现教师难教、学生难学的现象。为帮助大家学好本门课程，我们给出学习建议，供大家参考。 一、课程前后关系 1．前置课程 本门课程是电气工程及其自动化和自动化等专业的专业基础课，根据专业人才培养方案和课程自身的知识体系结构，学习本门课程需要具备《物理学》、《理论力学》、《电机学》、《电路原理》、《模拟数字电路》、《自动控制原理》和《陀螺原理》等相关课程的专门知识，这些知识是学好本门课程的重要基础。 2．后续课程 本门课程的后续课程主要有《飞行控制系统》、《组合导航系统》、《机载航电设备》等。学好本门课程可以为上述课程的学习打下良好的学习基础。 二、主讲教材与参考教材 1．主讲教材 本门课程的主讲教材是2008年9月国防工业出版社出版的空军航空机务体系统编教材《惯性导航》。该教材从惯性导航基础、惯性元件、惯性平台、平台式惯导原理、捷联式惯导原理五个知识模块，系统阐述了惯性导航基本概念、基本原理和基本结构。

教材针对惯性导航理论抽象、复杂的特点，特别加强了空间概念、坐标系转换和惯导几何位置关系的物理解释，惯性导航方程、力学编排方程、误差方程、对准方程等复杂公式推导过程的物理本质分析，以便于读者加深对惯性导航内涵和实质的理解。 2．参考教材 本门课程为广大读者提供了大量辅助参考资料，参考资料包括参考教材、学位论文、学术论文三个类别。这些参考资料有助于读者全面了解惯性导航及相关领域的知识结构，惯性导航理论和技术的发展方向。以下给出的是主要参考教材清单。 （1）《惯性导航与组合导航》，张宗麟，北京，航空工业出版社，2000年8月 （2）《惯性导航》，秦永元，北京，科学出版社，2006年5月（3）《捷联惯性导航技术》（英）David H.Titterton，北京，国防工业出版社，2007年12月 （4）《惯性器件与惯性导航系统》，邓志红，北京，科学出版社2012年6 月 （5）《光纤陀螺仪》，（法）Hrtve G. Lefevre，北京，国防工沛出版社，2002年1月 （6）《陀螺原理》，许江宁，北京，国防工业出版社，2005年1月 （7）《无陀螺捷联式惯性导航系统》，史震，哈尔滨，哈尔滨工程大学出版社，2007年8月 （8）《惯性导航与组合导航基础》，刘智平，北京，国防工业出版社，2013年6月 （9）《惯性技术》，邓正隆，哈尔滨，哈尔滨工业大学出版社，2006年2月 （10）《惯性仪器测试与数据分析》，严恭敏，北京，国防工业

惯性导航系统

惯性导航系统 以下是为大家整理的惯性导航系统的相关范文，本文关键词为惯性,导航,系统,，您可以从右上方搜索框检索更多相关文章，如果您觉得有用，请继续关注我们并推荐给您的好友，您可以在教育文库中查看更多范文。 目录 1.惯性导航系统的概念.........................22.惯导系统的发展历史及发展趋势 (3)

惯性导航系统的发展.......................3我国的惯性导航系统.......................5捷联惯导系统现状及发展趋势...............63.惯性导航系统的组成........................104、惯性导航系统的工作原理....................145、惯性导航系统的功能.......................186、惯性导航系统的服务模式与应用模式..........207、惯性导航系统当前的应用情况................218、惯性导航系统的特点 (23) 系统的主要优点......................23系统的主要缺点.....................249、惯性导航系统给我们的启示. (24) 1 惯性导航系统 一、惯性导航系统的概念 什么是惯性导航或惯性制导呢?惯性导航系统（Ins）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。在给定的运动初始条件（初始地理坐标和初始速度）下，利用惯性敏感元件测量飞机相对惯性空间的线运动和角运动参数，用计算机推算出飞机的速度、位置和姿态等参数，从而引导飞机航行。 推算的方法是在运载体上安装加速度计，经过计算(一次积分和二次积分)，从而求得运动轨道(载体的运动速度和距离)，进而进行导航。在运载体上安装加速度计，用它来敏感、测量运载体运动的加速

捷联惯导详细讲解

捷联惯导系统从20世纪60年代初开始发展起来，在1969年，捷联惯导系统作为"阿波罗"-13号登月飞船的应急备份装臵，在其服务舱发生爆炸时将飞船成功地引导到返回地球的轨道上时起到了决定性作用，成为捷联式惯导系统发展中的一个里程碑。 捷联式惯性导航(strap-downinertialnavigation)，捷联（strap-down）的英语原义是“捆绑”的意思。因此捷联式惯性导航也就是将惯性测量元件（陀螺仪和加速度计）直接装在导弹需要诸如姿态、速度、航向等导航信息的主体上，用计算机把测量信号变换为导航参数的一种导航技术。 一、捷联惯导系统工作原理及特点 惯导系统基本工作原理是以牛顿力学定律为基础，通过测量载体在惯性参考系的加速度，将它对时间进行积分，之后将其变换到导航坐标系，得到在导航坐标系中的速度、偏航角和位臵信息等。 捷联惯导系统（SINS）是一种无框架系统，由三个速率陀螺、三个线加速度计和微型计算机组成。由于惯性元器件有固定漂移率，会造成导航误差，因此导弹通常采用指令、GPS或其组合等方式对惯导进行定时修正，以获取持续准确的位臵参数。如采用指令+捷联式惯导 捷联惯导系统能精确提供载体的姿态、地速、经纬度等导航参数，是利用惯性敏感器、基准方向及最初的位臵信息

来确定运载体的方位、位臵和速度的自主式航位推算导航系统。在工作时不依赖外界信息，也不向外界辐射能量，不易受到干扰破坏。它完全是依靠载体自身设备独立自主地进行导航，它与外界不发生任何光、声、磁、电的联系，从而实现了与外界条件隔绝的假想的“封闭”空间内实现精确导航。所以它具有隐蔽性好，工作不受气象条件和人为的外界干扰等一系列的优点。 除此以外捷联惯导系统的最大特点是没有实体平台，即将陀螺仪和加速度计直接安装在机动载体上，在计算机中实时的计算姿态矩阵，通过姿态矩阵把导航加速度计测量的载体沿机体坐标系轴向的加速度信息变换到导航坐标系，然后进行导航计算。同时，从姿态矩阵的元素中提取姿态和航向信息．由此可见，在捷联惯导系统中平台的作用已由计算机及其软件的作用代替了，捷联式惯导系统采用的是数学平台。力学编排就是按照合适的数学模型由观测量计算出导航定位参数。具体地讲，利用陀螺仪测得的载体相对于惯性参照系的旋转角速度，计算出载体坐标系至导航计算坐标系之问的坐标转换矩阵；将测量的比力(加速度计测量载体相对于惯性空间的线加速度)变换至导航坐标系，并经过两次积分得到所需的速度位臵信息。 二、捷联惯导系统有以下独特优点： （1）去掉了复杂的平台机械系统，系统结构极为简单，

基于惯性导航系统的车辆自动驾驶装置设计

中图分类号:TN967.1;V249.3文献标识码:A文章编号:1009-2552(2011)02-0069-03基于惯性导航系统的车辆自动驾驶装置设计 寇超1,陈志佳1,杨茂林1,倪蕾2 (1.军械工程学院光学与电子工程系,石家庄050003;2.62541部队,北京100025) 摘要:介绍了一种能够遥控和自主行驶的运动平台的设计方法。该运动平台以惯性导航仪提供的坐标为基础,可以由上位机规划路径和障碍,通过蓝牙模块将路径信息传递给自动驾驶控制器,自动驾驶控制器按照导航路径和惯性导航仪给出的实时坐标解算控制量,完成对运动平台的模糊控制,使运动平台按照指定路径前进。 关键词:惯性导航;自动驾驶;路径规划;路径跟踪 Design of vehicle auto m atic driving device base d on i nerti al navigation syste m KOU Chao1,C HEN Zh-i jia1,YANG M ao-lin1,N I Lei2 (1.Depart m ent of O ptics and E lectron i cs Engi n eer i ng,O rdnance Engi n eer i ng Co llege,Sh iji azhuang050003,Ch ina; 2.62541T roop s of PLA,B eijing100025,Ch i na) A bstract:The desi g n o f movable platfor m t h at can be re m ote contr o led and auto m atic dri v ed is i n troduced.The platfor m based on i n ertial nav i g ati o n i n stru m ent trans m its t h e i n for m ation o f t h e path to the auto m atic dri v i n g controller through blue tooth.The path and obstac l e can be planned by the co m puter.According to the nav i g ati o n and rea-l ti m e coor d i n ate,t h e auto m atic driv i n g contr o ller ca lculates the contro l para m eter and realizes fuzzy contro.l F i n ally,the m ovable platfor m m oves on the path that has been specifi e d. K ey words:i n ertia l navigation;auto m atic driving;path plann i n g;path fo ll o w i n g 0引言 自动驾驶车辆是地面无人作战平台的一种,它是一台可以在崎岖的地形上沿规划的路线自主导航及躲避障碍、必要时可重新规划路线的智能车辆。目前,对地面无人作战平台的研究主要集中在半自主无人车辆开发上。近期的发展趋势主要是不断增强车辆对不同任务的适应能力,如侦察、监视和目标探测、工程侦察、通信中继、战术欺骗、作战补给、反狙击部署等。同时也正在努力增强车辆自身的环境感知能力和自主导航能力,为完全自主无人车辆研究奠定技术基础[1]。 本设计的主要任务是设计一个自动驾驶控制装置,控制载体车辆在实验场地上按照预先规划好的路径行驶,为其他课题实验提供无人运动平台。1控制系统总体设计 整个自动驾驶装置分为运动车辆及控制其自动行驶的控制器、操纵杆和上位机路径规划软件三部分。各部分关系如图1所示,运动车辆作为运 动载 图1全系统组成示意图 收稿日期:2010-09-03 作者简介:寇超(1985-),男,硕士研究生,主要研究方向为通信与信息系统。 ) 69 )

汽车机器人自动导航方案

汽车机器人自动导航方案 本文详细介绍了使用DSP 为图像分析核心，包括车道偏离，仿撞预警，语音录放、键盘及显示、报警及雷达等外围电路的设计，给出一套基于图像分析+雷达测距的汽车自动导航系统软硬件解决方案。一，功能系统装配在汽车上后，能结合本车的速度自动判断车前方的障碍物，当车辆前方出现障碍物对本车构成威胁时，他能自动报警，提醒驾驶人员注意，驾驶员就能及时采取相应的措施。驾驶员未听到报警或听到报警未采取措施或采取措施迟缓或者出现失误时，它能使汽车自动减速、自动刹车，有效的保护车辆和乘车人员的安全。障碍物不构成威胁时，能使汽车处于正常状态，不影响本车提速和超车，无 论白天、夜晚，该装置都能有效发挥自动防撞作用1，及时准确地测量出行驶 中的车辆前方障碍物的距离，可以对驾驶员起到提前预警的作用,减少和避免撞车事故2，防止汽车拐弯时，和盲点车侧面相撞或者刮蹭，3，行至交叉口时可通过雷达判断是否堵车，3，通过智能分析发现路线偏离，提醒报警（单线， 改线，无线）4，在大灯坏，雨天，傍晚，大雾等特殊环境中行车5，通过视频分析防司机瞌睡6，预留GPS 电子狗,DVR 黑盒子功能接口。7，预留LCD，选留hud 抬头显示接口。8，可探测企图接近车身的行人二，解决方案，实现 如下：主要有测距系统、信息处理系统和刹车执行系统三部分组成。测距系统：该系统采用摄像头图像处理技术，经过严谨的科学论证、精确的计算研制而成，他的主要作用是探测前方障碍物的距离。信息处理系统：对测距系统发来的信息，通过计算机编码程序进行识别运算和处理，然后根据处理要求向刹车执行系统发出指令，来实现对刹车执行系统的控制。刹车执行系统：根据信息处理系统发出的指令，刹车执行系统按照要求进行有效的制动。1.产品 体积小，安装简便，操作使用方便，切适用于任何车型，在不改变原车结构和

惯性导航系统

惯性导航系统 一、惯性导航系统（Inertial Navigation System，INS） 1、基本概念 惯性导航系统（INS）是一种不依赖于外部信息、也不向外部辐射能量的自主式导航系统。其工作环境不仅包括空中、地面，还可以在水下。 惯性导航系统目前已经发展出挠性惯导、光纤惯导、激光惯导、微固 态惯性仪表等多种方式。陀螺仪由传统的绕线陀螺发展到静电陀螺、激光 陀螺、光纤陀螺、微机械陀螺等。激光陀螺测量动态范围宽，线性度好， 性能稳定，具有良好的温度稳定性和重复性，在高精度的应用领域中一直 占据着主导位置。由于科技进步，成本较低的光纤陀螺（FOG）和微机械陀螺（MEMS）精度越来越高，是未来陀螺技术发展的方向。我国的惯导技术 近年来已经取得了长足进步，液浮陀螺平台惯性导航系统、动力调谐陀螺 四轴平台系统已相继应用于长征系列运载火箭。其他各类小型化捷联惯导、光纤陀螺惯导、激光陀螺惯导以及匹配GPS修正的惯导装置等也已经大量应用于战术制导武器、飞机、舰艇、运载火箭、宇宙飞船等。如漂移率 0.01°-0.02°/h 的新型激光陀螺捷联系统在新型战机上试飞，漂移率 0.05°/h 以下的光纤陀螺、捷联惯导在舰艇、潜艇上的应用，以及小型化挠性捷联惯导在各类导弹制导武器上的应用，都极大的改善了我军装备的 性能。 惯性导航系统有如下主要优点：（1）由于它是不依赖于任何外部信息，也不向外部辐射能量的自主式系统，故隐蔽性好，也不受外界电磁干扰的 影响；（2）可全天流全球、全时间地工作于空中、地球表面乃至水下；（3）能提供位置、速度、航向和姿态角数据，所产生的导航信息连续性好而且 噪声低；（4）数据更新率高、短期精度和稳定性好。其缺点是：（1）由 于导航信息经过积分而产生，定位误差随时间而增大，长期精度差；（2）每次使用之前需要较长的初始对准时间；（3）设备的价格较昂贵；（4） 不能给出时间信息。但惯导有固定的漂移率，这样会造成物体运动的误差，因此射程远的武器通常会采用指令、GPS等对惯导进行定时修正，以获取持续准确的位置参数。 2、惯性导航原理 目前，惯性导航分为两大类：平台式惯导和捷联式惯导。它们的主要区别在于，前者有实体的物理平台，陀螺和加速度计置于由陀螺定的平台上，该平台跟踪导航坐标系，以实现速度和位置解算，姿态数据直接取自于平台的环架；在捷联式惯导中，陀螺和加速度计直接固连在载体上。惯性平台的功能由计算机完成，