基于GPS/INS/激光雷达的无人车组合导航

摘要

随着汽车工业的发展,汽车的保有量越来越大,人们消耗巨大的时间和人力成本用于汽车驾驶,大量的汽车使用使得人们对汽车安全驾驶水平的要求越来越高。为应对这种需求,无人驾驶汽车应运而生。
　　本文对无人车的需求进行了详实的分析,明确了在道路交通中,无人车的基本要求和国内外的发展现状,并据此提出了无人车的控制及规划整体方案,将系统的控制分为底层控制、GPS导航和激光雷达环境感知三个部分。
　　首先介绍了无人的底层控制系统,对无人车的电动汽车平台的转向机构控制做了有效的改进,使用PI控制算法保证了转向机构运转的平稳有效,实验表明,该策略有效的简化了驱动电机的控制逻辑,提高了车身转向的稳定性。为了完成上下位机之间的通讯,以及底层控制对电机信息和电池管理系统的有效监管,建立了基于CAN总线的底层控制网络,CAN总线的通讯协议基于SAE J1939协议。
　　上位机接收 GPS的定位信息和惯性导航系统的方向角信息,并根据已经采集到的道路数据,确认当前车身在道路上的位置,计算出无人车的输入量 S和a,利用模糊控制算法,经过模糊化、模糊逻辑推理和清晰化三个步骤,推导出系统的控制输出变量。
　　另由于在无人车的行进中,由于GPS数据易于丢失,在已知道路环境下,可以通过检测道路两侧的绿化带位置判定当前无人车的位置。此时应使用激光雷达扫描周边数据,获取环境信息,实现基本的环境建模,即对周边障碍物进行直线化处理,大致重现周边轮廓,并以此判定车身到周边障碍物的距离和无人车的前进的方向。
　　在无人车的行进中,为了方便调试和观测系统,特编写了内嵌 Google map的地图程序,完成 GPS定位与地图的匹配标定工作,即可实时观看无人车的行走路径。
　　实验验证证明,本文所提出的GPS导航算法与激光雷达的避障功能可有效实现给定路径上的导航控制。

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第一章 绪论

1.1 课题来源

1.2 课题研究背景和意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本章小结

第二章 底层控制

2.1 无人车简介

2.2 底层系统

2.3 电机控制

2.4 底层通讯网络

2.5 本章小结

第三章 GPS/INS 导航

3.1 GPS/INS 导航简介

3.2 数据接收与解析

3.3 GPS 坐标稳定性分析

3.4 GPS 导航算法

3.5 模糊控制

3.6 本章小结

第四章 激光雷达导航

4.1 激光雷达简介

4.2 激光雷达数据的读取与处理

4.3 激光雷达数据可靠性分析

4.4 激光雷达环境建模

4.5 激光雷达实验

4.6 GPS/INS/激光雷达的组合导航

4.7 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间已发表或录用的论文