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文档简介

航向角漂移特性HeadingAngleDriftCharacteristics隧道里跑偏的隐形杀手Theinvisiblekillercausingyawinginthetunnel漂移一小时,偏航十度Driftforonehour,yawtendegrees纯INS行驶1小时航向角偏差可达10°,路径严重偏移;低成本IMU漂移率1–3°/h,高精度仍无法根除。提出“本质、累积、量化”三问,奠定问题导向。

那么,航向角漂移的本质是什么?纯INS模式下,航向角为何会随时间累积偏差?漂移率又该如何量化与分析?TheheadingangledeviationofpureINSdrivingfor1hourcanreach10°,andthepathisseriouslyoffset;thelow-costIMUdriftrateis1–3°/h,butitcannotbeeradicatedwithhighaccuracy.Thethreequestionsof"essence,accumulationandquantification"areraisedtolaythefoundationforproblemorientation.

So,whatistheessenceofheadingangledrift?WhydoestheheadingangleaccumulatedeviationovertimeinpureINSmode?Howtoquantifyandanalyzethedriftrate?BasicConceptsandModeDefinitionPART01基础概念与模式定义航向角与纯INS模式HeadingAngleandPureINSMode航向角定义Headingangledefinition航向角=车辆行驶方向与正北顺时针夹角,0–360°;正北0°,正东90°,直接决定路径规划精度。Headingangle=theanglebetweenthevehicle'sdrivingdirectionandduenorthclockwise,0–360°;duenorth0°,dueeast90°,whichdirectlydeterminestheaccuracyofpathplanning.航向角与纯INS模式HeadingAngleandPureINSMode纯INS模式PureINSmode纯INS模式。即惯性导航系统(INS)独立工作的模式PureINSmode.Thatis,theinertialnavigationsystem(INS)worksindependentlyinthismode惯性导航系统INS仅利用IMU加速度与角速度,经积分自主解算位姿;抗遮挡、无延迟,但误差随积分持续放大。OnlyusingIMUaccelerationandangularvelocity,thepositionandpostureissolvedautonomouslythroughintegration;itisresistanttoobstructionandhasnodelay,buttheerrorcontinuestoincreasewithintegration.航向角漂移:IMU的微小测量误差会通过积分运算不断累积,导致航向角、位置等参数随时间逐渐偏离真实值。Headingangledrift:ThesmallmeasurementerrorsoftheIMUwillaccumulatethroughintegraloperations,causingparameterssuchasheadingangleandpositiontograduallydeviatefromthetruevaluesovertime.PART02漂移机理三大根源ThreeSourcesofDriftMechanism纯INS模式下航向角时间漂移率的产生原因

CausesoftheTimeDriftRateofHeadingAngleinPureINSMode陀螺零偏Gyroscopezerooffset1静止仍输出角速度,被积分后线性累积;0.1°/h十小时即1°,是漂移主因。Theangularvelocityisstilloutputatrest,anditaccumulateslinearlyafterintegration;0.1°/hfortenhours,thatis,1°,isthemaincauseofdrift.对应误差示意图

CorrespondingErrorDiagram纯INS模式下航向角时间漂移率的产生原因CausesoftheTimeDriftRateofHeadingAngleinPureINSMode随机游走Randomwalk2高频噪声使漂移率统计波动,1°/h瞬间升至1.2°/h,难以建模消除。High-frequencynoisecausesstatisticalfluctuationsinthedriftrate,from1°/hto1.2°/hinstantaneously,whichisdifficulttomodelandeliminate.对应误差示意图

CorrespondingErrorDiagram纯INS模式下航向角时间漂移率的产生原因CausesoftheTimeDriftRateofHeadingAngleinPureINSMode二重积分Doubleintegral3角速度→角度需二次积分,微小误差持续放大;0.01°/min一小时累成0.6°。Angularvelocity→anglerequiresquadraticintegration,andsmallerrorscontinuetomagnify;0.01°/minaccumulatesinto0.6°inonehour.对应误差示意图

CorrespondingErrorDiagramPART03量化指标与等级边界QuantitativeIndicatorsandLevelBoundaries漂移率的量化指标:航向角漂移率(HeadingDriftRate)是指纯INS模式下,航向角偏差随时间的累积速度,单位通常为“度/小时(°/h)”或“度/分钟(°/min)”,是衡量INS性能的核心指标。Quantitativeindexofdriftrate:headingdriftratereferstothecumulativespeedofheadingangledeviationovertimeinpureINSmode,usuallyin"degree/hour(°/h)"or"degree/minute(°/min)",whichisacoreindicatorformeasuringINSperformance.漂移率指标与IMU等级DriftRateIndicatorandIMULevel漂移率定义Definitionofdriftrate漂移率指标与IMU等级DriftRateIndicatorandIMULevel低成本级Low-costlevel1–3°/h;隧道<10min辅助定位,成本最低(适用于短时间纯INS辅助定位场景)。

1–3°/h;tunnel<10minauxiliarypositioning,thelowestcost(applicabletoshort-termpureINSassistedpositioningscenarios).中端级Mid-endlevel0.1–1°/h;普通智能网联组合导航主流选择(适用于普通智能网联汽车的组合导航系统)。0.1–1°/h;themainstreamchoiceofordinaryintelligentnetworkedintegratednavigation(applicabletotheintegratednavigationsystemofordinaryintelligentconnectedvehicles).高精度级High-precisionlevel0.01–0.1°/h;L4及以上自动驾驶核心定位保障(适用于L4及以上自动驾驶的核心定位)。0.01–0.1°/h;corepositioningguaranteeforL4andaboveautomateddriving(applicabletothecorepositioningofL4andaboveautomateddriving).PART04漂移率的核心特性规律CoreCharacteristicLawofDriftRate线性累积与非线性跳变LinearAccumulationandNonlinearJump▶短时线性Short-termlinearityInashorttime(withinafewhours),theheadingangledeviationisapproximatelylinearlyrelatedtotime,thatis,drift=driftrate×time.在短时间(数小时内),航向角偏差与时间近似呈线性关系,即漂移量=漂移率×时间。▶长期非线性Long-termnonlinearityAstimegoesby(morethan10hours),thegyroscopezerooffsetwilldriftduetofactorssuchastemperaturechangesandvibrations,resultinginagradualincreaseinthedriftrateandanonlineargrowthoftheheadingangledeviationwithtime.随着时间延长(超过10小时),陀螺仪零偏会受温度变化、振动等因素影响发生漂移,导致漂移率逐渐增大,航向角偏差与时间呈现非线性增长。

场景驱动的IMU选择Scenario-drivenIMUSelection隧道短时Tunnelshort-time短时间场景(如隧道通行,时长<10分钟):即使是低成本IMU(漂移率1°/h),漂移量仅0.17°,可满足定位需求;Short-timescenarios(suchastunneltraffic,duration<10minutes):Evenforlow-costIMUs(driftrate1°/h),thedriftisonly0.17°,whichcanmeetpositioningrequirements;泊车中长Parkingmedium-andlong-time长时间场景(如地下车库泊车,时长>30分钟):需选用中端及以上IMU(漂移率≤0.5°/h),避免漂移量超过0.25°,影响泊车精度;Long-timescenarios(suchasparkinginanundergroundgarageformorethan30minutes):Itisnecessarytoselectmid-endandaboveIMUs(driftrate≤0.5°/h)toavoiddriftexceeding0.25°,whichwillaffecttheparkingaccuracy;融合策略IntegrationstrategyINS+GNSS/视觉SLAM,外部观测量周期校准漂移,实现高精度无累积定位。INS+GNSS/visualSLAM,externalobservationofperiodiccalibrationdrift,toachievehigh-precisionnon-cumulativepositioning.小结Summary1.航向角是车辆行驶方向与正北的夹角,纯INS模式通过IMU独立解算姿态参数,具备自主导航优势;1.Theheadingangleistheanglebetweenthevehicle'sdrivingdirectionandduenorth.InpureI

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