1.IMU导航原理及误差 　　

　　

　　1.1.IMU定位原理 　　

　　

　　IMU纯惯性元件姿态估计的原理是先通过对测得的角速度进行积分计算出姿态，然后根据姿态信息将测得的加速度投影到导航坐标系中，再通过去除重力后对投影的加速度进行积分计算出位置。 　　

　　

　　 　　

　　

　　图1 MEMS/IMU捷联惯性导航系统(INS)结构框图 　　

　　

　　1.2.IMU误差及处理技术 　　

　　

　　与航空航天领域使用的激光陀螺、光纤陀螺等惯性器件不同，汽车领域使用的低成本MEMS(微机电系统)惯性传感器测量误差较大。如果沿车辆横向的0.01m/s^2加速度偏移误差，匀速直线行驶20秒可以产生2米的偏差，而标准车道为3.75米，那么定位结果已经偏离了当前车道。同时，在不进行姿态修正的情况下，0.01/s的角速度偏差持续30秒可以产生10米的误差，如下图所示。 　　

　　

　　 　　

　　

　　图2无约束校正的纯积分误差的影响 　　

　　

　　影响IMU惯性器件精度的误差可分为确定性误差和随机误差。在误差中，位置误差与角速度传感器的积分时间呈三次平方相关，与加速度传感器的积分时间的平方呈正相关。同时，IMU使用的航位推算算法是积分运算，需要位置、速度和姿态的初始值。这些初始值直接影响后续积分运算的结果，因此需要考虑初始对准带来的误差。 　　

　　

　　A.确定性误差 　　

　　

　　确定性误差又称系统误差，是惯性器件的主要误差源，包括零偏、比例因子误差和交叉耦合项误差。误差处理方法有两种：一种是在实际过程中主要通过改进惯性仪表的设计工艺来提高惯性器件的精度；第二种通常是传感器校准技术的补偿修正，其中加速度计和陀螺仪的测量误差建模为： 　　

　　

　　 　　

　　

　　B.随机误差 　　

　　

　　随机误差对惯性导航系统的精度有很大影响。一般随机误差的统计规律是，通常采用滤波算法进行补偿或采用一阶马尔可夫过程对陀螺仪和加速度计的随机漂移误差进行建模。公式中最后一项分别是陀螺仪的高斯白噪声和加速度计误差。 　　

　　

　　 　　

　　

　　C.初始对准误差 　　

　　

　　 　　

　　

　　1.3.IMU总结 　　

　　

　　 　　

　　

　　2.GNSS定位及误差分析 　　

　　

　　2.1.GNSS定位原理 　　

　　

　　 　　

　　

　　 　　

　　

　　 　　

　　

　　图3相对定位的原理和分类 　　

　　

　　2.2.GNSS姿态测量原理 　　

　　

　　 　　

?k=垂直陀螺和光纤陀螺区别,陀螺的进动原理演示10.jpg">

　　

　　

　　

2.3.GNSS误差及处理

　　

　　

　　

　　

表1 NovAtel SPAN-CPT在GNSS中断下的精度

　　

　　

　　

　　

　　

　　

2.4.GNSS概述

　　

　　

　　

　　

　　

　　

3 .轮速定位及误差

　　

3.1.轮速定位原理

　　

　　

　　

　　

　　

3.2.轮速定位误差

　　

　　

　　

　　

　　

4.激光雷达定位

　　

　　

　　

4.1.激光定位原理

　　

　　

　　

　　

　　

　　

图5 测距原理

　　

通过测量点的扫描距离和垂直角及水平角，在激光雷达坐标系中可以得到其坐标：

　　

　　

　　

　　

通过车身坐标系与激光雷达坐标系的转换可以得到车身坐标系下得坐标：

　　

　　

　　

　　

　　

4.2.激光雷达误差处理

　　

　　

　　

　　

　　

5.视觉定位及误差处理

　　

5.1.视觉定位原理

　　

　　

　　

　　

　　

5.2.视觉定位误差来源

　　

　　

　　

　　

　　

6.地图匹配算法

　　

6.1.地图匹配原理

　　

　　

　　

　　

　　

6.2.地图匹配算法

　　

　　

　　

　　

　　

　　

6.3.地图匹配概述

　　

　　

　　

　　

7.总结

　　

　　

　　

表2 定位传感器特性对比