基于GPS-INS-激光雷达的无人车组合导航

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1、上海交通大学硕士学位论文基于GPS/INS/激光雷达的无人车组合导航硕士研究生杨森森：学号1100209035：导师张伟军：副教授申请学位工学硕士：学科机械电子工程：所在单位机械与动力工程：学院答辩日期201：3年2月授予学位单位上海交通大学：万方数据DissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterNAVIGATIONOFDRIVERLESSVEHICLEBASEDONGPS/INS/LIDARCandidate：SensenYangStudentID:1100209035Superviso

2、r：Prof.WeijunZhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：MechatronicsEngineeringAffiliation：SchoolofMechanicalEngineeringDateofDefence：Feb,2013Degree-Conferring-Institution：ShanghaiJiaoTongUniversity万方数据万方数据万方数据上海交通大学硕士学位论文基于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

3、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

4、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SAEJ1939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，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

5、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I万方数据上海交通大学硕士学位论文Googlemap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。关键词：无人车、GPS、惯性导航系统、激光雷达、PID、环境建模II万方数据上海交通大学硕士学位论文NAVIGATIONOFDRIVERLESSVEHICLEBASEDONGPS/INS/LIDARABSTRACTAswiththeamountofvehiclesgrows,theexcessiv

6、euseofvehiclebringsmanyproblemstohumansocietyandcostslotsoftime.Researchondriverlessvehicleisnowbecomingmoreandmorepopularandautomaticvehicleisplayinganimportantroleintheseresearches.Theaimofthisprojectistodesignadriverlessvehiclewhichcandriveonurbanroad.Theworkonthisthesishasgreatsignificanc

7、eonpromotingintelligentvehicleresearch.thepaperanalyzestherequirementofdriverlessvehicleandintroducesthecurrentdevelopingsituationinbothchinaandoverseas.Thecontrolsystemandthetotalplanningsolutionisalsomentioned,whichincludesdrivingsystem,GPS