智能車輛導航技術

前言

　　智能車輛是計算機科學、控制科學與工程、光學、儀器科學、力學等高新技術綜合應用的載體，無論在軍事領域還是民用領域均具有廣泛的應用。在軍事領域，主要面向未來無人作戰(zhàn)平臺，同時也是深空探測裝置的載體；在民用領域，主要面向日新月異的智能交通、智能化工業(yè)制造和生產(chǎn)等領域。　　本書以智能車輛導航技術為核心，主要介紹了作者及國內外學者在該領域的最新研究成果。本書共分七章：第一章概述了智能車輛、導航技術及研究的熱點問題；第二章介紹了慣性器件原理、慣性導航原理、系統(tǒng)組成及相關研究成果；第三章介紹了衛(wèi)星導航系統(tǒng)的原理及其在智能車輛導航中的應用；第四章介紹了可見光視覺導航中的圖像采集、處理方法，重點介紹了這些方法在車道檢測、目標識別中的應用；第五章介紹了用于導航的紅外視覺圖像的去噪、分割及識別等方法和研究成果；第六章介紹了智能車輛運動的路徑規(guī)劃和地圖匹配技術，重點介紹了基于幾何約束條件的具有拓撲結構的路徑規(guī)劃、分層規(guī)劃、分區(qū)域規(guī)劃、地圖匹配等研究方法和研究成果；第七章對智能車輛的多傳感器信息融合、即時地圖構建等技術作了展望?！　”緯难芯砍晒玫搅藝易匀豢茖W基金（60453001，60773044）、教育部新世紀優(yōu)秀人才基金（NCET-04-0197）和總裝備部重點基金（9140A26010308BQ0178）的大力支持；書中部分內容采用了北京理工大學畢軍博士、張長江博士、李杰博士、丁輝博士、阮久宏博士和劉羿彤博士學位論文的研究成果，并得到了課題組全體老師的大力支持；北京理工大學的張宇河教授和孫常勝教授認真審閱了全書，并提出了寶貴的修改意見，在此一并表示感謝?！　∮捎谧髡咚接邢?，書中不妥之處在所難免，懇請讀者批評指正。

內容概要

本書以智能車輛導航技術為核心，系統(tǒng)全面地介紹了該領域的基本理論、關鍵技術及其應用。內容包括：慣性導航系統(tǒng)和衛(wèi)星定位系統(tǒng)的原理及在智能車輛中的應用；視覺導航中的圖像去噪、分割和識別等處理方法，以及這些方法在目標識別中的應用；智能車輛路徑規(guī)劃和地圖匹配技術，重點介紹了基于幾何約束條件的具有拓撲結構的路徑規(guī)劃、分層規(guī)劃及分區(qū)域規(guī)劃、地圖匹配算法及作者的研究成果。本書內容翔實、全面，理論和實踐并重，既有學術價值，對工程實踐也有指導意義。    本書適于控制科學與工程、兵器科學與技術、儀器科學與技術及車輛工程等學科研究人員、工程師、教師參考，同時可以作為這些專業(yè)高年級本科生、研究生的參考書。

書籍目錄

前言第一章 緒論　1.1 智能車輛概述　　1.1.1 智能車輛定義及功能組成　　1.1.2 智能車輛應用領域　　1.1.3 智能車輛發(fā)展現(xiàn)狀　1.2 智能車輛導航關鍵技術　　1.2.1 立體視覺信息實時處理技術　　1.2.2 主動型傳感器信息處理技術　　1.2.3 車體定位技術　　1.2.4 路徑規(guī)劃技術　　1.2.5 障礙物檢測技術　　1.2.6 多傳感器信息集成與數(shù)據(jù)融合技術　參考文獻第二章 智能車輛慣性導航技術　2.1 慣性導航技術基礎　　2.1.1 慣性導航基本原理　　2.1.2 坐標系與坐標變換　　2.1.3 姿態(tài)矩陣微分方程　2.2 慣性器件　　2.2.1 轉子陀螺儀的力學基礎　　2.2.2 經(jīng)典陀螺儀　　2.2.3 光學陀螺儀　　2.2.4 加速度計　2.3 初始對準技術　　2.3.1 捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)誤差方程式的建立　　2.3.2 捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)經(jīng)典初始對準方法　　2.3.3 Kalman濾波在初始對準中的應用　2.4 捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)數(shù)字遞推算法　　2.4.1 捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)微分方程組　　2.4.2 捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)姿態(tài)更新算法　　2.4.3 捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)速度更新算法　　2.4.4 捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)位置更新算法　2.5 車載激光捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)的圓錐誤差補償　　2.5.1 圓錐誤差及其補償算法　　2.5.2 激光捷聯(lián)式慣性導航系統(tǒng)車載環(huán)境分析　　2.5.3 圓錐誤差補償?shù)膽眯Ч⒖嘉墨I第三章 智能車輛衛(wèi)星導航技術　3.1 全球定位系統(tǒng)　　3.1.1 GPS概述　　3.1.2 GPS信號觀測　3.2 GALILEO系統(tǒng)　　3.2.1 GALILEO系統(tǒng)概述　　3.2.2 GALILEO系統(tǒng)的信號　　3.2.3 GALILEO系統(tǒng)的特點　　3.2.4 GALILEO系統(tǒng)的新技術　3.3 雙靜止衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)　　3.3.1 雙靜止衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)的組成　　3.3.2 雙靜止衛(wèi)星定位通信系統(tǒng)的工作原理　　3.3.3 雙靜止衛(wèi)星定位系統(tǒng)的定位方法　3.4 多衛(wèi)星組合導航技術　　3.4.1 GPSGLONASS組合原理　　3.4.2 GPSGLONASS組合系統(tǒng)的信息融合　3.5 衛(wèi)星定位導航系統(tǒng)的應用　　3.5.1 慣性衛(wèi)星組合導航技術　　3.5.2 GPS載體姿態(tài)測量系統(tǒng)　參考文獻第四章 智能車輛視覺導航技術　4.1 視覺圖像處理技術基礎　　4.1.1 視差　　4.1.2 立體視覺測量原理　4.2 圖像特征提取　　4.2.1 圖像線性特征提取　　4.2.2 圖像角點特征檢測　4.3 立體視覺攝像機標定　　4.3.1 攝像機幾何模型　……第五章 智能車輛紅外視覺導航技術第六章 智能車輛路徑規(guī)劃與地圖匹配技術第七章 智能車輛導航技術展望

章節(jié)摘錄

　　第一章　緒論　　1.1　智能車輛概述　　1.1.1　智能車輛定義及功能組成　　智能車輛（intelligent vehicle，IV）又稱輪式移動機器人，是一個集環(huán)境感知、規(guī)劃決策、操作控制等功能于一體的智能體，其研究涉及機械、運動學與動力學、電子、計算機、信息處理、控制和人工智能等科學技術領域。由于研究的歷史時期和應用背景不同，出現(xiàn)了地面無人車輛、陸地自主車、移動機器人等不同名稱，但其研究內容和關鍵技術是相同的。　　根據(jù)智能車輛從環(huán)境感知到行為控制過程的特點，可以把智能車輛系統(tǒng)簡單地分為環(huán)境感知、數(shù)據(jù)處理、規(guī)劃與控制三部分，這三部分又可分為多個相互協(xié)調的子模塊。　　1.環(huán)境感知模塊　　該模塊由攝像機、激光測距成像雷達和聲納等組成，為智能車輛提供視覺信息或周圍環(huán)境的空間信息。攝像機作為系統(tǒng)最重要的外界環(huán)境信息的獲取手段之一，為系統(tǒng)提供車體前方的二維視覺信息。激光測距成像雷達是視覺感知系統(tǒng)中的一個重要組成部分，由它探測到的距離圖像可為智能車輛提供周圍環(huán)境的三維空間信息，為障礙物檢測、路標檢測、地圖匹配及地形圖建立等提供數(shù)據(jù)?！　?.數(shù)據(jù)處理模塊　　該模塊由多個專用的高速數(shù)據(jù)處理模塊組成，實時地分析由環(huán)境感知系統(tǒng)及其他系統(tǒng)的各種輸入數(shù)據(jù)，通過多傳感器的數(shù)據(jù)融合，得到反映車體位姿、運動狀態(tài)及前方路況等方面的信息。該模塊的主要任務是對攝像機的視頻圖像與激光測距成像雷達的距離圖像以及其他各種傳感器的數(shù)據(jù)進行實時處理，對系統(tǒng)智能化程度和實時性具有很大影響。

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