智能驾驶-感知-融合定位IMU

时间

GPS时间（GPST）是基于原子时（AT1）的时间系统，
    其秒长定义为铯原子（CS133）基态的两个超精细能级间跃迁辐射振荡9192631170周所持续的时间。
  GPS时间的起算点定义在1980年1月6日世界协调时（UTC）0时

UTC 时间  UTC 时间：Universal Time Coordinated，中文名称：世界标准时间或世界协调时
    协调世界时是以原子时秒长为基础，在时刻上尽量接近于世界时的一种时间计量系统
    在误差每相差一秒的时候才会进行校准，即为跳闰秒，UTC时间+1 或者-1秒。
UNIX 时间戳（timestamp）：计算机中的 UNIX 时间戳，
   是以 GMT/UTC 时间 1970-01-01 00:00:00 为起点，到当前具体时间的秒数（不考虑闰秒）
时间基准+时间尺度   
  一部分是时间基准，或者叫时间原点，即起始时间，
 另一部分是时间尺度，即时间单位   
   时间基准，两套时间系统从1980年1月6日 开始一样，但是因为两个时间系统的秒长不一样，
     也就是我们所说的时间尺度不一样，最终随着时间的累积，两者之间就会差	   
国际原子时(Temps Atomique International，TAI)

  www.timeanddate.com可以查询到，t时刻对应的TAI时间和UTC时间：
在起始时刻，GPS时与UTC时对齐，两种时间系统给出的时间相同。
   而UTC时存在跳秒，因而一段时间后，两种时间系统会相差n个整秒。（n为这段时间内UTC积累的跳秒数）  

空间

GNSS／INS组合导航-惯性导航系统(INS)。
 01.GPS： 时间和空间
   GPS测量中，如静态、快速静态、动态测量都需要事后进行解算才能获得厘米级的精度，
    而RTK（Real - time kinematic）实时差分定位是一种能够在野外实时得到厘米级定位精度的测量方法
 02.IMU全称inertial measurement unit，即惯性测量单元	 
   IMU传感器 由两组不同的传感器组成——加速度计传感器和陀螺仪传感器
       6轴，也称作“6DOF” ：测量载体的加速度及角速度，
	   9轴设备能够额外获取载体姿态角，10轴设备还可以获取气压参数。
    陀螺仪传感器测量三个正交轴的角速率。
	   随着时间的推移，沿三个轴的角速率积分将获得滚转、俯仰和偏航的变化，这是物体姿态的变化
    IMU提供的是一个相对的定位信息，它的作用是测量相对于起点物体所运动的路线，所以它并不能提供你所在的具体位置的信息，
	载体角速度，一次积分可以得到载体的角度，
	而加速度计得到的是载体的加速度，需要两次积分才能得到载体的位置，且加速度计还受重力影响，因此载体的位置相对于载体的角度更容易发散
    因此，它常常和GPS一起使用
  IMU 对于震动\温度非常敏感，如果脱离了标定区间，噪声就会使得推算结果直接飞走	
 03.轮速： 轮速计根据载体的轮子转动量来得到速度，引入了对载体速度的观测 
 
 04.MM(Map matching)：指地图匹配。该技术结合用户位置信息和地图数据，推算用户位于地图数据中的哪条道路及道路上的位置
 Dead reckoning  航位推算 已知的定点以罗盘及航速推算出所在位置的方法

IMU说明：

    坐标系分为
	   以地心为原点的全局坐标系： 地心惯性坐标系 沿着Z轴旋转即可变为 地心地固坐标系
	和以 机器为原点的局部坐标系
        1.东北天坐标系（ENU）
        2.北东地坐标系（NED）
    东北天：
        1）x轴指向东， y轴指向北， z轴指向天
        2）绕x轴转动，称为pitch角
           绕y轴转动，称为roll角
           绕z轴转动，成为yaw角   
    	3)IMU载体坐标系是右前上
        4）欧拉角旋转顺序：z-x-y  
    
    北东地坐标系（NED）
        1）x轴指向北， y轴指向东， z轴指向地
        2）绕x轴转动，称为roll角
           绕y轴转动，称为pitch角
           绕z轴转动，成为yaw角
        3）对应的IMU载体坐标系是前右下
        4）欧拉角旋转顺序：z-y-x	
    	
    坐标系定义中，可以看出，ENU和NED的坐标变换关系是：
           X(ENU) = Y(NED)
           Y(ENU) = X(NED)
           Z(ENU) = -Z(NED)
           Yaw(ENU) = -Yaw（NED）+ 90
        注意：虽然ENU和NED旋转顺序不同，但是都是根据yaw-pitch-roll顺序进行旋转的
	
###东北天ENU和右前上载体坐标系的姿态	
    参考系（导航系）：(ENU)东北天
    载体系（机体系）：(XYZ)右前上	
	
	
###NED和前右下载体坐标系的姿态
 imu测得的加速度和角度是在imu坐标系下
    参考系（导航系）：(NED)北东地
    载体系（机体系）：(XYZ)前右下
    旋转顺序：Z-Y-X
    姿态顺序：(Yaw-Pitch-Roll)偏航-俯仰-横滚

###
   一般来说,这些旋转是按顺序应用的。 
    Heading - 围绕Z轴的旋转。
	Pitch - 围绕X轴旋转 
	Roll - 绕Y轴旋转
###航迹推算
    IMU通过精确校准消除温度和偏差漂移后，结合扩展卡尔曼滤波器算法能在短时间内对车辆进行精准定位。
	更先进的系统会融合车轮速度和角度信息，以辅助卡尔曼滤波器定位估计，进一步提高定位精度

大地坐标系给地球上每一个位置都赋予了唯一的坐标（经纬高）。作为与后面坐标转化的重要内容
   对GPS/IMU的经纬度进行坐标转换
  大地经纬度坐标系是地理坐标系的一种，即经纬度坐标+高度。经纬度的几何意义：
       纬度是一种线面角度，是坐标点P的法线与赤道面的夹角（注意这个法线不一定经过球心）；
       经度是面面角，是坐标点P所在的的子午面与本初子午面的夹角。
   这也是为什么经度范围是-180 ~ +180，纬度范围却是-90 ~ +90：	   

物质状态

 参考系：ENU 
 载体系：右前上或前右下
 旋转顺序：（Yaw-Pitch-Roll）Z-X-Y或Z-Y-X
 旋转轴：内旋
 旋转方向：右手定则
 一般默认情况下，我们一般都遵循内旋和右手定则，只是坐标系和旋转顺序会有一些变化。
 一般在惯导里用ENU较多，在控制领域里用的NED较多，飞控里也用的NED坐标系	 
 定位+定向+定姿 CORS 网络
 
1.设计安装点位 ： 后轴重心处，IECU处，底盘正中等位置
2. GPS给出了设备所在的经纬高度，经过解算可以转换到站心位置，但其无法很好的给出设备姿态信息
     经纬度转直角坐标（LBH to XYZ） 解算
	 参数：
	    a：参考椭球的长半轴  b：参考椭球的短半轴  e^2：第一偏心率  e'^2：第二偏心率  N：曲率半径
3.IMU读取到的原始数据是加速度与角速度 、
 加速度是一帧帧变化的值，故 应取前后两帧数据的中值来计算，这样比较准确，而 
 应采用对应两帧的时间戳差值，同样的，角速度 也应该取中值来做积分

多传感器融合定位

   激光雷达+GPS+IMU+轮速计的传感器融合的定位系统
      里程计的英文单词是Odometry,
	  轮速编码器也称轮速计，其测量原理是敏感转动信号，转动量通过脉冲数字的方式进行记录。
	     根据轮胎半径和一个整圈脉冲字累计数量，可以换算出每个脉冲字变化对应的距离。对时间微分可以换算成车速。
         Wheel speedometer

场景和要求

泊车： 车位检测 
行车： 远近、宽窄、动静、昼夜 --静态环境动态目标  FOV
   01.高速： 看的远
   02.城区： 看的宽 
指标： 精度-分辨率-距离-速度 FOV
目前现状： 
  环视--鱼眼相机-偏向下安装-语义感知车位检测 视场角30~50
  周视：行车辅助-变道
  角雷达--毫米波雷达
 小米：
   1个激光雷达	
   3个毫米波雷达	   
   11个高清摄像头、
 	   前视摄像头 8MP ×2 
	   环视摄像头 3MP×4
	   侧视摄像头 3MP×4 
	   后视摄像头 3MP×1
   12个超声波雷达、

智能驾驶

 芯片领域，我们有地平线 黑芝麻 华为；
 在激光雷达领域我们有速腾聚创、禾赛和图达通；
 在RTK领域，我们有千寻、六分、和芯、司南和导远	
     北斗星通、华力创通、广州海格、中海达、华测、合众思壮、泰斗、西安华讯、东方联芯
     武汉测绘科技大学- 即现在的 武汉大学
 国际上：
    海克斯康-- 定位诺瓦泰  NovAtel	
特斯拉 Ublox
大疆 人机领域的 RTK  和芯星通
 司南、和芯、Ublox 三家则是经受住了小鹏、吉利、上汽、蔚来四家整车厂量产车数年的考验。
 如果「估计」不能反映客观环境，那我们还有测量手段	
 GPS-IMU给的是车身位置姿态信息

数据采集系统

数采功能：
数据采集信号
    GNSS以及传感器 摄像头、毫米波雷达、激光雷达、车辆总线、控制器的原始数据
时间同步：   
标定：空间同步
采集数据临时存储：   
数据传输

数采一般的内容：

4路千兆车载以太网数据采集   
1路前雷达原始数据    
1路摄像头原始数据    
1路摄像头FPD-LinkIII数据    
1路GPS/IMU数据    
4路参考摄像头数据    
8路CAN/CAN FD数据		

数采结构：

由数据采集主机、数据采集接口设备、数据采集和分析软件以及传感器附件等四部分
硬件：
  工作温度范围  冷却方式：

汽车中的常见控制单元

 发动机控制单元（ECU）
 变速器控制单元（TCU）
 防抱死刹车系统控制单元（ABS）
 电子稳定控制系统控制单元（ESC）
 安全气囊控制单元（ACU）
 车身控制模块（BCM）
 空调控制单元（CCU）
 动力转向控制单元（PSCU）
 轮胎气压监测系统控制单元（TPMS）
 车载信息娱乐控制单元（ICU）	 

具体介绍

 1.VCU（Vehicle Control Unit，车辆控制单元）	
    VCU是汽车中用于整车控制的单元，它集成了多个子系统的控制功能，如底盘控制、车身稳定性控制、制动系统、传动系统等。
    VCU能够从各种传感器收集车辆的状态信息，包括车速、转向角度、加速度等，并根据这些信息来做出相应的控制决策
      
 2、ECU（Engine Control Unit，发动机控制单元）
     主要负责管理和控制发动机的运行。
 	它通过传感器获取来自发动机的各种数据，例如转速、温度、氧气含量等，
 	然后根据这些数据来调整燃油喷射、点火时机、气门开闭等参数，以确保发动机能够高效、稳定地工作
 3.MCU（Motor Control Unit，电机控制单元） 
     MCU是用于电动汽车或混合动力汽车中的关键控制单元，它主要负责电动汽车的电动驱动系统的管理和控制。在电动汽车中，
 	MCU接收来自电池和电动机的数据，根据车辆的需求和驾驶员的输入，
 	控制电动机的转速和扭矩输出，从而实现车辆的加速、制动和行驶等功能。

参考

  【Apollo】感知基础 https://blog.csdn.net/qq_41426807/article/details/128234384