多傳感器數(shù)據(jù)的高精度同步采集是自動(dòng)駕駛的關(guān)鍵技術(shù)之一。隨著全球先進(jìn)技術(shù)的支持和推動(dòng),自動(dòng)駕駛已成為當(dāng)今研究的熱點(diǎn),眾多企業(yè)及高校對(duì)自動(dòng)駕駛的研究都十分重視,例如Google、Uber等國(guó)外大型科技公司于2005年相繼推出了自動(dòng)駕駛汽車,另有百度、圖森未來(lái)等國(guó)內(nèi)頂尖科技公司于2013年開(kāi)啟了自動(dòng)駕駛研究的項(xiàng)目。而當(dāng)前應(yīng)用于自動(dòng)駕駛的多傳感器數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)大多采用多個(gè)模塊集成,因此存在著總體成本高、時(shí)間同步精度低、體積較大、組裝相對(duì)繁瑣等缺點(diǎn)。本文針對(duì)上述問(wèn)題設(shè)計(jì)了一種以FPGA為核心處理芯片的高集成度多傳感器數(shù)據(jù)同步采集控制器。針對(duì)同步控制器的高集成度、高時(shí)間精度和多傳感器數(shù)據(jù)同步采集與控制,本文具體研究工作如下:(1)建立高精度時(shí)鐘基準(zhǔn)。以高穩(wěn)石英晶振作為同步器的時(shí)鐘源,并結(jié)合GPS的PPS脈沖和NEMA數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行校準(zhǔn),充分利用GPS的PPS脈沖長(zhǎng)期穩(wěn)定性和高穩(wěn)石英晶體短時(shí)穩(wěn)定性高的優(yōu)勢(shì),建立整個(gè)測(cè)量時(shí)間范圍內(nèi)的高精度時(shí)間基準(zhǔn)。(2)實(shí)現(xiàn)多傳感器的同步。根據(jù)各傳感器特性,分別對(duì)慣性導(dǎo)航單元、相機(jī)等傳感器采用主動(dòng)同步,三維激光雷達(dá)采用授時(shí)同步,車輪編碼器采用被動(dòng)同步,以純硬件方式采集各傳感器數(shù)據(jù)并打上精確的時(shí)間標(biāo)簽作為同步對(duì)齊的標(biāo)志,實(shí)現(xiàn)多傳感器原始數(shù)據(jù)的高精度同步。(3)完成同步控制器整體硬件電路的原理圖和PCB設(shè)計(jì)與調(diào)試。設(shè)計(jì)了慣性導(dǎo)航單元、車輪編碼器、差分GPS、三維激光雷達(dá)等多傳感器數(shù)據(jù)采集電路;千兆網(wǎng)、USB3.0、USB2.0、mSATA、TF卡等高速接口與存儲(chǔ)電路,并對(duì)整個(gè)硬件電路進(jìn)行調(diào)試,實(shí)現(xiàn)對(duì)多傳感器數(shù)據(jù)的采集、傳輸與保存。(4)完成各傳感器控制和數(shù)據(jù)同步采集的FPGA程序的編寫與調(diào)試。以FPGA芯片為載體并結(jié)合外部硬件電路,通過(guò)硬件描述語(yǔ)言建立高精度時(shí)間基準(zhǔn);設(shè)計(jì)了SPI接口控制并采集慣導(dǎo)數(shù)據(jù);設(shè)計(jì)了UART接口對(duì)三維激光雷達(dá)同步授時(shí),實(shí)現(xiàn)FPGA與TX2指令交互以及編碼器、相機(jī)的同步數(shù)據(jù)的傳輸;設(shè)計(jì)了CY7C68013A芯片的控制程序?qū)⒉⑿袛?shù)據(jù)轉(zhuǎn)USB串行數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)FPGA與TX2之間大量傳感器原始數(shù)據(jù)的高速傳輸。將同步控制器安裝于測(cè)試車輛上進(jìn)行的自動(dòng)駕駛測(cè)試,其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該同步控制器能夠?qū)崟r(shí)為自動(dòng)駕駛提供GPS、三維激光雷達(dá)、慣性導(dǎo)航單元、車輪編碼器、相機(jī)等多傳感器高精度同步原始數(shù)據(jù)。使用該同步控制器的自動(dòng)駕駛定位精度可達(dá)到土10cm,同步控制器系統(tǒng)絕對(duì)時(shí)間精度可達(dá)±1 μs。該同步控制器還具有體積小、重量輕、造價(jià)低、集成度高、數(shù)據(jù)處理速率快以及擴(kuò)展性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),目前已經(jīng)成功應(yīng)用在深圳智繪科技有限公司、中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院等機(jī)構(gòu)的園區(qū)自動(dòng)駕駛項(xiàng)目中,在電力巡檢、高精度定位、導(dǎo)航及移動(dòng)測(cè)量等諸多領(lǐng)域也具有廣闊的應(yīng)用前景。
【學(xué)位單位】：華中師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TP212;TP276;U463.6
【部分圖文】：

時(shí)間精度、高集成化和高同步性的多傳感器集成同步控制器??１．２國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀??自動(dòng)駕駛車輛，又叫做自主車、智能駕駛車輛、滾輪型移動(dòng)機(jī)器人等，涵蓋了??科學(xué)認(rèn)知、人工智能、機(jī)器人技術(shù)和車輛工程等多個(gè)學(xué)科的知識(shí)，是絕大多數(shù)的新??型自動(dòng)化技術(shù)綜合實(shí)驗(yàn)和完美受體，也是如今最領(lǐng)先的科技發(fā)展最主要的風(fēng)向標(biāo)之??一。他不僅包括方法和關(guān)鍵技術(shù)的突破，也包含豐富的理論與實(shí)際相驗(yàn)證的問(wèn)題，??其最大的研宄意義不僅僅只是涉及到的核心科學(xué)問(wèn)題，更多的是在其應(yīng)用前景和發(fā)??展戰(zhàn)略上有著極其重大的價(jià)值和意義，同時(shí)被社會(huì)與科技發(fā)展界密切的關(guān)注［９】。??１．２．１國(guó)外研究現(xiàn)狀??二十一世紀(jì)初期，以谷歌公司為首在官方微博中宣布了開(kāi)始對(duì)自動(dòng)駕駛汽車開(kāi)??發(fā)計(jì)劃。該自動(dòng)駕駛汽車的外部核心裝置主要包括了安裝于車頂?shù)模叮淳�激光雷達(dá)，??安裝于前擋風(fēng)玻璃上的攝像頭，安裝在駕駛車輛前后保險(xiǎn)杠內(nèi)的４個(gè)雷達(dá)傳感器，??以及ＧＰＳ模塊、慣性測(cè)量單元和車輪編碼器等。通過(guò)激光雷達(dá)為自動(dòng)駕駛車輛提供??２００英尺以內(nèi)的精細(xì)３Ｄ地圖，并結(jié)合高分辨率地圖實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛對(duì)行駛過(guò)程中的??一一．?、微?—??

圖丨．２?Ｗａｙｍｏ自動(dòng)駕駛車??除此之外，大都數(shù)的自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，也采用本地傳感器模塊進(jìn)行高級(jí)??數(shù)據(jù)處理，并在一定程度上進(jìn)行決策反應(yīng)，全分布式系統(tǒng)只將對(duì)象數(shù)據(jù)或元數(shù)據(jù)（描??述對(duì)象特征／識(shí)別對(duì)象的數(shù)據(jù)）發(fā)回到中央融合ＥＣＵＩＭ。如圖１．３所示。??

車輛前裝置采用車規(guī)級(jí)，以及采用激光雷達(dá)與相機(jī)等各傳感器的技術(shù)方案??進(jìn)行融合。除了國(guó)內(nèi)很多實(shí)力很強(qiáng)的高校進(jìn)行著自動(dòng)駕駛技術(shù)的探索，國(guó)內(nèi)的百度、??長(zhǎng)安等企業(yè)的自動(dòng)駕駛汽車也走在了國(guó)內(nèi)研發(fā)的前列。圖１．４為紅旗ＨＱ３車??輛。??ＷＲＭ１??必：：翻處藝丨?Ｍｉ１＇??圖１．４紅旗ＨＱ３車輛??１．２．３自動(dòng)駕駛多傳感器集成技術(shù)現(xiàn)狀分析??從國(guó)內(nèi)外的自動(dòng)駕駛發(fā)展情況可知，無(wú)論是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)的自動(dòng)駕駛研發(fā)團(tuán)??隊(duì)，都會(huì)以多傳感器集成作為主要研宄技術(shù)應(yīng)用于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域。對(duì)此項(xiàng)技術(shù)安森??美半導(dǎo)體汽車策略和ＯＥＭ市場(chǎng)拓展副總裁Ｌａｎｃｅ?Ｗｉｌｌｉａｍｓ也提出了應(yīng)用于自動(dòng)駕??４??
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2868221