精华内容
下载资源
问答
  • 概述 在三维空间中,无约束的物体具有6个自由度,即三个方向的位置和三个...载体坐标系是以载体为中心,主要作用是处理与传感器直接测得的物理量。导航坐标系可以是地固坐标系、地理坐标系等等,通常使用的是当地水...

    概述

    在三维空间中,无约束的物体具有6个自由度,即三个方向的位置和三个欧拉角。故在导航中,明确坐标系的定义是基础。坐标系分为左手坐标系和右手坐标系,实际中,常常采用右手坐标系。

    三维坐标系是描述空间中物体位置的基础。在不同领域内,坐标的定义大相径庭,体现在坐标原点和三轴指向的定义。导航中,最重要的两个坐标系是载体坐标系和导航坐标系。载体坐标系是以载体为中心,主要作用是处理与传感器直接测得的物理量。导航坐标系可以是地固坐标系、地理坐标系等等,通常使用的是当地水平坐标系,俗称有“东北天”、“北东地”坐标系。

    当确定了坐标系的两个轴的方向,第三个轴由右手定则确定,构成右手坐标系。不同坐标系之间具有确定的联系的。一个坐标系通过一系列旋转和平移变换,能够变换成另一个坐标系。常用的描述变换的方法有欧拉角法、方向余弦矩阵法、四元素法和旋转矢量法。

    坐标系定义

    接下来给出几种常用的坐标系定义

    1. 惯性坐标系

    惯性坐标系用oxiyizi表示。在i系中,牛顿定律严格成立。在天体测量学中,一种近似i系的原点是地球中心;xi与yi地球赤道平面内相互垂直,分别指向相应的恒星,ozi是地球的自转轴。惯性器件(陀螺仪和加速度计)测量得到的物理量是相对于惯性系的。例如,陀螺输出的是载体坐标系系相对于惯性系(i系)的角速度。如图红色坐标系所示。
    在这里插入图片描述)
    在导航中,有

    载体在导航系下的角速度 = 载体相对惯性系的角速度 – 导航系相对于惯性系的角速度
    

    即:
    在这里插入图片描述

    2. 地球坐标系

    地球坐标系用oxeyeze表示,也称地固坐标系。原点是地球中心;oxe与oye地球赤道平面内相互垂直,oze指向格林威治子午线(本初子午线 / 0°经线), 是地球的自转轴。e系和地球固连,随着地球自转以角速度7.2921151467e-5相对i系旋转。在实际使用中,通过变换,用经度、纬度和海拔高度表示载体在地球中的位置。如图中绿色直角坐标系所示。
    在这里插入图片描述

    3. 地理坐标系

    地理坐标系用oxgygzg表示。地理坐标系也称当地水平坐标系,通常使用的有 “东北天”坐标系和“北东地”坐标系。“北东地”坐标系的原点是站心(一般初始位置);oxg指向北方;oyg指向东方;ozg指向是铅锤方向。一般的,载体的姿态描述是横滚角、俯仰角和偏航角。它们均定义在地理坐标系下。如图中蓝色坐标系所示。
    在这里插入图片描述

    4. 载体坐标系

    载体坐标系用oxbybzb表示。载体坐标系与载体固连,坐标原点是载体中心。oxb轴沿载体横轴向右;oyb轴沿载体纵轴向前;ozb轴沿载体立轴向上。
    在这里插入图片描述)

    5. 导航坐标系

    导航坐标系用oxnynzn表示,用来确定载体导航参数的参考坐标系。在惯导和组合导航中,导航坐标系通常选用地理坐标系,例如“东北天”坐标系。

    6. 相机坐标系和像素坐标系

    相机的原理多数近似成小孔成像模型。相机坐标系用oxcyczc表示,其原点为相机的光心,ozc轴为摄像机光轴,与成像平面垂直并且向前。oxc轴oyc轴与成像平面的x轴和y轴平行,oxc水平向右,oyc垂直向下
    像素坐标系是二维坐标系,是为了标记图片中像素点的坐标,记作oxuyv。其中,原点位于图片左上角,oxu轴向右,oyv轴向下,与相机坐标系类似。
    在这里插入图片描述

    参考

    [1]严恭敏. 捷联惯导算法及车载组合导航系统研究[D]. [出版地不详]: 西北工业大学, 2004.
    [2]图片来自百度自动驾驶课程PPT.

    本文持续更新……

    展开全文
  • 关于载体坐标系和世界坐标系

    千次阅读 2019-06-30 13:38:24
    前面说的这两个位置数据都是载体坐标,即每次重启都会变化,偏航角中没有融合磁力计数据导致的。 MPL九轴8字校准完成后数据就是相对地球的位置方向角度了,就是世界坐标。波动比较大,注意是波动不是漂移,大概有4...

    六轴MPL的数据每次开机不管载体朝向那,数值都是固定的;九轴虽然也是每次重启数据都是0;前面说的这两个位置数据都是载体坐标,即每次重启都会变化,偏航角中没有融合磁力计数据导致的。

    MPL九轴8字校准完成后数据就是相对地球的位置方向角度了,就是世界坐标。波动比较大,注意是波动不是漂移,大概有4、5度,但是不管过多长时间都是围绕某个值波动,不会漂移,可以用一个中值滤波或滑动平均滤波处理一下

    四轴里面的坐标系介绍

     

    展开全文
  • 扩展卡尔曼滤波算法 作者niewei120nuaa EKF 算法是在标准 Kalman 滤波算法的基础上发展起来的它的基本思想是在滤波值附近应用泰勒展开算法将非线性系统展开对于二阶以上的高阶项全部都省去从而原系统就变成了一个...
  • 载体速度解算载体位姿 载体速度对时间进行积分,传感器为...2. 要将载体坐标系转换到世界坐标系下。(以载体初始位置为原点,东北天(ENU)坐标系的定义方式为世界坐标系) 相关代码如下: MatrixXf Z_RotMat(3,...

    载体速度解算载体位姿

    载体速度对时间进行积分,传感器为NAV982惯性导航,其坐标系:X轴向右,Y轴向前,Z轴向下,符合右手坐标系原则。

    在对载体速度进行时间积分前

    1. 一定要用姿态角进行在各个方向的载体速度分解

    2. 要将载体坐标系转换到世界坐标系下。(以载体初始位置为原点,东北天(ENU)坐标系的定义方式为世界坐标系)

    相关代码如下:

      MatrixXf Z_RotMat(3,3);
      MatrixXf Y_RotMat(3,3);
      MatrixXf X_RotMat(3,3);
      MatrixXf CurrentVelocit(3,1);
      MatrixXf TransformToENU(3,3);

      TransformToENU << 0, 1, 0, 1, 0, 0, 0, 0, -1;  //载体坐标系转换到ENU坐标系
      Z_RotMat<< cos(yaw),  -sin(yaw),  0,  sin(yaw),  cos(yaw),  0,  0,  0,  1;
      Y_RotMat<< cos(pitch),   0,  sin(pitch),  0,  1,  0,  -sin(pitch), cos(pitch),  0;
      X_RotMat<< 1,  0,   0,  0,  cos(roll),  -sin(roll),  0,  sin(roll),  cos(roll);

      CurrentVelocit<< imuIn->BodyVelocity_[0], imuIn->BodyVelocity_[1], imuIn->BodyVelocity_[2];
      CurrentVelocit = TransformToENU * X_RotMat * Y_RotMat * Z_RotMat * CurrentVelocit;

    ECEF解算位姿

    利用前面关于几个坐标系的转换方法,将获取到的ECEF数据解算为ENU坐标系位姿。

    ①输入:

    经度:Lon;纬度:Lat;第一组接受到的ECEF数据:x0,y0,z0;后面接收到的ECEF数据:x,y,z。

    ②计算:

    ee = [-sin(Lon),cos(lon),0];

    en = [-cos(Lon)*sin(Lat),-sin(Lon)*sin(Lat),cos(Lat)];

    eu = [cos(Lon)*cos(Lat),sin(Lon)*cos(Lat),sin(Lat)];

    Renu = [ee;en;eu];

    ENU = Renu*[(x-x0);(y-y0);(z-z0)];

    ③输出:

    ENU 的XYZ值。

     

    解算结果

    1.先看两组解算错误的结果

    红色轨迹为ECEF解算的ENU坐标系,绿色为载体速度时间积分的位置

     图1

     

    图2

     

    如图1和图2所展示的结果所示,解算的载体速度位姿和ECEF解算的ENU完全不一致,原因是,在对载体速度积分解算位姿时,三个方向的速度分解错误,且未将载体坐标系转换到世界坐标系中。

    2.位姿解算正确的结果

    白色轨迹为ECEF解算的ENU坐标系,绿色为载体速度时间积分的位置

    图3

     

     

    图4

     

     图5

     

    图6

     

    如图3所示,是进行载体速度分解和坐标系统一后的结果。

    图4、5、6位置解算偏差较大的位置。其中,图4偏差过大的原因有可能是,汽车转弯过急。随着累计速度时间积分累积误差过大,致使在图5结束后依然有一点的偏差。

    而图6起始点有两条射线,原因是起始出现异常点导致的,有待后续继续排除。

     

     图7

     

     图8

     

     

    图9

     

    如图7所示,为图2的正确位姿解算结果。

    其中,图8出现较大偏差,包括ECEF和载体速度的结算。因为当时在过减速条的时候,车身抖动较大,致使位置有明显的偏离。也导致了后续的载体速度积分累积误差越来越大,如图7所示。

    图10 error 

                                                                                  

    图10在RVIZ添加载体速度解算位姿路径topic的一个错误,ECEF解算ENU正常,这个错误有时候会有,有时不会出现。原因可能与图6的初始异常的原因一致,有待后续解决。

    问题解决

    为了解决图6和图10所出现的问题,将载体速度和ECEF解算的位置输出到txt文档,代码如下。

        /*********************** save data to .txt ***************************/
        FILE *fp2=fopen("trajectory_1_position.txt","a+");
        fprintf(fp2, "%lf, %lf, %lf; %lf, %lf, %lf;\n",_imuCur.positonX,_imuCur.positonY,_imuCur.positonZ,_ecefCur.positonX,_ecefCur.positonY,_ecefCur.positonZ);
        fclose(fp2);
        /*********************************************************************/

    本身两种数据的位姿解算都没有问题,只是在path输出时,由于刚开始的位置数据未更新,会有无效数加载到path里面。解决办法,在path前面加了一个是否为正常数的一个判断,问题得到解决。代码如下。

          if (int(isnormal(_imuCur.positonX)) == 1 && int(isnormal(_imuCur.positonY)) == 1 && int(isnormal(_imuCur.positonY)) == 1) //判断数据非nan
        {
         }

    一般的,会有几种非法数,可以通过下面这种方式判断。

    1. int isfinite(x) ,判断x是否有限,是返回1,其它返回0;
    2. int isnormal(x),判断x是否为一个数(非inf或nan),是返回1,其它返回0;
    3. int isnan(x),当x时nan返回1,其它返回0;
    4. int isinf(x) ,当x是正无穷是返回1,当x是负无穷时返回-1,其它返回0。

    正确的path结果

    图11 正确的path1结果

     

    图12 记录的位置数据1TXT文档

     

    图13 正确的path2结果

     

    待解决问题

    目前,暂时还不能解决载体速度解算位姿的Z轴上的偏移,虽然说Z轴上的速度值很小,随着时间积分累积增加,Z轴的值也越来越大。有待后续完善这个问题。以上的载体速度结算位姿的结果,Z轴上的值全部是赋值为0。

     

     

     

     

     

    展开全文
  • 基本概念1.1欧拉角1.2左乘右乘1.3东北天坐标系1.4载体坐标系1.5捷联惯性导航系统2. 通过ECEF转换到参考点附近的ENU坐标系上3. 东北天坐标系到载体坐标系 1. 基本概念 1.1欧拉角 欧拉旋转定理指出:任何一个旋转都...

    1. 基本概念

    1.1欧拉角

    欧拉旋转定理指出:任何一个旋转都可以用三个旋转的参数来表示。

    1. 三个旋转角的组合方式(是xyz还是yzx还是zxy)

    为了方便,我们用x指代只绕x轴的旋转,用y指代只绕y轴进行的旋转。在描述欧拉角的时候可以有以下方式:xyz, yzx,zxy 或者是反向顺序 zyx xzy yxz,共六种。

    1. 旋转角度的参考坐标系统(旋转是相对于固定的坐标系还是相对于自身的坐标系)

    在描述这3个旋转角的时候,可以是相对于某个固定的坐标系统(称为extrinsic rotations),也可以是相对于物体自身的坐标系统(称为intrinsic rotations)

    1. 使用旋转角度是左手系还是右手系

    旋转角度是正还是负,如果是右手系,那么符合右手定则决定正负,左手系则符合左手定则决定正负。

    1. 三个旋转角的记法
      在这里插入图片描述
      图 旋转的记法

    1.2左乘右乘

    左乘还是右乘

    左乘——相对于固定坐标系进行变换,(固定坐标系—我们上面提到的固定x轴旋转……,这里的固定,其实我们已经暗暗地定义了一个坐标系,这个坐标系我们潜意识认为它是不变的,这也就是世界坐标系。除了平时我们假设了固定坐标系就是我们认识的世界坐标系,其他情况是我们需要将坐标系1变换到坐标系2,这时,我们的坐标系2可以设为该固定坐标系)
    在这里插入图片描述

    V’ = R * V = Rz * Ry * Rx V,变换顺序是先绕x转,再绕y转,最后绕z转。
    右乘——相对于自身坐标系进行变换,每变一次下一次需要以新坐标系为标准进行变换。比如第一次变换后,原x轴的位置变为y轴,那么下一次绕y轴的变换,就会绕之前的x轴变换。
    在这里插入图片描述

    参考 https://blog.csdn.net/silence1214/article/details/8634664

    https://blog.csdn.net/a6333230/article/details/88343282?utm_medium=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.control&depth_1-utm_source=distribute.pc_relevant.none-task-blog-BlogCommendFromMachineLearnPai2-1.control

    1.3东北天坐标系

    1. 姿态角范围

      (1) 俯仰角(-90 ~ 90deg);
       (2) 横滚角(-180 ~ 180deg);
       (3) 航向角(-180 ~ 180deg,可转换为0~360deg);

    2. 轴向

      X轴向东:绕此轴旋转决定俯仰角;
      Y轴向北:绕此轴旋转决定横滚角;
      Z轴向上:绕此轴旋转决定航向角。

    1.4载体坐标系

    在这里插入图片描述
     右手坐标系(正负符合右手定则):

      X轴向右:绕此轴旋转决定俯仰角;
      Y轴向前,速度的方向:绕此轴旋转决定横滚角;
      Z轴向上:绕此轴旋转决定航向角。
    

    1.5捷联惯性导航系统

    捷联惯性导航系统(Strap-down Inertial Navigation System)是把惯性仪表直接固连在载体上,用计算机来完成导航平台功能的惯性导航系统。

    将惯性测量器件直接固连在载体上,再将其输出通过数学平台(又称捷联矩阵之转换到导航坐标系的参量),进行导航解算。系统的惯性测量器件为角速率陀螺仪和加速度计,它们固连在载体上,测得的都是载体坐标系下的物理量。

    2. 通过ECEF转换到参考点附近的ENU坐标系上

    推导过程参考:导航中坐标系及坐标转换

    使用ECEF坐标系下求解三维度距离,并在参考点附近进行转换

    • 1.参考点P=[lat,lon,height],经纬度

    图转换过程
    在这里插入图片描述

    3. 东北天坐标系到载体坐标系

    • 使用右手定则确定正负
    • 转换使用右乘矩阵(矩阵左乘)的方式,即旋转时是绕载体自己的轴进行旋转,动态
    • 旋转顺序为 Z -> X -> Y ,第一次绕 Z 轴旋转,称为航向角 Yaw,第二次 X 绕 轴旋转,称为俯仰角 Pitch,
      第三次绕 Y 轴旋转,称为翻滚角 Roll

    各轴正向的旋转矩阵,如下图所示:
    在这里插入图片描述
    图 旋转矩阵

    因为偏航角的正方向与定义的方向相反,故矩阵有所变化,指导过程如下,以下为手写计算图:
    在这里插入图片描述
    图推导过程

    1. GPS坐标WGS84到东北天坐标系ENU
    2. 常用导航坐标系 及 转换关系 (理论+程序)
    3. 初等矩阵的左乘右乘与行列变换的关系
    4. 导航中坐标系及坐标转换
    5. 左乘右乘
    展开全文
  • openGL按照载体自身坐标系旋转

    千次阅读 2016-12-21 13:33:53
    openGL坐标系旋转 立方体在openGL下可以使用glRotatef(angle, x, y, z)进行旋转,但是此时的坐标系是固定的世界坐标系,比如说立方体绕z轴旋转某一角度后,立方体的x和y轴已经改变,但是此时如果想按照立方体...
  • 坐标系转换

    2019-04-28 16:41:12
    载体坐标系转换到NED 把载体坐标下的罗盘数据转换到地理坐标下 float att_matrix[3][3]; //必须由姿态解算算出该矩阵 void a2w_3d_trans(float a[VEC_XYZ],float w[VEC_XYZ]) { for(u8 i = 0;i<3;i++) { ...
  • 无人导航常见坐标系

    2020-07-04 16:19:36
    4. 载体坐标系(Body Frame) 5. 代码实现 在UAV(Unmanned Aerial Vehicle)中,常见的坐标系有以下几种: 大地坐标系,WGS84(WorldGeodeticCoordinateSystem1984) 这是为GPS全球定位系统建立的坐标系统。WGS
  • 描述移动机器人相对运动时有五种常用的坐标系,分别是地心惯性坐标系(i系)、地球坐标系(e系)、地理坐标系(t系)、载体坐标系(b系)和导航坐标系(n系),如图13-1所示。 (1)地心惯性坐标系 (OeXiYiZi)。地心惯性坐标系...
  • 北东地/东北天两种导航坐标系与姿态转换

    万次阅读 多人点赞 2019-04-15 16:06:54
    一. 坐标系 1. 导航坐标系 常用的导航坐标系有北东地和东北天两种 ...与导航坐标系类似,常用的载体坐标系也有如下两种: 2.1 前右下坐标系—对应北东地导航坐标系  X轴:指向载体前进方向;  Y轴:指向载体...
  • 常用坐标系坐标系之间的变换

    万次阅读 2018-05-31 10:36:37
    坐标系统:有哪些坐标系,他们之间的变换矩阵是怎样的?(主要是3个坐标系3个角)...载(弹)体坐标系(b系)载(弹)体坐标系的原点0为载体(导弹)质心。ox轴为载(弹)体外壳对称轴(纵轴),指向导弹头部。定义...
  • 平面上线性变换与形变线性变换坐标的旋转变换正体字母变换为斜体字母刚体运动的矩阵齐次坐标系中的平移矩阵旋转实例基向量改变后坐标值的变化正交坐标系固定坐标系和载体坐标系以数据为基础建立坐标系三级目录 ...
  • 使用陀螺仪或者加速度计,首先要理解的就是各个坐标系,尤其是惯性参考坐标系。整理下IMU系列的相关理论,首先从坐标系定义开始一. 惯性参考坐标系经典力学认为,要选取一个绝对静止或者匀速直线运动的参考坐标系,...
  • 所以明确第二个问题,将载体坐标系(利用铝板朝向建立前右下坐标系)和全站仪自建坐标系联系到一起时,只是一个xy的一个角度变化加平移和高程方向的一个平移即可。所以完全可以将平面和高程区分开来。使用一个旋转...
  • 导航:坐标系

    2020-07-17 21:28:45
    只有实现了这个原则,载体才可以在自己的坐标系中完成一系列动作而被转换到地理坐标系中看起来是正确的。 一、常用坐标系 1.1 经纬高与地心坐标系两者关系  在我们导航过程中,经常会用到GPS定位,GPS返回的数据...
  • 确定载体坐标系相对于导航坐标系的空间方位,相当于惯导寻找导航坐标系的过程。 矢量定姿 通过已知投影坐标求解b和r系之间方位关系的问题称为双矢量定姿。 第一步,求取加速度和角速度的平均值(通过500个历元滤去...
  • 2 惯性导航1(坐标系及方向余弦)详解.ppt惯性导航 惯性导航核心: 1、需要确定载体加速度方向。(陀螺仪测姿态,即加速度方向) 2、需要确定载体加速度大小。 (加速度计测加速度大小) 陀螺仪和加速度计是惯性系统最关键...
  • 几种坐标系

    千次阅读 2011-09-28 14:56:17
    前几天笔试,搞的连地理坐标系是什么玩意都记不得了,搞的怀疑自己是不是学... 原点位于运载体所在的点,其中一轴与地理垂线重合的右手直角坐标系。  地理坐标系,也可称为真实世界的坐标系,是用于确定地物在地球
  • 坐标系与姿态矩阵

    万次阅读 2017-02-25 20:14:37
    导航中的坐标系 在导航中需要了解载体的姿态,位置以及速度信息。由于陀螺仪具有定轴性,就是当陀螺转子以高速旋转时,在没有任何外力矩作用在陀螺仪上时,陀螺仪的自转轴在惯性空间中的指向保持稳定不变的特性,...
  • 表示姿态,速度则表示为载体相对于地心地固坐标系(ECEF)的速度在导航系中的投影。位置以曲线位置的形式表示(大地纬度 、经度 以及大地高度 )。上述位置结果通常利用速度积分直接获取,而不是从笛卡儿直角坐标系...
  • // Pw高斯坐标系坐标,vd 6个rtk参数,x,y,z,heading,pitch,roll // 输出,RTK坐标系坐标 Mat getrtk(Mat Pw,vector<double> vd) { double r1 = (vd[3]/180)*3.1415926; double r2 = (vd[5]/180)*3.1415926;...
  • 惯性测量单元IMU的组成部分IMU由三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺仪组成,加速度计用来检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号,而陀螺仪用来检测载体相对于导航坐标系的角速度信号、测量物体在三维空间中的...
  • 在此基础上,结合北东地坐标系和载体坐标系的变换,利用Simulink计算并比较了静、动基础上、多种工况下的框架角运动曲线及伺服电动机需提供的力矩。结果表明:框架相对角运动的频率由纵、横摇运动频率的和、差组成,...
  • 最近云台项目还有淘宝IMU模块 相同的问题被问及了好几次 'Axis ...上面整个图很清楚的能反映出 IMU芯片测量出的物理量的方向和 实际载体坐标系的方位关系 得到转换矩阵 更一般的 当你想要将模块竖直放...
  • Q3:分析平台惯导系统与捷联惯导系统对惯性器件与导航算法的要求有什么不同?这个问题比较深,很难简单地讲清楚,我在...平台惯导系统计算指令角速度,并反馈到框架上,使平台相对导航坐标系稳定,载体姿态直接从平台...
  • 首先设定如下坐标系:地心地固坐标系(e系)、载体坐标系(b系)、初始时刻的与e系重合并凝滞的坐标系e0系以及初始时刻与b系重合并凝滞的坐标系b0系,则b系到e系的方向余弦阵可做如下链式分解: Cbe=Ce0e∗Cb0e0∗Cbb0 C...
  • imu运动学公式

    2019-12-27 13:59:48
    ### 运动学公式 运动学研究的是物体本身的运动,不考虑导致...载体坐标系与载体固联,将载体看成刚体,载体坐标系的运动就是刚体的运动。 2. 运动所参照的坐标系,即参考坐标系---$$\beta$$ 参考坐标系可能是上...
  • ”而当代科技巨头则将“广播”塞进了“智能音箱”这一新载体,并投放到千家万户之中。 从千箱大战到“战国七雄”,智能音箱已经完成了一次功能上的蝶变,变成了语音交互的核心,连接用户家中的各种IoT设备;有的则...
  • 描述载体运动,即载体坐标系( object frame) , α; 运动所参照的坐标系,即参考坐标系(reference frame) ,β; 用于表现运动的坐标轴组成的坐标系,记作投影坐标系( resolvingframe) , γ 。 载体坐标系α 与...

空空如也

空空如也

1 2 3 4 5 ... 11
收藏数 216
精华内容 86
关键字:

载体坐标系