Apollo学习笔记 进阶课程之三：定位技术①
一、 技术入门
1、 什么是无人车的自定位系统？
相对于一个坐标系，确定无人车的位置和姿态。
位置与姿态的自由度：位置：XYZ，姿态：横滚、俯仰、航向。
此外还有置信度。
2、 为什么无人车需要精确的定位？与自动驾驶地图配合提供静态感知。
3、 定位的方法：
（1） GNSS定位等
距离差分：伪距差分，根据基站位置差距计算；载波相位差分，估计载波相位的整周，计算整周数和余数，最终达到的效果可以精确到厘米级(5cm)，但需要硬件成本、人力维护、可视卫星依赖，还容易受到电磁干扰。
激光定位：预先制作一个地图（3D地图，2D概率地图）
视觉定位：车道线、红绿灯、指示牌等高价值标识。
（2） IMU
惯性导航：加速度计提供瞬时加速度，陀螺仪提供瞬时角加速度。
可以得到六自由度信息，短时精度极高，输出频率也高，无外部依赖。
多传感器融合定位：
核心为卡尔曼滤波器。
（3） 三维几何变换——坐标系
1)、旋转：
二维：
三维：
2)、三维旋转：
欧拉角： 将三维旋转的矩阵相乘顺序固定，可以得到
R=R_z (ψ) R_y (θ) R_x (φ)
欧拉角为(ψ,θ,φ)，对应的物理意义为yaw，pitch，roll
四元数： 描述为q=(s,v)，s为标量，v为一个三维向量。绕经过原点的任意轴旋转，可以通过建立有下列条件的四元数来完成：
s=cos〖θ/2〗,ν=u sin〖θ/2〗
其中u是沿所选旋转轴的单位向量，θ是绕此轴的指定旋转角。四元数旋转操作的效率高，方便对旋转过程进行插值。
3)、三维平移
4)、刚体的位置与朝向
5)、坐标系
ECI地心惯性坐标系：
特点：
①x、y轴指向两颗恒星，
②不随地球的自转而转动、
③可以作为地球附近传感器输出的惯性坐标系。
ECEF地心地固坐标系：
特点：
①x轴为赤道平面与格林威治子午面的交线，
②其与地球固连在一起一起转动，
③起始时刻i系（ECI）与e系（ECEF）重合，二者旋转关系只与时间相关，
④地球表面任一点坐标位置确定。
当地水平坐标系(n系)：
x轴指向正东，y轴指向正北，z轴垂直向上（ENU坐标系）。
特点：
与地球固连，与e系的旋转关系只与载体所在的经度λ、纬度ψ有关。
UTM通用横轴墨卡托投影： 与大地坐标系和经纬度互相转换。
车体坐标系： 右-前-上(R-F-U)坐标系或者前-左-上(F-L-U)坐标系。
IMU坐标系： 不考虑安装误差角的情况下，载体坐标系与之相同。 特点：①与载体固连，不考虑安装偏角与载体坐标系重合，②与n系的旋转关系可以表征当前载体的姿态信息。
相机坐标系： 与IMU有外参的变化。
激光雷达坐标系： 原点在多线束中点旋转轴的交点处，与IMU有外参的变化。