简 介： 针对参加大学生智能汽车竞赛同学询问GPS如何导航车模运行的问题，让研究生给出参赛队伍写一个简要说明文档。显然他没有能够把信息传递对象（参赛同学）搞明白，直接就按照学术论文格式进行阐述，这对于他来说是很方便，但对于听他讲思路的同学会带来一定的困难。这显示了学术交流与课程讲解在方法、任务、目标方面的差异。按照研究生的解释恐怕会把参赛同学们的热情给消磨殆尽了。
关键词： GPS，智能车竞赛，研究生

01 GPS导航

1.1 问题提出

  卓老师，如何使用GPS导航，使得小车跑起来？现在我一点思路都没有。

1.2 问题回答

  关于你的问题，昨天我让一位研究生同学起草一个简单的描述文档，向一位没有任何思路的低年级同学讲清楚如何通过GPS对车模进行导航。结果呢？他给我发送了如下的说明。说实在的，如果你能够看明白，估计早就有了控制思路。

1.2.1 研究生给出的讲解

（1）问题描述

  假设车模比赛路径由一组二维空间的点组成，表示为 。路径点 和 是路径中第????和第 个航路点，它们连接成为航段 。矢量  表示从航路点 指向 的单位矢量； 为航段 上的期望速度； 为无人车当前时刻位置（矢量）； 为无人车当前时刻速度（矢量）。

（2）问题求解

  基于以上对问题的描述，车模跟踪控制器设计如下。

  经分析可以得到如下关系式：

• 无人车当前位置与航段 的侧向偏差：   

  
  

• 无人车当前位置与航段 的侧向偏差变化率， 为当前速度，则有： 

  
  

• 无人车当前速度与航段 上期望速度的偏差，则有： 

  
  

  基于上述误差信号，可以建立航路跟踪控制器算法，分别代表无人车与雁行路方向和垂直航路方向的期望速度。

  所以无人车的控制率为 。将其写成幅值相角形式，即 ，其中 和 分别代表了无人车的期望速度和期望航向，分别用电机和舵机的PID控制实现即可。

  若判断无人车是否从航段 ，可通过判断无人车是否越过航路点 位置的法向矢量来实现。即 时，可以认为无人车越过航路点 。一旦完成航段 ，控制器中的积分器要重置，以避免新航段上侧向、纵向误差积分被上一个航段干扰。当然，如果两个相邻航段的转角比较小（即航路曲度小），积分器也可以不重置。

  也别怪这位研究生同学，他是按照研究论文的学术节奏来写的说明资料，不太适合给咱们智能车竞赛入门同学看的，这应该是给导师看的。

1.2.2 建议学习思路

  建议你按照以下方式对你关心的GPS导航问题找到思路。

（1）第一步：读懂规则要求

  根据 第十七届全国大学智能汽车竞赛竞速比赛规则^[1] 对于室外极速越野组要求能够了解。

（2）第二步：知道GPS能够得到什么信息？

  根据测试双频GNSS定位导航模块^[2]知道GPS中可以得到什么信息。

（3）第三步：了解车模导航一般原理

  可以观看生动有趣  自动驾驶汽车的简单控制原理【PID控制】^[3]  视频了解车模导航最基本过程和方法。然后自己考虑一下，如何从GPS所给定的信息中获得控制所需要的路径偏差信息。

（4）第四步：动手实践

  通过观察  第17届 极速越野组 逐飞演示车模 任务演示^[4]  视频中的演示，自己可以先动手按照初步的想法在自己的车模中实现一下，先可以慢慢的跑起来。

  通过初步测试之后，然后再继续往深入思考，除了GPS之外，如何利用车载上的IMU（惯性测量单元）所提供的角速度、加速度对车模进行更加细致的控制，进一步提高车模运行速度和稳定性。

  万事开头难，加油吧。

※ 总  结 ※

  针对参加大学生智能汽车竞赛同学询问GPS如何导航车模运行的问题，让研究生给出参赛队伍写一个简要说明文档。显然他没有能够把信息传递对象（参赛同学）搞明白，直接就按照学术论文格式进行阐述，显然这对于他来说是很方便，但对于听他讲思路的同学会带来一定的困难。

  这显示了学术交流与课程讲解在方法、任务、目标方面的差异。按照研究生的解释恐怕会把参赛同学们的热情给消磨殆尽了。

参考资料