張宇婷，胡金艷，謝欣欣

（西京學(xué)院，陜西 西安 710123）

維納濾波在模糊控制自動(dòng)倒車(chē)GPS導(dǎo)航中的應(yīng)用

張宇婷，胡金艷，謝欣欣

（西京學(xué)院，陜西 西安 710123）

隨著汽車(chē)的快速發(fā)展，小車(chē)已成為多數(shù)家庭的代步工具，同時(shí)倒車(chē)問(wèn)題也得到了廣泛的關(guān)注。文章是通過(guò)模糊控制器來(lái)控制小車(chē)自動(dòng)泊車(chē)，但是由于GPS定位中包含許多誤差源（噪聲），使得定位精度不精確，從而影響到汽車(chē)在自動(dòng)泊車(chē)過(guò)程中的模糊控制器，使小車(chē)不能高效地倒入目標(biāo)位置。為了解決由于噪聲而產(chǎn)生的GPS導(dǎo)航誤差，文章所采用的方法是通過(guò)維納濾波來(lái)消除噪聲，從而提高小車(chē)的倒車(chē)性能，最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果并對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

GPS導(dǎo)航；模糊控制；自動(dòng)泊車(chē)；維納濾波

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖1中(x，y)，(x′，y′)分別為小車(chē)起始位置中心點(diǎn)坐標(biāo)與結(jié)束位置中心的坐標(biāo)，φ為小車(chē)航向角（車(chē)體與水平方向的夾角），θ為小車(chē)方向盤(pán)的轉(zhuǎn)角。

原理：假設(shè)小車(chē)起始位置的中心點(diǎn)與結(jié)束位置的中心點(diǎn)坐標(biāo)分別為(x，y)，(x′，y′)，小車(chē)航向角（車(chē)體與水平方向的夾角）為φ。由于GPS定位中包含許多誤差源（噪聲），使得經(jīng)過(guò)GPS定位后起始和結(jié)束位置的中心點(diǎn)坐標(biāo)分別變?yōu)?)，(′)，小車(chē)的航向角φ變?yōu)?。由于GPS定位不精確而出現(xiàn)誤差,使得小車(chē)不能夠精確倒入指定目標(biāo)位置，所以在定位后加入維納濾波，可對(duì)定位進(jìn)行去噪作用，經(jīng)過(guò)維納濾波后坐標(biāo)，分別變?yōu)椋?，變?yōu)?，這樣就會(huì)利用經(jīng)過(guò)維納濾波去噪的作用使誤差減少，再將經(jīng)過(guò)維納濾波后的坐標(biāo)發(fā)送到控制器中，控制器通過(guò)控制小車(chē)方向盤(pán)θ轉(zhuǎn)動(dòng)的角度大小，控制小車(chē)能夠最大程度倒入指定位置。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架

2 模糊控制原理

如圖2所示，小車(chē)在一個(gè)100×100的平面內(nèi)，小車(chē)的起始位置可以任意或者固定某一點(diǎn)，通過(guò)測(cè)得小車(chē)的狀態(tài)量（x，θ，Φ） 來(lái)控制小車(chē)，最終使其倒入（50，100）的位置。

x和y分別為小車(chē)尾部中點(diǎn)的橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)，Φ是小車(chē)中軸線(xiàn)與水平線(xiàn)的夾角,順時(shí)針為正θ為汽車(chē)中軸線(xiàn)與前輪的夾角,順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)為正。x，θ，Φ的范圍分別為：0≤x≤100，-30≤θ≤30，-90≤Φ≤270 。模糊控制器的設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖2 測(cè)量小車(chē)狀態(tài)量控制小車(chē)倒入特定位置示意

圖3 模糊控制原理

3 模糊控制原理步驟

將經(jīng)過(guò)維納濾波后的坐標(biāo)作為模糊控制器的輸入，根據(jù)輸入值和模糊控制器的輸出反饋值，計(jì)算所選擇的輸入變量的確定值。

將模糊控制器輸入量的確定值通過(guò)模糊化處理，使其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模糊語(yǔ)言變量值。這一過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)精確量模糊化的過(guò)程。

模糊語(yǔ)言變量通過(guò)模糊規(guī)則和模糊推理計(jì)算出輸出的模糊控制量，一般采用IF A THEN B的形式來(lái)描述。

最后通過(guò)解模糊將計(jì)算出輸出的模糊控制量計(jì)算為精確的輸出量。這是一個(gè)將模糊量精確化的過(guò)程。

4 輸出性能比較

將小車(chē)的起始和結(jié)束位置確定后，假定加入一個(gè)均值為0，方差為2的高斯白噪聲，選取100個(gè)小車(chē)GPS定位誤差數(shù)值，通過(guò)MATLAB編程對(duì)小車(chē)在倒車(chē)時(shí)沒(méi)有噪聲、有噪聲無(wú)濾波和有噪聲有濾波3種情況的輸出性能進(jìn)行比較，輸出性能的好壞通過(guò)MATLAB仿真來(lái)比較。小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡仿真如圖4—6所示。

圖4 小車(chē)原始運(yùn)動(dòng)軌跡

圖5 有噪聲無(wú)濾波的小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡

圖6 有噪聲有濾波的

5 結(jié)果分析

由圖1—6實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知小車(chē)倒車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡在小車(chē)GPS定位中無(wú)噪聲時(shí)最好，有噪聲有濾波時(shí)小車(chē)倒車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡次之，有噪聲無(wú)濾波時(shí)小車(chē)運(yùn)動(dòng)軌跡最不平穩(wěn)。通過(guò)以上實(shí)驗(yàn)分析可知小車(chē)的輸出性能在無(wú)噪聲時(shí)最好，但此類(lèi)情況在現(xiàn)實(shí)生活中并不可取，由于噪聲的加入使得小車(chē)在倒車(chē)過(guò)程中輸出性能下降，但是在對(duì)小車(chē)的輸入控制量加 入維納濾波后，小車(chē)的輸出性能明顯提高。

6 結(jié)語(yǔ)

本文主要介紹的是維納濾波在模糊控制自動(dòng)泊車(chē)GPS導(dǎo)航中的應(yīng)用，通過(guò)MATLAB平臺(tái)下的編程，最終得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果并對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較分析，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知小車(chē)在模糊控制自動(dòng)泊車(chē)GPS導(dǎo)航中有噪聲時(shí)，可通過(guò)維納濾波來(lái)去除噪聲，提高小車(chē)的輸出性能。

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Application of wiener fi ltering in fuzzy control of automatic reversing GPS navigation

Zhang Yuting, Hu Jinyan, Xie Xinxin
（Xijing University, Xi’an 710123, China）

Car has become a means of transport for most families with the rapid development of the car, at the same time reversing problem has been widespread concern. The article uses fuzzy controller to control automatic parking of car, but because the GPS positioning contains many error sources（noise）, so that the positioning accuracy is not accurate, which affects the fuzzy controller in automatic parking in the process, so that the car can’t ef fi ciently reverse into the target position. In order to solve the GPS navigation error caused by noise, the method used in this paper is the wiener fi lter to eliminate the noise, so as to improve the performance of the car reversing, fi nally obtains the experimental results and they are analyzed.

GPS navigation; fuzzy control; automatic parking; wiener fi ltering

張宇婷（1991— ），女，陜西西安，碩士研究生；研究方向：模糊控制卡爾曼濾波自動(dòng)倒車(chē)。