第五章 雷达定位与导航
第一节 物标的雷达图像
2203 船用导航雷达的显示器属于哪种显示器__________。
A．平面位置 B．距离高度 C．方位高度 D．方位仰角
2204 船用导航雷达发射的电磁波属于哪个波段_________。
A．长波 B．中波 C．短波 D．微波
2205 船用导航雷达可以测量船舶周围水面物标的___________。
A．方位、距离 B．距离、高度 C．距离、深度 D．以上均可
2206 船用导航雷达显示的物标回波的大小与物标的___________。
A．总面积 B．总体积 C．迎向面垂直投影 D．背面水平伸展的面积
2207 船用导航雷达发射的电磁波遇到物标后，可以__________。
A．穿过去 B．较好的反射回来 C．全部绕射过去 D．以上均对
2208 本船雷达天线海面以上高为16米，小岛海面以上高为25米，在理论上该岛在距本船多远的距离内才能探测得到___________。
A．20米 B．20海里 C．20千米 D．以上均不对
2209 本船雷达天线海面以上高度为16米，前方有半径为4海里的圆形小岛，四周平坦，中间为山峰，海面以上高度为25米。当本船驶向小岛时，雷达荧光屏上首先出现的回波是小岛那个部分的回波__________。
A．离船最近处的岸线 B．离船最远处的岸线 C．山峰 D．A、C一起出现
2210 本船雷达天线海面以上高度16米，前方有半径为2海里的圆形小岛，四周低，中间为山峰，海面以上高度为49米。当本船离小岛4海里时，雷达荧光屏上该岛回波的内缘(离船最近处)对应于小岛的___________。
A．山峰 B．离船最近的岸线 C．山峰与岸线间的某处 D．以上均不对
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•ELECTRONICS WORLD・技术交流
器算计群体提供类似操作系统应有的功能，提供了操作系统本该具有的一些服务。以及硬件抽象和底层设备控制。ROS 操作系统主要目标是对机器人研发提供功能代码包的支持。ROS是一个非常复杂分布式的进程框架，并且支持一种类似于代码储存库的联合系统，进程被封装在易于被分享和发布的程序包和功能包中，这些设计可以使一个完整工程的开发和实现从文件系统到用户接口完全独立决策，独立的工程都可以被ROS的一些基础工具全部整合在一起，形成一个庞大的体系。
图1 整体设计方案ROS其实是由底层和高层两大部分组成，低层使用是BSD许可证,也就是操作系统层，能免费用于研究和商业用途。高层则是广大用户群体上传用户代码实现不同功能的各种软件包，例如定位绘图，行动规划，感知，模拟等等。3.2 基于激光雷达SLAM建图技术激光雷达是本项目中最核心的传感器，激光雷达其实就是一种采用非接触激光测距技术的扫描式传感器，它由激光发射端和光学接收端两大核心部分组成，工作时会通过自身的旋转，激光发射端向目标发射激光束，对障碍物进行感知之后，会反射一个信号，光学接收端就会接收目标返回来的信号，发射信号与接收的信号进行比较，然后在做相应的处理，然后就会获取目标的有关信息。ROS为机器人导航提供了非常强大的支持，这可以让我们在不了解细节和具有海量复杂无比的科学计算的情况下就可以对机器人导航，定位，路径规划。第一步就是要建立一个封闭环境的地图，这个过程叫做SLAM。项目组采取gmapping包构建二维地图。上文中提到了激光雷达的工作原理。通俗的讲，激光雷达在工作时就是测量自身到障碍物之间的距离。机器人初始化完成之后，会有一个对应的世界坐标和自身的朝向信息，然后根据激光雷达的探测信息，估算出的障碍物的相对坐标。我们采用bresenham算法直线段扫面的算法：通过激光雷达的扫描后，会得到机器人自身到障碍物之间的距离，那么我们把障碍物所处的栅格标注为occupy，机器人所处的栅格与障碍物所处的栅格之间之处都为free。栅格的占据可用概率表示。假如同一处障碍物经过多束激光的扫描下的表示都为occupy,那就说明该栅格的占据概率大，就具备障碍物的特征。反之，可能是本文主要是对移动机器人的“局部感知-环境建模-路线规划-行为控制”展开研究。根据差速运动模型控制机器人任意角度、任意速度改变机器人运动决策，通过传感器对周围局部环境的感知，基于SLAM算法同步构建全局二维地图，自主移动机器人根据预先确定的任务进行全局路径规划，规划出一条最优或者最次优路径（无障碍路线）。在执行路径导航时，既要进行全局规划和局部路径修改，还要通过传感器不断感知周围的局部环境信息调整自身的运动方向，在导航的过程中遇到一个静态或者一个动态的障碍物，机器人会重新规划无障碍路线，最终到达导航终点，完成导航任务。1 绪论在目前科技高速发展的时代，移动机器人的应用范围在不断地扩张，不仅在工业、农业、国防、服务等行业中得到了广泛的应用。理想的自主机器人可以不需要人的干预在各种环境中自主完成规定任务，具有较高的智能水平。我们今天要研究的问题是基于激光雷达的移动机器人室内定位与导航，通过传感器对周围局部环境的感知，通过SLAM算法构建全局的二维地图，并且保存起来，然后通加载保存好的二维地图，定位自己在环境的位置，通过预先设定的导航终点，执行路径规划算法，规划出一条最优或者最次优路径（无障碍路线），然后实现导航功能。移动机器人是机器人学中一个重要的分支，所谓移动机器人就是指能够对未知环境进行自主的分析，判断和决策，可以实现机器人的自主移动的过程。2 整体方案设计本文所设计研究的移动机器人硬件系统中我们采用了STM32和树莓派3B作为整个系统的主控部分，STM32作为机器人的动力控制部分，树莓派作为多传感器的数据处理部分，STM32和树莓派通过串口发送和接收数据，互相协同工作，完成对应的任务。激光雷达作为移动机器人的核心传感器部分，用于对周围未知环境信息的局部感知构建二维地图。然后通过加载构建好的二维地图实现自身在未知环境的定位，预先设置一个导航终点，机器人会根据设定好的导航目标规划出最优路线，机器人通过规划好的路线不断的调整自身的运动方向，假如在导航的过程中遇到一个静态或者一个动态的障碍物，机器人会重新规划路线，最终到达导航终点。整体设计方案如图1所示。3 实现原理3.1 RAM平台基于嵌入式Linux部署ROS我们采用树莓派3B作为嵌入式硬件开发平台，它是一款基于ARM架构的微型电脑主板，以SD卡为内存硬盘，具备所有PC的基本功能。本项目中我们使用的是ROS(Robot Operating System)，ROS是面向机器人开发的一个开源的元操作系统（meta-operating-system）。它不是一个传统的操作系统，在使用ROS操作系统之前，首先需要在嵌入式平台安装对应的Linux系统，然
雷达定位与导航
第一节 物标的雷达图像
2203. 船用导航雷达的显示器属于哪种显示器__________。
A．平面位置 B．距离高度
C．方位高度 D．方位仰角
2204. 船用导航雷达发射的电磁波属于哪个波段__________。
A．长波
B．中波
C．短波 D．微波
2205. 船用导航雷达可以测量船舶周围水面物标的__________。
A．方位、距离 B．距离、高度
C．距离、深度 D．以上均可
2206. 船用导航雷达显示的物标回波的大小与物标的__________有关。
A．总面积 B．总体积
C．迎向面垂直投影 D．背面水平伸展的面积
2207. 船用导航雷达发射的电磁波遇到物标后，可以__________。
A．穿过去 B．较好的反射回来
C．全部绕射过去 D．以上均对
2208. 本船雷达天线海面以上高为16米，小岛海面以上高为25米，在理论上该岛在距本船多远的距离内才能探测得到__________。
A．20米 B．20海里
C．20千米 D．以上均不对
2209. 本船雷达天线海面以上高度为16米，前方有半径为4海里的圆形小岛，四周平坦，中间为山峰，海面以上高度为25米。当本船驶向小岛时，雷达荧光屏上首先出现的回波是小岛那个部分的回波__________。
A．离船最近处的岸线 B．离船最远处的岸线
C．山峰 D．A、C一起出现
2210. 本船雷达天线海面以上高度16米，前方有半径为2海里的圆形小岛，四周低，中间为山峰，海面以—上高度为49米门当本船离小岛4海里时，雷达荧光屏上该岛回波的内缘（离船最近处）对应于小岛的__________。
第３２卷第２期 ２０１０年２月 现代雷达 Ｍｏｄｅｒｎ Ｒａｄａｒ Ｖｏ１．３２ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ．２０１０
・．总体工程・ 中图分类号：ＴＮ９５９．７ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００４—７８５９（２０１０ ）０２—００１６—０６
机载雷达组网导航定位误差仿真分析
彭金龙 ，张 策 ，吴 京
（１．国防科技大学电子科学与工程学院， 长沙４１００７３；２．空军装备研究院， 北京１０００８５）
摘要：机载雷达组网具有雷达组网和空中机动的综合优势。获取组网中载机导航定位的准确数据是目标定位的一个重要问 题。文中对机载雷达组网时导航定位误差影响目标定位的误差机理进行了理论推导，重点对导航定位误差产生的目标定位 误差进行了仿真分析，得出了两者之间的对应关系及导航定位误差产生的目标定位不一致性这一不可忽略的重要结论。 关键词：机载雷达组网；机载导航定位；误差机理；坐标转换
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｌｏｃａｔｉｏｎ Ｅｒｒｏｒｓ
ｉｎ Ａｉｒｂｏｒｎｅ Ｒａｄａｒ Ｎｅｔｗｏｒｋ
ＰＥＮＧ Ｊｉｎ－ｌｏｎｇ ，ＺＨＡＮＧ Ｃｅ ，ＷＵ Ｊｉｎｇ （１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮＵＤＴ， Ｃｈａｎｇｓｈａ ４ １ ００７３，Ｃｈｉｎａ） （２．Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ Ａｃａｄｅｍｅ ｏｆ Ａｉｒ Ｆｏｒｃｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００８５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｒｂｏｒｎｅ ｒａｄａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｈａｖｅ ｓｕｐｅｒｉｏｒｉｔｙ ｏｆ ｂｏｔｈ ｒａｄａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙ．Ｂｕｔ ｏｂｔａｉｎｉｎｇ ｔｈｅ ｅｘａｃｔ ｄａｔａ ｏｆ ｎａｖｉ— ｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ａｉｒｐｌａｎｅ ｉｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｏｆ ｈｏｗ ｔｈｅ ｅｒｒｏｒｓ ｏｆ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｉｎ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｒａｄａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｒｏｄｕｃｅ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒ ｉｓ ａｎａｌｙｓｅｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｔｈｅｎ ｂｙ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｗｅ ｏｂｔａｉｎｅｄ ｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｔａｒｇｅｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒｓ ａｎｄ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒｓ ｉｎ ａｉｒｂｏｒｎｅ ｒａｄａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ．Ａｆｔｅｒ ｔｈａｔ ｗｅ ｇｏｔ ｔｈｅ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒｓ ｐｒｏｄｕｃｅｄ ｂｙ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ ｅｒｒｏｒｓ ｃａｎ ｎｏｔ ｂｅ ｉｇｎｏｒｅｄ ｉｎ ｒａｄａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ａｉｒｂｏｒｎｅ ｒａｄａｒ ｎｅｔｗｏｒｋ；ａｉｒｂｏｒｎｅ ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｓｉｔｉｏｎ；ｅｒｒｏｒ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅ ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ
