維納濾波在模糊控制自動倒車GPS導航中的應用

張宇婷，胡金艷，謝欣欣

（西京學院，陜西 西安 710123）

維納濾波在模糊控制自動倒車GPS導航中的應用

張宇婷，胡金艷，謝欣欣

（西京學院，陜西 西安 710123）

隨著汽車的快速發展，小車已成為多數家庭的代步工具，同時倒車問題也得到了廣泛的關注。文章是通過模糊控制器來控制小車自動泊車，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，從而影響到汽車在自動泊車過程中的模糊控制器，使小車不能高效地倒入目標位置。為了解決由于噪聲而產生的GPS導航誤差，文章所采用的方法是通過維納濾波來消除噪聲，從而提高小車的倒車性能，最終得出實驗結果并對結果進行分析。

GPS導航；模糊控制；自動泊車；維納濾波

1 系統結構

圖1中(x，y)，(x′，y′)分別為小車起始位置中心點坐標與結束位置中心的坐標，φ為小車航向角（車體與水平方向的夾角），θ為小車方向盤的轉角。

原理：假設小車起始位置的中心點與結束位置的中心點坐標分別為(x，y)，(x′，y′)，小車航向角（車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），使得經過GPS定位后起始和結束位置的中心點坐標分別變為()，(′)，小車的航向角φ變為。由于GPS定位不精確而出現誤差,使得小車不能夠精確倒入指定目標位置，所以在定位后加入維納濾波，可對定位進行去噪作用，經過維納濾波后坐標，分別變為，，變為?，這樣就會利用經過維納濾波去噪的作用使誤差減少，再將經過維納濾波后的坐標發送到控制器中，控制器通過控制小車方向盤θ轉動的角度大小，控制小車能夠最大程度倒入指定位置。

圖1 系統結構框架

2 模糊控制原理

如圖2所示，小車在一個100×100的平面內，小車的起始位置可以任意或者固定某一點，通過測得小車的狀態量（x，θ，Φ） 來控制小車，最終使其倒入（50，100）的位置。

x和y分別為小車尾部中點的橫坐標與縱坐標，Φ是小車中軸線與水平線的夾角,順時針為正θ為汽車中軸線與前輪的夾角,順時針轉動為正。x，θ，Φ的范圍分別為：0≤x≤100，-30≤θ≤30，-90≤Φ≤270 。模糊控制器的設計如圖3所示。

圖2 測量小車狀態量控制小車倒入特定位置示意

圖3 模糊控制原理

3 模糊控制原理步驟

將經過維納濾波后的坐標作為模糊控制器的輸入，根據輸入值和模糊控制器的輸出反饋值，計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模糊化處理，使其轉換為相應的模糊語言變量值。這一過程實際上是一個精確量模糊化的過程。

模糊語言變量通過模糊規則和模糊推理計算出輸出的模糊控制量，一般采用IF A THEN B的形式來描述。

最后通過解模糊將計算出輸出的模糊控制量計算為精確的輸出量。這是一個將模糊量精確化的過程。

4 輸出性能比較

將小車的起始和結束位置確定后，假定加入一個均值為0，方差為2的高斯白噪聲，選取100個小車GPS定位誤差數值，通過MATLAB編程對小車在倒車時沒有噪聲、有噪聲無濾波和有噪聲有濾波3種情況的輸出性能進行比較，輸出性能的好壞通過MATLAB仿真來比較。小車運動軌跡仿真如圖4—6所示。

圖4 小車原始運動軌跡

圖5 有噪聲無濾波的小車運動軌跡

圖6 有噪聲有濾波的

5 結果分析

由圖1—6實驗結果可知小車倒車運動軌跡在小車GPS定位中無噪聲時最好，有噪聲有濾波時小車倒車運動軌跡次之，有噪聲無濾波時小車運動軌跡最不平穩。通過以上實驗分析可知小車的輸出性能在無噪聲時最好，但此類情況在現實生活中并不可取，由于噪聲的加入使得小車在倒車過程中輸出性能下降，但是在對小車的輸入控制量加 入維納濾波后，小車的輸出性能明顯提高。

6 結語

本文主要介紹的是維納濾波在模糊控制自動泊車GPS導航中的應用，通過MATLAB平臺下的編程，最終得出實驗結果并對結果進行比較分析，通過實驗結果可知小車在模糊控制自動泊車GPS導航中有噪聲時，可通過維納濾波來去除噪聲，提高小車的輸出性能。

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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倒車。