apollo自动驾驶教程学习笔记-Apollo自定位技术3-2

视频链接：http://bit.baidu.com/Course/detail/id/284.html
讲师：万国伟 百度Apollo研发工程师

无人车基础知识

这一节主要将了坐标系和坐标变换。

坐标变换

坐标变换可以分为二维和三维，在数学上采用旋转矩阵的方式来运算。这部分没有展开细讲，不过也比较简单。线性代数是个好东西。对于车辆来说，通常按照三维坐标变换来处理。因为大多数需要参考的固定坐标系都是相对于地球的。
坐标变换也分为旋转和平移，点的旋转可以看做是坐标系之间的旋转变换。

旋转

旋转存在的问题是，旋转矩阵里的参数远大于旋转的自由度。通常在计算中使用旋转矩阵，而在优化中不使用。
旋转会用到欧拉角和四元数，通常满足一定条件下的对应关系，四元数更适合于运算，所以在优化中常使用，而欧拉角由于万向锁的问题，在运算时比较麻烦，通常用来表示（我自己的理解）。

平移

平移比较简单，就是坐标点之间的向量，通常把车辆看做刚体，这样可以在定位中进一步把车辆简化为点，在车辆的周围确定最大碰撞范围，而车辆的其他部分在需要的时候可以通过相对关系来计算。

定位坐标系

定位坐标系比较多，分类为参考坐标系和车辆坐标系。

参考坐标系

1. 地心惯性坐标系（ECI）

简称为I系。以地球球心为原点，Z轴指向北极方向，X和Y轴位于赤道面，并且固定指向两个恒星。
I系不会随着地球转动而发生变化。

2. 地心地固坐标系（ECEF）

简称为E系。以地球球心为原点，Z轴指向北极方向，X和Y轴位于赤道面，X轴指向子午线，Y轴与X和Z轴满足右手关系。E系的X和Y轴会随着地球转动而转动，与地球保持一致。

3. 当地水平坐标系

简称为L系。由于相对地球的坐标系在一个局部地区使用起来比较麻烦，需要换算，所以该坐标系是在局部地区与地面平行（或者说相切）的坐标系，定义方法有多种，常用的比如ENU坐标系，即东北天坐标系，该坐标系也称为N系，是通常导航用的导航坐标系。
L系坐标系的原点在载体上。

4. 通用横轴墨卡托投影（UTM投影）

简称为UTM坐标系，是地理上现在使用的坐标系，定义是这样的，把地球放到一个纸筒里边，在地球球心有个灯泡，这样就将地球表面的坐标投影到纸筒上，然后将纸筒展开，这个就是UTM坐标系下的地图。
UTM坐标系将地图划分成网格，按照经纬度定位，在高纬度的误差会很大，所以常常在大于一个纬度后更换计算公式。

车辆坐标系

车辆坐标系是原点位于车辆上的坐标系。

1. 车体坐标系

通常称为B系，也是做坐标系变换重要的坐标系。通常采用RFU，即右前上坐标系。
原点通常选为IMU的安装位置。

2. IMU坐标系

位于IMU传感器上的坐标系，会标注在传感器上。通常IMU坐标系与车体坐标系相同，但由于安装误差的问题，会有轻微差异，在姿态运算过程中，需要通过参数来弥补这种误差。

3. 相机坐标系

就是相机所在位置的坐标系，按照相机拍摄位置确定。相机坐标系不是车辆定位坐标系，通常不会与上边的坐标系相联系，需要变换时，通过刚体相对关系的外参来计算。

4. 激光雷达坐标系

与相机坐标系类似。按照激光雷达的位置和旋转方向确定。

运算相关参数

与坐标系运算的一些相关参数，是由坐标系相对参考坐标系、传感器数据等运算后得出，常用的有：

• UTM坐标系下位置
• IMU姿态四元数
• IMU坐标系下的速度
• 车体坐标系下车辆的加速度
• 车体坐标系下车辆的旋转角速度
• 车体姿态四元数