自动驾驶定位：三维几何变换与坐标系详解

本篇进阶课程⑭深入探讨了Apollo自动定位技术中的核心概念——三维几何变换和坐标系。主要内容包括以下几个关键知识点： 1. 加速度计：在自动驾驶系统中，加速度计是重要的传感器之一，用于测量车辆的加速度，这对于确定车辆运动状态和定位至关重要。通过加速度数据，系统能够估计车辆的速度和位置变化。 2. 欧拉角：三维空间中的旋转通常使用欧拉角来描述，这是一种常见的旋转顺序组合方式，如XYZ、ZYX或ZXZ等。欧拉角虽然直观，但存在 gimbal lock（极轴锁定）问题，可能导致旋转描述不连续。 3. 陀螺仪：陀螺仪用于测量物体在三个轴上的角速度，是实现精确姿态控制的关键。它在定位系统中用于校正由于地球自转引起的误差。 4. 旋转矩阵：三维旋转可以用3×3矩阵表示，包括X、Y、Z轴的旋转矩阵RX、RY、RZ，这些矩阵组合起来形成一个总的旋转矩阵，能够描述任意方向的旋转。 5. 四元数：四元数是一种高效的旋转表示方法，相比于欧拉角，四元数避免了极轴锁定问题，计算更方便，尤其在处理连续旋转时表现优越。它由四个实数构成，常用于游戏开发和计算机图形学等领域。 6. 坐标系分类：空间坐标系分为左手坐标系和右手坐标系，如地心惯性坐标系（ECI，惯性参照系）和地心地球固坐标系（ECEF，地球坐标系）。ECI坐标系固定不动，而ECEF坐标系随地球自转移动，如WGS84坐标系常用于地理信息系统。 7. 刚体的位置和朝向：在自动驾驶中，汽车被视为刚体，其位置由相对于参考坐标系的三维平移向量表示，而朝向则通过刚体原点的定向来定义。刚体坐标系是基于车辆内部某个点建立的，便于局部运动分析。 通过理解和掌握这些知识点，学习者能够更好地理解Apollo自动定位技术中的数学模型和传感器融合算法，从而提高定位精度和系统的鲁棒性。