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基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法技术

技术编号:40586829 阅读:5 留言:0更新日期:2024-03-12 21:46
基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,本发明专利技术涉及无人车自主定位方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有室内自主定位方案难以在场景昏暗、烟尘等恶劣场景下正常工作的的问题。过程为:一:小车装载毫米波雷达和IMU;二:设置小车的初始位置坐标;计算小车的初始姿态;三:不断更新小车的位置和姿态;四:根据雷达点云数据估计雷达速度;五:融合小车的位置和姿态和雷达的速度,直至小车路径规划完成;六:根据雷达原始回波数据生成每个雷达帧的特征;七:基于每个雷达帧的特征,获得匹配约束;八:基于规划完成的小车路径和匹配约束,进行位姿图优化,获得小车位姿。本发明专利技术属于室内定位、无线通信领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及无人车自主定位方法,属于室内定位、无线通信领域。


技术介绍

1、随着机器人技术的发展,各式无人车、无人机、机器人逐渐迈向自主化,智能化。人们对于室内定位的需求越来越高。自身的精确定位是机器人能否实现自主运动工作的关键技术。特别是在无甚至弱gnss下的定位导航需求,仍然是一个难题。由于单一的传感器无法达到人们预期的效果,所以基于传感器的融合一直是一个热门的研究领域。目前,大多数平台使用激光雷达和摄像头作为主要传感器。这些传感器在良好的天气,外界环境比较理想的条件下具有良好的性能。但是摄像头这类视觉传感器方法通常在黑暗,阳光直射、雾或者烟雾等条件下能以工作。激光雷达虽然不受光线的影响,但是容易受到雨、雾,烟尘等小颗粒物质的影响。

2、最近,毫米波雷达传感器引起了人们的深入研究。毫米波雷达通常波长更长,探测范围更大,能在视觉退化的环境下工作,而且几乎不受雾、雨、烟尘等小颗粒的影响。当无人车运动在发生火灾,地震,或者烟尘较大的工地等恶劣场景时相比于其他传感器具有明显的优势,此外,它可以提供观测目标点的多普勒速度观测,从而能在单次雷达扫描中获得自我速度。


技术实现思路

1、本专利技术的目的是为了解决现有室内自主定位方案难以在场景昏暗、烟尘等恶劣场景下正常工作的的问题,而提出基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法

2、基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法具体过程为:

3、步骤一:小车装载毫米波雷达和imu;

<p>4、通过毫米雷达获取雷达点云数据以及雷达的原始回波数据;

5、其中雷达点云数据包含每个点的位置和多普勒速度;

6、通过imu获取加速度计的加速度数据和陀螺仪的角速度数据;

7、所述imu为惯性测量单元;

8、步骤二:设置小车的初始位置坐标为(0,0);

9、对静止的小车时间段t的imu数据取平均,基于平均后的imu数据计算小车的初始姿态,小车的初始姿态为小车的初始欧拉角;

10、步骤三:基于步骤二设置的小车的初始位置坐标和小车的初始姿态,不断更新小车的位置和姿态;

11、步骤四:根据步骤一获得的雷达点云数据估计雷达速度;

12、步骤五:使用误差卡尔曼滤波器算法融合步骤三得到的小车的位置和姿态和步骤四得到的雷达的速度,直至小车路径规划完成;

13、步骤六:根据步骤一获得的雷达原始回波数据生成每个雷达帧的特征;

14、步骤七:基于步骤六生成的每个雷达帧的特征,根据雷达帧的相似程度匹配不同雷达帧的特征,获得匹配约束;

15、步骤八:基于步骤五获得的规划完成的小车路径和步骤七获得匹配约束,进行位姿图优化,获得小车位姿。

16、本专利技术有益效果为:

17、本专利技术通过在多个场景下的实验,验证了本方案的在不用环境的可靠性。我们实验行走的轨迹开始位姿和结束位姿是相等的,因此可以评估轨迹误差最终位置误差均小于行进轨迹的1%。

18、本专利技术所提创新点:

19、通过对雷达原始回波数据处理得到更多有效特征来对位姿估计进行约束。

20、使用位姿图优化,对前端导航滤波器和回环约束进行优化,从而减少前端滤波器输出的累计误差,获得长时间可靠的轨迹。

21、本专利技术的详细内容从a.待解决问题与b.解决方案两部分进行描述。

22、a.本专利技术要解决的问题如下:

23、1)如何消除imu积分获得的位置的累计误差。

24、2)由于多径效应和雷达本身的噪声的影响,雷达的观测数据会有许多鬼点,误差点,如何在这些误差干扰下获得基本准确的雷达估计。

25、3)如何通过雷达原始的回波采样数据获得可以用来进行回环检测的雷达特征。

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【技术保护点】

1.基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述方法具体过程为:

2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤二中设置小车的初始位置坐标为(0,0);

3.根据权利要求2所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤三中基于步骤二设置的小车的初始位置坐标和小车的初始姿态,不断更新小车的位置和姿态;

4.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤四中根据步骤一获得的雷达点云数据估计雷达速度;具体过程为:

5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤五中使用误差卡尔曼滤波器算法融合步骤三得到的小车的位置和姿态和步骤四得到的雷达的速度,直至小车路径规划完成;具体过程为:

6.根据权利要求5所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤六中根据步骤一获得的雷达原始回波数据生成每个雷达帧的特征;具体过程为:

7.根据权利要求6所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤七中基于步骤六生成的每个雷达帧的特征,根据雷达帧的相似程度匹配不同雷达帧的特征,获得匹配约束;具体过程为:

8.根据权利要求7所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤八中基于步骤五获得的规划完成的小车路径和步骤七获得匹配约束,进行位姿图优化,获得小车位姿;具体过程为:

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【技术特征摘要】

1.基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述方法具体过程为:

2.根据权利要求1所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤二中设置小车的初始位置坐标为(0,0);

3.根据权利要求2所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤三中基于步骤二设置的小车的初始位置坐标和小车的初始姿态,不断更新小车的位置和姿态;

4.根据权利要求3所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤四中根据步骤一获得的雷达点云数据估计雷达速度;具体过程为:

5.根据权利要求4所述的基于毫米波雷达的融合多种传感器的无人车自主定位方法,其特征在于:所述步骤五中使用误...

【专利技术属性】
技术研发人员:杜佳文燕学智李赞
申请(专利权)人:吉林大学
类型:发明
国别省市:

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