1.本發(fā)明涉及車(chē)輛定位技術(shù)領(lǐng)域,尤其是涉及一種多傳感器融合的車(chē)輛定位方法及系統(tǒng)。

　　2.2007年至今,無(wú)人駕駛系統(tǒng)中的定位手段大致可分為四代,其中第一代主要采用velodyne64線激光雷達(dá)與相機(jī)分開(kāi)處理方案,第二代主要方案為融合多顆16線線雷達(dá)融合攝像頭以及其他傳感器,進(jìn)行定位于與目標(biāo)識(shí)別,第三代主要將第二代激光雷達(dá)升級(jí)為固態(tài)激光雷達(dá),并將固態(tài)雷達(dá)安裝到車(chē)輛的前方,第四代方案將去除方向盤(pán),采用的是移動(dòng)空間的概念,目前是所有廠商追求的終極目標(biāo)。綜上可以看出,多傳感器融合均是定位技術(shù)中必須攻克的難點(diǎn)。

　　3.多傳感器融合技術(shù)主要存在傳感器同步與融合數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)兩個(gè)難點(diǎn),前者主要在于傳感器高精度的時(shí)間以及空間同步,需要對(duì)激光雷達(dá)、攝像頭等傳感器的特性,以及人工智能有著較為深刻的理解,后者則涌現(xiàn)出了多種傳感器融合方案,主要分為前融合與后融合兩大方案。其中,后融合算法在數(shù)據(jù)原始層進(jìn)行處理,可得到點(diǎn)云、視覺(jué)、毫米波信息的處理結(jié)果,并將目標(biāo)識(shí)別結(jié)果進(jìn)行匯總,從而不會(huì)喪失數(shù)據(jù)的完整性,前融合算法先將各種傳感器算法進(jìn)行空間與時(shí)間同步,通過(guò)算法過(guò)濾掉一些目標(biāo),從而達(dá)到端到端的目標(biāo)識(shí)別效果,但是由于激光雷達(dá)產(chǎn)生的是3d點(diǎn)云數(shù)據(jù),與攝像頭收到的圖像數(shù)據(jù)幀率完全不同且難以在數(shù)據(jù)空間內(nèi)進(jìn)行匹配,且不同品牌的激光雷達(dá),激光雷達(dá)產(chǎn)生的點(diǎn)云特性也不盡相同,導(dǎo)致無(wú)人駕駛中傳感器前融合算法魯棒性較弱。

　　4.多傳感器融合技術(shù)的發(fā)展,主要依賴(lài)與自動(dòng)駕駛與深度學(xué)習(xí)的持續(xù)推進(jìn),在一定的融合準(zhǔn)則下,通過(guò)對(duì)不同時(shí)間與空間維度的多傳感器信息進(jìn)行分析,并獲得被測(cè)目標(biāo)的相同描述與解釋,進(jìn)而得到精準(zhǔn)的后續(xù)決策和估計(jì)。傳統(tǒng)的傳感器融合算法主要是卡爾曼濾波算法、d

　　s證據(jù)理論等,但是隨著深度學(xué)習(xí)的發(fā)展,基于深度學(xué)習(xí)模型的融合算法也逐漸成為主要的研究方向。

　　5.目前多傳感器融合的體系結(jié)構(gòu)主要分為分布式、集中式和混合式。其中分布式先對(duì)各個(gè)獨(dú)立傳感器所獲得的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行局部處理,然后再將結(jié)果送入信息融合中心進(jìn)行智能優(yōu)化組合來(lái)獲得最終的結(jié)果。分布式對(duì)通信帶寬的需求低、計(jì)算速度快、可靠性和延續(xù)性好,但跟蹤的精度卻遠(yuǎn)沒(méi)有集中式高。集中式將各傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)直接送至中央處理器進(jìn)行融合處理,可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)融合。其數(shù)據(jù)處理的精度高,算法靈活,缺點(diǎn)是對(duì)處理器的要求高,可靠性較低,數(shù)據(jù)量大,故難于實(shí)現(xiàn)。混合式多傳感器信息融合框架中,部分傳感器采用集中式融合方式,剩余的傳感器采用分布式融合方式。混合式融合框架具有較強(qiáng)的適應(yīng)能力,兼顧了集中式融合和分布式的優(yōu)點(diǎn),穩(wěn)定性強(qiáng)。混合式融合方式的結(jié)構(gòu)比前兩種融合方式的結(jié)構(gòu)復(fù)雜,這樣就加大了通信和計(jì)算上的代價(jià)。

　　6.多傳感器信息融合方案主要分為數(shù)據(jù)級(jí)融合、特征級(jí)融合和決策級(jí)融合三類(lèi)方案,其中數(shù)據(jù)級(jí)融合,針對(duì)傳感器采集的數(shù)據(jù),依賴(lài)于傳感器類(lèi)型,進(jìn)行同類(lèi)數(shù)據(jù)的融合。數(shù)

　　據(jù)級(jí)的融合要處理的數(shù)據(jù)都是在相同類(lèi)別的傳感器下采集,所以數(shù)據(jù)融合不能處理異構(gòu)數(shù)據(jù)。特征級(jí)融合通過(guò)提取所采集數(shù)據(jù)包含的特征向量,用來(lái)體現(xiàn)所監(jiān)測(cè)物理量的屬性,這是面向監(jiān)測(cè)對(duì)象特征的融合。如在圖像數(shù)據(jù)的融合中,可以采用邊沿的特征信息,來(lái)代替全部數(shù)據(jù)信息。決策級(jí)融合根據(jù)特征級(jí)融合所得到的數(shù)據(jù)特征,進(jìn)行一定的判別、分類(lèi),以及簡(jiǎn)單的邏輯運(yùn)算,根據(jù)應(yīng)用需求進(jìn)行較高級(jí)的決策,從而產(chǎn)生面向應(yīng)用的融合。

　　7.在車(chē)輛定位系統(tǒng)中,主要依賴(lài)車(chē)輛自身運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的定位誤差修正信息包括車(chē)輛速度和姿態(tài)角等,其中速度信息按照車(chē)輛的行進(jìn)方向可以分為縱向速度、橫向速度和垂向速度,姿態(tài)角信息通常包括俯仰角、側(cè)傾角和方位角。由于車(chē)輛在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中車(chē)輪一般不會(huì)離開(kāi)路面,因此垂向速度、俯仰角、側(cè)傾角的變化幅值較小。實(shí)際上,僅使用車(chē)輛方位角、縱向速度和橫向速度就可以基于航位推算方法完成二維平面內(nèi)的定位,因此這三個(gè)參數(shù)是影響車(chē)輛定位性能的關(guān)鍵參數(shù)。

　　8.在現(xiàn)有的用于車(chē)輛定位導(dǎo)航的多傳感器融合技術(shù)中,純視覺(jué)算法有著檢測(cè)速度較快的優(yōu)勢(shì),但在實(shí)際場(chǎng)景下,若目標(biāo)存在遮擋,其識(shí)別框精度便會(huì)大幅度下降,視覺(jué)和慣性融合易受環(huán)境光線影響,計(jì)算量大,存在累計(jì)誤差,激光雷達(dá)和慣性融合探測(cè)距離有限,不能識(shí)別物體,在特征不明顯的環(huán)境中定位效果差,難以重定位,激光雷達(dá)和視覺(jué)融合計(jì)算量較大,定位結(jié)果依賴(lài)于準(zhǔn)確的聯(lián)合標(biāo)定,在運(yùn)動(dòng)過(guò)快的情況下定位效果差,毫米波和激光雷達(dá)成本高,計(jì)算量大,且無(wú)法識(shí)別物體,在結(jié)構(gòu)單一環(huán)境中定位效果差,慣性和聲納組合,存在累計(jì)誤差,對(duì)動(dòng)態(tài)目標(biāo)跟蹤效果較差。

　　9.本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種多傳感器融合的車(chē)輛定位方法及系統(tǒng),根據(jù)有無(wú)gps信號(hào)的情況,在不同的場(chǎng)景下采用不同的傳感器融合方案進(jìn)行車(chē)輛的定位導(dǎo)航,適用范圍更廣,結(jié)合多種傳感器自身不同的優(yōu)缺點(diǎn)相互配合輔助定位,定位精度高,魯棒性好。

　　11.一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法,如果可以接收gps信號(hào),則融合gps裝置和imu慣性傳感器進(jìn)行車(chē)輛的定位,使用激光雷達(dá)進(jìn)行障礙物檢測(cè),實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航,如果不能接收gps信號(hào),則使用激光雷達(dá)構(gòu)建柵格地圖,融合imu慣性傳感器和相機(jī)進(jìn)行車(chē)輛的定位和障礙物檢測(cè),實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航。

　　13.獲取imu慣性傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),基于車(chē)輛在前一時(shí)刻的位置信息,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和位姿解算后得到車(chē)輛的第一位置信息,

　　15.以第一位置信息為預(yù)測(cè)模型,以第二位置信息作為觀測(cè)模型,使用卡爾曼濾波算法融合第一位置信息和第二位置信息,得到車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息,

　　16.獲取激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù),得到車(chē)輛周?chē)恼系K物信息,基于車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息和車(chē)輛周?chē)恼系K物信息實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的導(dǎo)航。

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　　17.進(jìn)一步的,不能接收gps信號(hào)時(shí),例如在隧道或多層立交等場(chǎng)景下gps信號(hào)被完全遮擋,車(chē)輛的定位導(dǎo)航具體為,

　　19.獲取相機(jī)采集的連續(xù)的圖像,對(duì)圖像進(jìn)行特征點(diǎn)提取,對(duì)相鄰幀的圖像的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配,基于匹配的特征點(diǎn)得到車(chē)輛的位姿信息和車(chē)輛周?chē)恼系K物信息,

　　20.獲取imu慣性傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),基于車(chē)輛在前一時(shí)刻的位置信息,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和位姿解算后得到車(chē)輛的第一位置信息和車(chē)輛的速度信息,

　　21.使用位姿信息對(duì)第一位置信息進(jìn)行矯正,得到車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息,基于二維柵格地圖和車(chē)輛障礙物周?chē)恼系K物信息實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的導(dǎo)航。

　　22.進(jìn)一步的,如果不能接收gps信號(hào),且相機(jī)采集的數(shù)據(jù)不符合預(yù)設(shè)置的定位要求,如在光照變換強(qiáng)烈或特征缺失的環(huán)境中,則使用激光雷達(dá)構(gòu)建柵格地圖,使用imu慣性傳感器進(jìn)行車(chē)輛的定位,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航。

　　23.更進(jìn)一步的,不能接收gps信號(hào),且相機(jī)采集的數(shù)據(jù)不符合預(yù)設(shè)置的定位要求時(shí)車(chē)輛的定位導(dǎo)航具體為,

　　25.獲取imu慣性傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),基于車(chē)輛在前一時(shí)刻的位置信息,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和位姿解算后得到車(chē)輛的第一位置信息,將第一位置信息作為車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息,

　　27.一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航系統(tǒng),包括傳感器模塊、 同步控制器、數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算模塊,

　　28.所述傳感器模塊包括安裝在車(chē)輛上的i mu慣性傳感器、 gp s裝置、相機(jī)和激光雷達(dá),

　　29.所述同步控制器用于實(shí)現(xiàn)傳感器模塊中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)同步,所述數(shù)據(jù)采集器用于獲取傳感器模塊中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),

　　30.所述計(jì)算模塊基于傳感器模塊中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),通過(guò)多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航。

　　31.進(jìn)一步的,相機(jī)采用主動(dòng)同步方式, 同步控制器向相機(jī)發(fā)送同步控制信號(hào),包括一個(gè)觸發(fā)信號(hào)和一個(gè)時(shí)間戳信息,相機(jī)接收到觸發(fā)信號(hào)后開(kāi)始采集數(shù)據(jù),完成一次數(shù)據(jù)采集后將采集的數(shù)據(jù)與時(shí)間戳信息配準(zhǔn)后發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器。

　　32.進(jìn)一步的, i mu慣性傳感器采用被動(dòng)同步方式, i mu慣性傳感器完成一次數(shù)據(jù)采集后,將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器, 同時(shí)向同步控制器發(fā)送一個(gè)同步信號(hào),所述同步控制器接收到同步信號(hào)后記錄該同步信號(hào)的發(fā)生時(shí)間作為時(shí)間戳信息,并將時(shí)間戳信息發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器,所述數(shù)據(jù)采集器將接收到的數(shù)據(jù)和時(shí)間戳信息進(jìn)行配準(zhǔn)。

　　33.進(jìn)一步的,激光雷達(dá)采用授時(shí)同步方式, 同步控制器向激光雷達(dá)同時(shí)發(fā)送脈沖信號(hào)和時(shí)間戳信息,激光雷達(dá)接收到脈沖信號(hào)后開(kāi)始采集數(shù)據(jù),完成一次數(shù)據(jù)采集后將采集的數(shù)據(jù)與時(shí)間戳信息配準(zhǔn)后發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器。

　　34.進(jìn)一步的,計(jì)算模塊進(jìn)行車(chē)輛的定位導(dǎo)航時(shí),基于預(yù)設(shè)置的坐標(biāo)變換矩陣將傳感器模塊中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系下,所述坐標(biāo)變換矩陣是基于傳感器模塊中各個(gè)傳感器在車(chē)輛上的安裝位置計(jì)算得到的。

　　36.(1)根據(jù)有無(wú)gp s信號(hào)的情況,在不同的場(chǎng)景下采用不同的傳感器融合方案進(jìn)行車(chē)

　　輛的定位導(dǎo)航,適用范圍更廣,結(jié)合多種傳感器自身不同的優(yōu)缺點(diǎn)相互配合輔助定位,定位精度高,魯棒性好。

　　37.(2)采用混合式架構(gòu)進(jìn)行多傳感器融合, 同時(shí)具備分布式和集中式兩種架構(gòu)的優(yōu)點(diǎn),提升了穩(wěn)定性和精確度,采用特征級(jí)融合,特征級(jí)融合在兼容異構(gòu)數(shù)據(jù)的同時(shí),所需計(jì)算量較低。

　　38.(3)沒(méi)有g(shù)p s信號(hào)時(shí),通過(guò)相機(jī)、 i mu慣性傳感器和激光雷達(dá)進(jìn)行定位導(dǎo)航,考慮到在光照變換強(qiáng)烈或特征缺失的環(huán)境中會(huì)相機(jī)導(dǎo)致定位失敗,在相機(jī)采集的數(shù)據(jù)不符合預(yù)設(shè)置的定位要求時(shí)自動(dòng)切換至激光雷達(dá)與i mu慣性傳感器融合的模式完成定位功能。

　　39.(4)相機(jī)采用主動(dòng)同步方式, i mu慣性傳感器采用被動(dòng)同步方式,激光雷達(dá)采用授時(shí)同步方式,根據(jù)傳感器的特點(diǎn)設(shè)置了與之相適應(yīng)的數(shù)據(jù)同步方式,實(shí)現(xiàn)多傳感器的數(shù)據(jù)同步。

　　43.附圖標(biāo)記, 1、傳感器模塊, 2、 同步控制器, 3、數(shù)據(jù)采集器, 4、計(jì)算模塊。具體實(shí)施方式

　　44.下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。本實(shí)施例以本發(fā)明技術(shù)方案為前提進(jìn)行實(shí)施,給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程,但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

　　46.一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法,如圖1所示,如果可以接收gp s信號(hào),則融合gp s裝置和i mu慣性傳感器進(jìn)行車(chē)輛的定位,使用激光雷達(dá)進(jìn)行障礙物檢測(cè),實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航,如果不能接收gp s信號(hào),則使用激光雷達(dá)構(gòu)建柵格地圖,融合i mu慣性傳感器和相機(jī)進(jìn)行車(chē)輛的定位和障礙物檢測(cè),實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航。

　　47.一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航系統(tǒng),如圖2所示,包括傳感器模塊1、 同步控制器2、數(shù)據(jù)采集器3和計(jì)算模塊4,

　　48.如圖3所示,傳感器模塊1包括安裝在車(chē)輛上的i mu慣性傳感器、 gp s裝置、相機(jī)和激光雷達(dá),

　　49.同步控制器2用于實(shí)現(xiàn)傳感器模塊1中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)同步,數(shù)據(jù)采集器用于獲取傳感器模塊1中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),

　　50.計(jì)算模塊4基于傳感器模塊1中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),通過(guò)多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航。

　　51.i mu慣性傳感器即慣性測(cè)量單元,主要用來(lái)檢測(cè)和測(cè)量加速度與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的傳感器, i mu慣性傳感器可以實(shí)時(shí)測(cè)量車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信息,再利用成熟的導(dǎo)航解算方法實(shí)現(xiàn)全維導(dǎo)航參數(shù)(位置、速度、姿態(tài))解算,可以作為主濾波器融合任何其它定位定姿傳感器的信息,它的優(yōu)勢(shì)是獨(dú)立自主,不與外界發(fā)生聯(lián)系,不受平臺(tái)、環(huán)境的干擾影響,采樣率高、故障

　　率低,從而具備高可用、高可靠的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)施例中i mu慣性傳感器采用n o v at e l 公司的sapn

　　fs as設(shè)備已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了gp s和imu數(shù)據(jù)的同步,它本身也是一個(gè)同步控制器, 即可以向外發(fā)送脈沖信號(hào),也可以接收外部傳感器的脈沖信號(hào), 因此,我們將sapn

　　52.gp s裝置是完成戶外定位導(dǎo)航的關(guān)鍵設(shè)備, gp s系統(tǒng)包括了gp s衛(wèi)星、地面主控與監(jiān)測(cè)站及移動(dòng)端gp s接收機(jī)組成。 gp s可以提供的信息除車(chē)輛位置、速度以外,還包括偽距、星歷等用于定位解算的原始數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中, gp s采用北京北斗星通公司的c230

　　at經(jīng)濟(jì)型單頻gp s接收機(jī)。該接收機(jī)通過(guò)串口輸出車(chē)輛三維位置坐標(biāo)(經(jīng)度、緯度、高度)、三維速度(東向、北向、天向)、時(shí)間等信息,單點(diǎn)水平定位精度為3 m,速度測(cè)量精度為0.05 m/s,輸出頻率為1 hz, gp s接收機(jī)放置在車(chē)內(nèi), gp s天線通過(guò)磁吸座安裝在車(chē)輛頂部,其位置測(cè)量值作車(chē)輛定位的結(jié)果進(jìn)行地圖匹配。

　　53.相機(jī)是一種包含信息量非常廣泛的傳感器,成本較低,具有豐富的色彩信息,且分辨率比較高, 比如1920

　　1080分辨率的相機(jī)拍攝的圖像,在水平方向上就有1080條線條線,可以對(duì)視野內(nèi)的景物進(jìn)行比較全面的反應(yīng)。

　　54.本實(shí)施例中相機(jī)采用海康威視車(chē)載網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),該攝像機(jī)可以在最高分辨率

　　1080、幀率30fps的情況下實(shí)時(shí)輸出圖像,并自帶碼流平滑設(shè)置,在車(chē)載振動(dòng)環(huán)境中可以保證圖像質(zhì)量和流暢性,所采集的圖像數(shù)據(jù)通過(guò)rj45網(wǎng)絡(luò)接口輸出。

　　55.本實(shí)施例中相機(jī)采用前視方式安裝,將其置于車(chē)輛內(nèi)部前擋風(fēng)玻璃中間的位置,拍攝車(chē)輛行駛過(guò)程中的前方圖像信息。

　　56.激光雷達(dá)是一種由發(fā)射器發(fā)射紅外光,通過(guò)接收器接收反射回來(lái)的光線,利用時(shí)間差來(lái)計(jì)算障礙物距離的傳感器,不僅可以獲取物體距離的信息,激光雷達(dá)還可以提供返回所掃描物體的密度信息,通過(guò)檢測(cè)目標(biāo)物體的空間方位和距離,通過(guò)點(diǎn)云來(lái)描述3d環(huán)境模型,提供目標(biāo)的激光反射強(qiáng)度信息和被檢測(cè)目標(biāo)的詳細(xì)形狀描述等。本實(shí)施例中,激光雷達(dá)采用vlp

　　16激光雷達(dá)是velodyne公司出品的3維激光雷達(dá),保留了電機(jī)轉(zhuǎn)速可調(diào)節(jié)的功能。實(shí)時(shí)上傳周?chē)嚯x和反射率的測(cè)量值。 vlp

　　57.對(duì)于傳感器模塊1內(nèi)的傳感器,其工作頻率不一樣,如gp s裝置的頻率是10hz, imu慣性傳感器的頻率是1 khz,采集的數(shù)據(jù)不同步, 因此需要同步控制器2實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步。

　　58.相機(jī)采用主動(dòng)同步方式, 同步控制器2發(fā)送同步控制信號(hào),包括一個(gè)觸發(fā)信號(hào)和一個(gè)時(shí)間戳信息,相機(jī)接收到觸發(fā)信號(hào)后開(kāi)始采集數(shù)據(jù),完成一次數(shù)據(jù)采集后將采集的數(shù)據(jù)與時(shí)間戳信息配準(zhǔn)后發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器3。

　　59.i mu慣性傳感器采用被動(dòng)同步方式, i mu慣性傳感器完成一次數(shù)據(jù)采集后, 由硬件內(nèi)部中斷響應(yīng)機(jī)制記錄下精確時(shí)刻,將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器3, 同時(shí)向同步控制器2發(fā)送一個(gè)同步信號(hào), 同步控制器2接收到同步信號(hào)后記錄該同步信號(hào)的發(fā)生時(shí)間作為時(shí)間戳信息,并將時(shí)間戳信息發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器3,數(shù)據(jù)采集器3將接收到的數(shù)據(jù)和時(shí)間戳信息進(jìn)行配準(zhǔn)。

　　60.激光雷達(dá)采用授時(shí)同步方式, 同步控制器2向激光雷達(dá)同時(shí)發(fā)送脈沖信號(hào)和時(shí)間戳信息,激光雷達(dá)接收到脈沖信號(hào)后開(kāi)始采集數(shù)據(jù),完成一次數(shù)據(jù)采集后將采集的數(shù)據(jù)與時(shí)間戳信息配準(zhǔn)后發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器3。

　　61.本技術(shù)的車(chē)輛定位導(dǎo)航分兩種情況,一種是可以接收到gp s信號(hào),一種是無(wú)法接收到gp s信號(hào),在可以接收到gp s信號(hào)的情況下,通過(guò)gp s裝置和imu慣性傳感器來(lái)進(jìn)行導(dǎo)航和完成精確定位,接入激光雷達(dá)傳感器對(duì)于指定范圍內(nèi)的障礙物進(jìn)行檢測(cè)。在無(wú)法接收到gp s信號(hào)的情況下, 以相機(jī)與i mu傳感器融合完成定位功能,并結(jié)合激光雷達(dá)構(gòu)建柵格地圖完成導(dǎo)航與路徑規(guī)劃功能,在特殊環(huán)境中相機(jī)圖像特征缺失或跟蹤定位失敗的條件下, 自動(dòng)切換至激光雷達(dá)與i mu傳感器融合的模式完成定位功能。

　　62.此外,如圖3所示, 由于各個(gè)傳感器的安裝位置不一樣,采集到的數(shù)據(jù)需要進(jìn)行坐標(biāo)變換,可以基于預(yù)設(shè)置的坐標(biāo)變換矩陣將傳感器模塊1中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系下,坐標(biāo)變換矩陣(如旋轉(zhuǎn)矩陣、平移矩陣)是基于傳感器模塊1中各個(gè)傳感器在車(chē)輛上的安裝位置計(jì)算得到的。

　　64.獲取i mu慣性傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),基于車(chē)輛在前一時(shí)刻的位置信息,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和位姿解算后得到車(chē)輛的第一位置信息,

　　65.獲取gp s裝置的測(cè)量數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后得到車(chē)輛的第二位置信息,

　　66.以第一位置信息為預(yù)測(cè)模型, 以第二位置信息作為觀測(cè)模型,使用卡爾曼濾波算法融合第一位置信息和第二位置信息,得到車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息,

　　67.獲取激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù),得到車(chē)輛周?chē)恼系K物信息,基于車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息和車(chē)輛周?chē)恼系K物信息實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的導(dǎo)航。

　　68.在可以接收gp s信號(hào)的情況下,一方面, gp s提供了第二位置信息,而對(duì)imu慣性傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行積分得到第一位置信息。但是, i mu慣性傳感器的定位誤差會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng),假定imu慣性傳感器的頻率是1 khz, gp s裝置的頻率是10hz,那么兩次gp s更新之間,可以使用100個(gè)i mu慣性傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行位置預(yù)測(cè),在接收到新的較精準(zhǔn)的gp s數(shù)據(jù)時(shí),使用gp s數(shù)據(jù)對(duì)當(dāng)前的位置預(yù)測(cè)進(jìn)行更新。不斷重復(fù),可以綜合gp s裝置和i mu慣性傳感器的優(yōu)點(diǎn),校正i mu傳感器累積誤差,達(dá)到較好的定位效果。

　　69.通過(guò)gp s裝置和i mu慣性傳感器完成精確定位后,接入激光雷達(dá)對(duì)指定范圍內(nèi)的障礙物進(jìn)行檢測(cè)。在設(shè)定的激光雷達(dá)視野中沒(méi)有障礙物時(shí),車(chē)輛按照規(guī)劃的路徑進(jìn)行行駛, 當(dāng)出現(xiàn)動(dòng)態(tài)障礙物時(shí),根據(jù)相對(duì)位置信息進(jìn)行減速避障, 當(dāng)障礙物移除激光雷達(dá)視野時(shí),繼續(xù)按照規(guī)劃路徑進(jìn)行行駛,在設(shè)定的激光雷達(dá)視野中出現(xiàn)鏡頭障礙物時(shí),結(jié)合障礙物的形狀大小進(jìn)行探測(cè),規(guī)劃新的路徑,避開(kāi)障礙物后,繼續(xù)行駛。而且,為了保證行駛安全,在車(chē)輛控制系統(tǒng)中,可以設(shè)定基于靜態(tài)障礙物避障得到的局部規(guī)劃路徑的優(yōu)先級(jí)高于原先的全局規(guī)劃路徑。

　　70.(二)不能接收gp s信號(hào)時(shí),例如在隧道或多層立交等場(chǎng)景下gp s信號(hào)被完全遮擋,車(chē)輛的定位導(dǎo)航具體為,

　　72.獲取相機(jī)采集的連續(xù)的圖像,對(duì)圖像進(jìn)行特征點(diǎn)提取,對(duì)相鄰幀的圖像的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配,基于匹配的特征點(diǎn)得到車(chē)輛的位姿信息和車(chē)輛周?chē)恼系K物信息,

　　73.獲取i mu慣性傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),基于車(chē)輛在前一時(shí)刻的位置信息,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和位姿解算后得到車(chē)輛的第一位置信息和車(chē)輛的速度信息,

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　　74.使用位姿信息對(duì)第一位置信息進(jìn)行矯正,得到車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息,基于

　　75.主要采用視覺(jué)慣導(dǎo)的方法,通過(guò)特征點(diǎn)匹配可以得到車(chē)輛的位姿信息及障礙物信息,使用位姿信息矯正i mu慣性傳感器的累積誤差,得到位置信息,結(jié)合激光雷達(dá)構(gòu)建的二維柵格地圖完成導(dǎo)航和路徑規(guī)劃。

　　76.(三)如果不能接收gp s信號(hào),且相機(jī)采集的數(shù)據(jù)不符合預(yù)設(shè)置的定位要求,如在光照變換強(qiáng)烈或特征缺失的環(huán)境中,導(dǎo)致相機(jī)定位識(shí)別,則使用激光雷達(dá)構(gòu)建柵格地圖,使用i mu慣性傳感器進(jìn)行車(chē)輛的定位,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航。

　　77.不能接收gp s信號(hào),且相機(jī)采集的數(shù)據(jù)不符合預(yù)設(shè)置的定位要求時(shí)車(chē)輛的定位導(dǎo)航具體為,

　　79.獲取i mu慣性傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),基于車(chē)輛在前一時(shí)刻的位置信息,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和位姿解算后得到車(chē)輛的第一位置信息,將第一位置信息作為車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息,

　　81.在開(kāi)闊環(huán)境中人為引入gp s失效以及城市環(huán)境中的真實(shí)gp s失效的場(chǎng)景下,對(duì)本技術(shù)提供的多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法的性能進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明本技術(shù)在gps失效60s時(shí),定位存在的最大誤差小于12m,均方根誤差小于

　　82.以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的較佳具體實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解,本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員無(wú)需創(chuàng)造性勞動(dòng)就可以根據(jù)本發(fā)明的構(gòu)思作出諸多修改和變化。因此,凡本技術(shù)領(lǐng)域中技術(shù)人員依本發(fā)明的構(gòu)思在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上通過(guò)邏輯分析、推理或者有限的實(shí)驗(yàn)可以得到的技術(shù)方案, 皆應(yīng)在由權(quán)利要求書(shū)所確定的保護(hù)范圍內(nèi)。

　　1.一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法,其特征在于,如果車(chē)輛可以接收gp s信號(hào),則融合gp s裝置和i mu慣性傳感器進(jìn)行車(chē)輛的定位,使用激光雷達(dá)進(jìn)行障礙物檢測(cè),實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航,如果車(chē)輛不能接收gp s信號(hào),則使用激光雷達(dá)構(gòu)建柵格地圖,融合i mu慣性傳感器和相機(jī)進(jìn)行車(chē)輛的定位和障礙物檢測(cè),實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航。 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法,其特征在于,可以接收gp s信號(hào)時(shí)車(chē)輛的定位導(dǎo)航具體為,獲取i mu慣性傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),基于車(chē)輛在前一時(shí)刻的位置信息,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和位姿解算后得到車(chē)輛的第一位置信息,獲取gp s裝置的測(cè)量數(shù)據(jù),經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換后得到車(chē)輛的第二位置信息, 以第一位置信息為預(yù)測(cè)模型, 以第二位置信息作為觀測(cè)模型,使用卡爾曼濾波算法融合第一位置信息和第二位置信息,得到車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息,獲取激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù),得到車(chē)輛周?chē)恼系K物信息,基于車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息和車(chē)輛周?chē)恼系K物信息實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的導(dǎo)航。 3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法,其特征在于,不能接收gp s信號(hào)時(shí)車(chē)輛的定位導(dǎo)航具體為,獲取激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù),構(gòu)建二維柵格地圖,獲取相機(jī)采集的連續(xù)的圖像,對(duì)圖像進(jìn)行特征點(diǎn)提取,對(duì)相鄰幀的圖像的特征點(diǎn)進(jìn)行匹配,基于匹配的特征點(diǎn)得到車(chē)輛的位姿信息和車(chē)輛周?chē)恼系K物信息,獲取i mu慣性傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),基于車(chē)輛在前一時(shí)刻的位置信息,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和位姿解算后得到車(chē)輛的第一位置信息和車(chē)輛的速度信息,使用位姿信息對(duì)第一位置信息進(jìn)行矯正,得到車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息,基于二維柵格地圖和車(chē)輛障礙物周?chē)恼系K物信息實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的導(dǎo)航。 4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法,其特征在于,如果不能接收gp s信號(hào),且相機(jī)采集的數(shù)據(jù)不符合預(yù)設(shè)置的定位要求,則使用激光雷達(dá)構(gòu)建柵格地圖,使用i mu慣性傳感器進(jìn)行車(chē)輛的定位,實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航。 5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法,其特征在于,不能接收gp s信號(hào),且相機(jī)采集的數(shù)據(jù)不符合預(yù)設(shè)置的定位要求時(shí)車(chē)輛的定位導(dǎo)航具體為,獲取激光雷達(dá)的點(diǎn)云數(shù)據(jù),構(gòu)建二維柵格地圖,獲取i mu慣性傳感器的測(cè)量數(shù)據(jù),基于車(chē)輛在前一時(shí)刻的位置信息,經(jīng)過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和位姿解算后得到車(chē)輛的第一位置信息,將第一位置信息作為車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息,基于二維柵格地圖和車(chē)輛在當(dāng)前時(shí)刻的位置信息實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的導(dǎo)航。 6.一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航系統(tǒng),其特征在于,基于如權(quán)利要求1

　　5中任一所述的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法,包括傳感器模塊(1)、 同步控制器(2)、數(shù)據(jù)采集器(3)和計(jì)算模塊(4),所述傳感器模塊(1)包括安裝在車(chē)輛上的i mu慣性傳感器、gp s裝置、相機(jī)和激光雷達(dá),所述同步控制器(2)用于實(shí)現(xiàn)傳感器模塊(1)中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)同步,所述數(shù)據(jù)采集器用于獲取傳感器模塊(1)中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),所述計(jì)算模塊(4)基于傳感器模塊(1)中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù),通過(guò)多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航方法實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的定位導(dǎo)航。 7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航系統(tǒng),其特征在于,相機(jī)采用主動(dòng)同步方式, 同步控制器(2)向相機(jī)發(fā)送同步控制信號(hào),包括一個(gè)觸發(fā)信號(hào)和一個(gè)時(shí)間戳信息,相機(jī)接收到觸發(fā)信號(hào)后開(kāi)始采集數(shù)據(jù),完成一次數(shù)據(jù)采集后將采集的數(shù)據(jù)與時(shí)間戳信息配準(zhǔn)后發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器(3)。 8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航系統(tǒng),其特征在于, i mu慣性傳感器采用被動(dòng)同步方式, i mu慣性傳感器完成一次數(shù)據(jù)采集后,將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器(3), 同時(shí)向同步控制器(2)發(fā)送一個(gè)同步信號(hào),所述同步控制器(2)接收到同步信號(hào)后記錄該同步信號(hào)的發(fā)生時(shí)間作為時(shí)間戳信息,并將時(shí)間戳信息發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器(3),所述數(shù)據(jù)采集器(3)將接收到的數(shù)據(jù)和時(shí)間戳信息進(jìn)行配準(zhǔn)。 9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航系統(tǒng),其特征在于,激光雷達(dá)采用授時(shí)同步方式, 同步控制器(2)向激光雷達(dá)同時(shí)發(fā)送脈沖信號(hào)和時(shí)間戳信息,激光雷達(dá)接收到脈沖信號(hào)后開(kāi)始采集數(shù)據(jù),完成一次數(shù)據(jù)采集后將采集的數(shù)據(jù)與時(shí)間戳信息配準(zhǔn)后發(fā)送給數(shù)據(jù)采集器(3)。 10.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種多傳感器融合的車(chē)輛定位導(dǎo)航系統(tǒng),其特征在于,計(jì)算模塊(4)進(jìn)行車(chē)輛的定位導(dǎo)航時(shí),基于預(yù)設(shè)置的坐標(biāo)變換矩陣將傳感器模塊(1)中各個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)統(tǒng)一到一個(gè)坐標(biāo)系下,所述坐標(biāo)變換矩陣是基于傳感器模塊(1)中各個(gè)傳感器在車(chē)輛上的安裝位置計(jì)算得到的。