CN110398958A - 一种用于小范围gps信号死区的无人驾驶设备控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于小范围GPS信号死区的无人驾驶设备控制方法，步骤为：步骤一、GPS信号丢失的诊断：根据过去n个时间步长内记录的GPS坐标、航向角等信息，与当前获取的信息对比，若在过去n个时间步长内未产生GPS信号更新，则认为信号丢失；步骤二、在GPS信号丢失情况下，坐标计算和管理方法：采用姿态传感器获取航向角和x、y轴的加速度，采用速度控制电机的转动角度反馈值，计算当前的速度，最终计算得到当前的坐标信息，用于其他控制模块的使用；并进行GPS信号更新判读，在GPS收到信号后，及时更新当前的位置，并由GPS接替。该方法在GPS信号丢失可以得到有效的检测，从而可有效避免车辆失控。

Description

一种用于小范围GPS信号死区的无人驾驶设备控制方法

技术领域

本发明涉及无人驾驶设备控制技术领域，具体涉及一种用于小范围GPS信号死区的无人驾驶设备控制方法。

背景技术

无人驾驶设备在实际的工程作业中，尤其是靠近岩壁等偏远环境的范围内，短时间内容易出现GPS信号丢失的情况，造成设备失控。目前，无人驾驶车辆在GPS信号出现信号丢失的情况，现有的解决技术方案有：采用视觉信息辨识路况和道路定位信息，也有每隔预设时间，发送搜索当前GPS信号的请求；部分特殊工作区域还会采用地面下埋置磁钉的方式实现定位。

上述方案中，视觉的方案需要在道路环境下才能实现，在非道路环境下如施工现场，则难以实现；不断搜索GPS的方案无法完全解决GPS信号丢失问题，只能等待GPS信号好转；而深埋磁钉的方式只适合于长期存在的工作区域，如码头。

由于无人驾驶设备的施工环境通常为非道路环境，也不是长期存在的工作区域，因此现有解决GPS信号丢失后的解决方案，不适用于无人驾驶设备的施工控制。

经现有技术检索，未检索到与本专利相近技术方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种用于小范围GPS信号死区的无人驾驶设备控制方法，该控制方法不受外界施工环境的限制，在GPS信号丢失可以得到有效的检测，在短时间内GPS信号丢失的情况下，可以有效避免车辆失控，而在长时间GPS信号丢失情况下，也可以停车等待信号恢复。

本发明的上述目的通过如下技术方案来实现：

一种用于小范围GPS信号死区的无人驾驶设备控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、GPS信号丢失的诊断：根据过去n个时间步长内记录的GPS坐标、航向角等信息，与当前获取的信息对比，若在过去n个时间步长内未产生GPS信号更新，则认为信号丢失；

步骤二、在GPS信号丢失情况下，坐标计算和管理方法：

采用姿态传感器获取航向角和x、y轴的加速度，采用速度控制电机的转动角度反馈值，计算当前的速度，最终计算得到当前的坐标信息，用于其他控制模块的使用；并进行GPS信号更新判读，在GPS收到信号后，及时更新当前的位置，并由GPS接替。

而且的，步骤一的具体步骤为：

步骤101，整车控制器获取GPS的原始输出信息，并根据通讯协议，将其转换成标准的float或double数据类型；

步骤102，用若干个数组记录获取到的数据，数组长度与预设判断信号丢失时间阈值和和采样频率有关，同一个变量用同一个数组记录；

按照获取变量的时间顺序，每个时间步长内更新并记录数据，并在新的数据得到的时候，丢弃最早的数据；

步骤103，假设数组长度为(n+1)，将每个时间步长内更新获取到的最新数据依次和数组内的其他n个数据对比，并记录和最新数据相同的数据个数为m；

步骤104，比较n与m大小，即与最新数据相同的数据量和总的记录数据量比较；m不等于n的时候，即数组中存在和最新的数据不同的数据，可认为GPS仍然在更新数据，接收GPS信息正常；m等于n的时候，即数组内保存的数据和最新的数据均相等，则可以认为过去的一段时间的GPS信号未更新，可认为是信号丢失。

而且的，步骤二的具体步骤为：

步骤201，在信号丢失的情况下，根据保存的数据，读取最后一次收到的准确的数据，即连续n个时间步长的不变的坐标，即为最后一次获取到的准确坐标；

步骤202，从保存的数组里边提取过去n个时间步长的速度、加速度、航向信息；

步骤203，根据过去n个时间步长内的速度值和加速度值，计算GPS信号丢失后的第一坐标值，即2s时坐标值，以最后一次获取到的准确坐标加上1-2s内的姿态计算得到，并恢复当前坐标信息，计算公式如下：

其中，x是当前的x轴坐标信息，y是当前y轴坐标信息，x₀是最后一次获取到的x轴基准坐标，y₀是最后一次获取到的y轴基准坐标，v_i是第i个时间步长内获得到的速度，Δt是时间步长，a_x.i是第i个时间步长内获得到的x方向的加速度，a_y.i是第i个时间步长内获得到的y方向的加速度，θ_i是第i个时间步长内获得到航向角；

步骤204，根据姿态传感器获取的x和y轴的速度、加速度，计算2.1s，2.2s，2.3s......的坐标，即2s以后的坐标值，以0.1s前的坐标和这0.1s内姿态信息计算得到，并对得到的坐标值进行时时更新，计算公式如下：

x＝x′₀+v_c*Δt*cosθ_c+0.5*a_x.c*Δt²

y＝y′₀+v_c*Δt*sinθ_c+0.5*a_y.c*Δt²

其中，x是当前的x轴坐标信息，y是当前y轴坐标信息，x′₀是上一时间步长计算得到的x轴坐标，y′₀是上一时间步长计算得到的y轴坐标，v_c是当前的车辆行驶速度,θ_c是当前时刻的航向角，a_x.c是当前时刻x轴的加速度，a_y.c是当前时刻y轴的加速度信息；

步骤205，输出计算得到的坐标信息，用于其他控制模块的使用；

步骤206，GPS信号更新诊断及处理：检测GPS信号是否更新；若更新了，则将GPS系统收到的坐标信息直接输出，供给其他控制模块使用；若未能更新，则判断GPS信号是否已经10s没有更新了，若不是，则继续由姿态传感器和电机反馈的电机转角计算当前的坐标位置，若是GPS已经有10s没有更新，则停车等待GPS信号恢复；在停车等待GPS信号中，判断GPS信号是否更新，若出现更新，则将GPS系统收到的坐标信息直接输出，供给其他控制模块使用，若没有更新，则判断GPS信号是否10min未更新，若是，则结束判断并停车；若不是，则继续等待GPS信号更新。

本发明具有的优点和积极效果

1、本无人驾驶设备控制方法，在进行工程作业的过程中，进行GPS信号的丢失诊断，在出现信号丢失的情况下，采用姿态传感器获取航向角和x、y轴的加速度，采用速度控制电机的转动角度反馈值，计算当前的速度，最终计算得到当前的坐标信息，从而实现了在短时间内GPS信号丢失的情况下，可以有效避免车辆失控，而在长时间GPS信号丢失情况下，也可以停车等待信号恢复。

2、GPS信号的丢失诊断只需要GPS信息与历史数据对比，思路简单，不依靠外界设备或者额外GPS设备，可实施性强。

3、在GPS信号丢失情况下，采用的坐标计算和管理方法所需设备简单，系统本身受外界影响小，可以用于短时间内的实时坐标信息计算。

附图说明

图1是本发明进行GPS信号丢失的诊断流程图；

图2是本发明进行坐标计算和管理的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种用于小范围GPS信号死区的无人驾驶设备控制方法，请参见图1-2，包括如下步骤：

步骤一、GPS信号丢失的诊断：根据过去n个时间步长内记录的GPS坐标、航向角等信息，与当前获取的信息对比，若在过去n个时间步长内未产生GPS信号更新，则认为信号丢失；具体步骤如下：

步骤101，整车控制器获取GPS的原始输出信息，并根据通讯协议，将其转换成标准的float或double数据类型；

步骤102，用若干个数组记录获取到的数据，数组长度与预设判断信号丢失时间阈值和和采样频率有关，同一个变量用同一个数组记录；

按照获取变量的时间顺序，每个时间步长内更新并记录数据，并在新的数据得到的时候，丢弃最早的数据；

步骤103，假设数组长度为(n+1)，将每个时间步长内更新获取到的最新数据依次和数组内的其他n个数据对比，并记录和最新数据相同的数据个数为m；

步骤104，比较n与m大小，即与最新数据相同的数据量和总的记录数据量比较；m不等于n的时候，即数组中存在和最新的数据不同的数据，可认为GPS仍然在更新数据，接收GPS信息正常；m等于n的时候，即数组内保存的数据和最新的数据均相等，则可以认为过去的一段时间的GPS信号未更新，可认为是信号丢失。

步骤二、在GPS信号丢失情况下，坐标计算和管理方法：

采用姿态传感器获取航向角和x、y轴的加速度，采用速度控制电机的转动角度反馈值，计算当前的速度，最终计算得到当前的坐标信息，用于其他控制模块的使用；并进行GPS信号更新判读，在GPS收到信号后，及时更新当前的位置，并由GPS接替。具体步骤如下：

步骤201，在信号丢失的情况下，根据保存的数据，读取最后一次收到的准确的数据，即连续n个时间步长的不变的坐标，即为最后一次获取到的准确坐标；

步骤202，从保存的数组里边提取过去n个时间步长的速度、加速度、航向信息。

步骤203，根据过去n个时间步长内的速度值和加速度值，计算GPS信号丢失后的第一坐标值，即2s时坐标值，以最后一次获取到的准确坐标加上1-2s内的姿态计算得到，并恢复当前坐标信息，计算公式如下：

其中，x是当前的x轴坐标信息，y是当前y轴坐标信息，x₀是最后一次获取到的x轴基准坐标，y₀是最后一次获取到的y轴基准坐标，v_i是第i个时间步长内获得到的速度，Δt是时间步长，a_x.i是第i个时间步长内获得到的x方向的加速度，a_y.i是第i个时间步长内获得到的y方向的加速度，θ_i是第i个时间步长内获得到航向角；

步骤204，根据姿态传感器获取的x和y轴的速度、加速度，计算2.1s，2.2s，2.3s......的坐标，即2s以后的坐标值，以0.1s前的坐标和这0.1s内姿态信息计算得到，并对得到的坐标值进行时时更新，计算公式如下：

x＝x′₀+v_c*Δt*cosθ_c+0.5*a_x.c*Δt²

y＝y′₀+v_c*Δt*sinθ_c+0.5*a_y.c*Δt²

其中，x是当前的x轴坐标信息，y是当前y轴坐标信息，x′₀是上一时间步长计算得到的x轴坐标，y′₀是上一时间步长计算得到的y轴坐标，v_c是当前的车辆行驶速度，θ_c是当前时刻的航向角，a_x.c是当前时刻x轴的加速度，a_y.c是当前时刻y轴的加速度信息；

步骤205，输出计算得到的坐标信息，用于其他控制模块的使用，具体的，输出给轨迹跟踪控制算法模块，会用到得到的坐标信息，计算距离目标轨迹的距离，作为轨迹跟踪控制的依据。

步骤206，GPS信号更新诊断及处理：检测GPS信号是否更新；若更新了，则将GPS系统收到的坐标信息直接输出，供给其他控制模块使用；若未能更新，则判断GPS信号是否已经10s没有更新了，若不是，则继续由姿态传感器计算当前的坐标位置，若是GPS已经有10s没有更新，则停车等待GPS信号恢复；在停车等待GPS信号中，判断GPS信号是否更新，若出现更新，则将GPS系统收到的坐标信息直接输出，供给其他控制模块使用，若没有更新，则判断GPS信号是否10min未更新，若是，则结束判断并停车；若不是，则继续等待GPS信号更新。

本无人驾驶设备控制方法为循环判读和处理方法，在GPS信号更新恢复后，一旦经诊断再出现信号丢失，继续进入步骤二，进行坐标计算和管理。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种用于小范围GPS信号死区的无人驾驶设备控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、GPS信号丢失的诊断：根据过去n个时间步长内记录的GPS坐标、航向角等信息，与当前获取的信息对比，若在过去n个时间步长内未产生GPS信号更新，则认为信号丢失；

步骤二、在GPS信号丢失情况下，坐标计算和管理方法：

采用姿态传感器获取航向角和x、y轴的加速度，采用速度控制电机的转动角度反馈值，计算当前的速度，最终计算得到当前的坐标信息，用于其他控制模块的使用；并进行GPS信号更新判读，在GPS收到信号后，及时更新当前的位置，并由GPS接替。

2.根据权利要求1所述的用于小范围GPS信号死区的无人驾驶设备控制方法，其特征在于，步骤一的具体步骤为：

步骤101，整车控制器获取GPS的原始输出信息，并根据通讯协议，将其转换成标准的float或double数据类型；

步骤102，用若干个数组记录获取到的数据，数组长度与预设判断信号丢失时间阈值和和采样频率有关，同一个变量用同一个数组记录；

按照获取变量的时间顺序，每个时间步长内更新并记录数据，并在新的数据得到的时候，丢弃最早的数据；

步骤103，假设数组长度为(n+1)，将每个时间步长内更新获取到的最新数据依次和数组内的其他n个数据对比，并记录和最新数据相同的数据个数为m；

步骤104，比较n与m大小，即与最新数据相同的数据量和总的记录数据量比较；m不等于n的时候，即数组中存在和最新的数据不同的数据，可认为GPS仍然在更新数据，接收GPS信息正常；m等于n的时候，即数组内保存的数据和最新的数据均相等，则可以认为过去的一段时间的GPS信号未更新，可认为是信号丢失。

3.根据权利要求1所述的用于小范围GPS信号死区的无人驾驶设备控制方法，其特征在于，步骤二的具体步骤为：

步骤201，在信号丢失的情况下，根据保存的数据，读取最后一次收到的准确的数据，即连续n个时间步长的不变坐标，即为最后一次获取到的准确坐标；

步骤202，从保存的数组里边提取过去n个时间步长的速度、加速度、航向信息；

步骤203，根据过去n个时间步长内的速度值和加速度值，计算GPS信号丢失后的第一坐标值，即2s时坐标值，以最后一次获取到的准确坐标加上1-2s内的姿态计算得到，并恢复当前坐标信息，计算公式如下：

其中，x是当前的x轴坐标信息，y是当前y轴坐标信息，x₀是最后一次获取到的x轴基准坐标，y₀是最后一次获取到的y轴基准坐标，v_i是第i个时间步长内获得到的速度，Δt是时间步长，a_x.i是第i个时间步长内获得到的x方向的加速度，a_y.i是第i个时间步长内获得到的y方向的加速度，θ_i是第i个时间步长内获得到航向角；

步骤204，根据姿态传感器获取的x和y轴的速度、加速度，计算2.1s，2.2s，2.3s......的坐标，即2s以后的坐标值，以0.1s前的坐标和这0.1s内姿态信息计算得到，并对得到的坐标值进行时时更新，计算公式如下：

x＝x′₀+v_c*Δt*cosθ_c+0.5*a_x.c*Δt²

y＝y′₀+v_c*Δt*sinθ_c+0.5*a_y.c*Δt²

其中，x是当前的x轴坐标信息，y是当前y轴坐标信息，x′₀是上一时间步长计算得到的x轴坐标，y′₀是上一时间步长计算得到的y轴坐标，v_c是当前的车辆行驶速度,θ_c是当前时刻的航向角，a_x.c是当前时刻x轴的加速度，a_y.c是当前时刻y轴的加速度信息；

步骤205，输出计算得到的坐标信息，用于其他控制模块的使用；

步骤206，GPS信号更新诊断及处理：检测GPS信号是否更新；若更新了，则将GPS系统收到的坐标信息直接输出，供给其他控制模块使用；若未能更新，则判断GPS信号是否已经10s没有更新了，若不是，则继续由姿态传感器和电机反馈的电机转角计算当前的坐标位置，若是GPS已经有10s没有更新，则停车等待GPS信号恢复；在停车等待GPS信号中，判断GPS信号是否更新，若出现更新，则将GPS系统收到的坐标信息直接输出，供给其他控制模块使用，若没有更新，则判断GPS信号是否10min未更新，若是，则结束判断并停车；若不是，则继续等待GPS信号更新。