CN112285756A - 一种基于imu与北斗系统的高精度定位系统及方法 - Google Patents

一种基于imu与北斗系统的高精度定位系统及方法 Download PDF

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刘迎宾
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Abstract

本发明提供了一种基于IMU与北斗系统的高精度定位方法及系统，包括，根据所述IMU装置，获取运动系统的空间姿态数据；其中，所述运动系统用于捕获运动平台移动过程中的定位信号。根据所述GPRS DTU无线终端设备和所述空间姿态数据，生成矫正定位数据或非定位状态下的局部定位数据，并传输至IMU装置；通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据，将所述定位数据传输至IMU装置进行数据融合，获取目标数据；通过激光雷达安装架，将激光雷达和IMU装置固定在运动平台上，并根据所述目标数据，生成决策方案。本发明提供一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统及方法，可针对具体应用场景保证运动平台在可采集到北斗定位信号时具备更高的定位精度。

Description

一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统及方法
技术领域
本发明涉及激光SLAM技术、多传感器数据融合等领域，特别涉及一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统与方法。
背景技术
随着中国北斗定位导航系统的逐渐开放，在中国市场内北斗系统也逐步取代GPS成为各行业内首选的定位导航系统，其精度高、信号强度稳定、实时性强。但城市峡谷一直是车机端定位的痛点。原因是城市峡谷的环境使用户无法接收到北斗系统信号或北斗系统信号受干扰，导致北斗系统无定位结果或定位精度差。这是“有源定位”固有的缺点，无法从算法上来克服。针对这个问题，以北斗系统+IMU的多传感器融合方案越来越受到重视，因为“无源定位”的IMU恰好可以弥补北斗系统的短板，但由于无法评估丢失北斗信号的时间长度，导致无法准确评估IMU累积误差的大小，这将严重影响汽车等运动平台的坏境内定位精度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统及方法，针对具体应用场景保证运动平台在可采集到北斗定位信号时具备更高的定位精度，在无法采集到北斗定位信号的城市峡谷中也可通过IMU及定位精度补偿算法进行高精度无缘导航。
作为本发明的一种实施例，一种基于IMU与北斗系统的高精度定位方法，其特征在于，包括：
根据IMU装置和激光雷达，获取运动系统的空间姿态数据；其中，
所述运动系统用于捕获运动平台移动过程中的定位信号；
根据所述GPRS DTU无线终端设备和所述空间姿态数据，生成矫正定位数据或非定位状态下的局部定位数据，并传输至IMU装置；
通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据，将所述定位数据传输至IMU装置进行数据融合，获取目标数据；
根据所述目标数据，生成决策方案。
作为本发明的一种实施例，所述根据所述IMU装置，获取运动平台空间姿态数据，包括：
根据所述IMU装置，获取所述运动平台加速度和三轴姿态角；其中，
所述IMU装置包括三轴加速度计和三轴陀螺仪；其中，
所述三轴加速度计用于计算记录运动平台的各个方向的加速度；
所述三轴陀螺仪用于计算空间偏航角速度，确定三轴姿态角；
根据所述加速度和三轴姿态角，确定四元数；
根据所述四元数，确定所述运动平台的空间姿态数据。
作为本发明的一种实施例，所述根据所述GPRS DTU无线终端设备和所述空间姿态数据，生成矫正定位数据或非定位状态下的局部定位数据，并传输至IMU装置，包括：
获取北斗定位数据，通过GPRS DTU无线终端设备，生成串口数据；其中，
所述GPRS DTU无线终端设备用于提供串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等常用的串行通信方式；
根据所述串口数据，生成原始数据；
将所述原始数据传输至中央处理器，进行差分计算，确定位置、速度、加速度等定位惯性参数；
基于GPRS DTU无线终端设备，对所述空间姿态数据进行积分计算，获取目标位置、目标速度、目标加速度等目标定位惯性参数；
对比所述定位惯性参数和目标定位惯性参数，生成矫正定位数据或局部定位数据，并传输至IMU装置。
作为本发明的一种实施例，所述通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据，将所述定位数据传输至IMU装置进行数据融合，获取目标数据，包括：
根据所述IMU装置和预设的定位系统，构建导航三轴坐标系；
将所述IMU装置的空间姿态数据一一对应在所述导航三轴坐标系上，生成定位惯性数据；
所述通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据；
根据所述GPRS DTU无线终端设备，传输所述定位数据至IMU装置，生成传输定位数据；
融合所述定位惯性数据和所述传输定位数据，获取目标数据。
作为本发明的一种实施例，所述通过激光雷达安装架，将激光雷达和IMU装置固定在运动平台上，并根据所述目标数据，生成决策方案，包括：
通过激光雷达安装架，将激光雷达和IMU装置固定在运动平台上；其中，
所述激光雷达安装架，用于保证所述激光雷达与运动平台始终保持所处平面平行的位姿，同时保证所述IMU装置位姿与运动平台位姿的一致性；
所述激光雷达用于探测所述运动平台周围的场景状况；
所述运动平台用于捕获所述运动平台移动过程中的定位信号；
根据所述场景状况和定位信号，通过所述目标数据，监测环境场景，确定异常数据；
传输所述异常数据至大数据云中心中，确定异常情况，并根据所述异常情况，确定行为数据；
根据所述行为数据，对照所述大数据云中心中的历史行为数据，获取决策方案。
作为本发明的一种实施例，一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统，其特征在于，包括：
空间姿态捕捉模块：用于根据所述IMU装置激光雷达，获取运动系统的空间姿态数据；其中，
所述运动系统用于捕获运动平台移动过程中的定位信号；
矫正定位数据模块：用于根据所述GPRS DTU无线终端设备和所述空间姿态数据，生成矫正定位数据或非定位状态下的局部定位数据，并传输至IMU装置；
目标数据生成模块：用于通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据，将所述定位数据传输至IMU装置进行数据融合，获取目标数据；
决策模块：用于根据所述目标数据，生成决策方案。
作为本发明的一种实施例，所述空间姿态捕捉模块，包括：
三轴获取单元：用于根据所述IMU装置，获取所述运动系统加速度和三轴姿态角；其中，
IMU装置第一子单元：所述IMU装置包括三轴加速度计和三轴陀螺仪；其中，
所述三轴加速度计用于计算记录运动平台的各个方向的加速度；
所述三轴陀螺仪用于计算空间偏航角速度，确定三轴姿态角；
四元数获取单元：根据所述加速度和三轴姿态角，确定四元数；
空间姿态数据获取单元：根据所述四元数，确定所述运动平台的空间姿态数据。
作为本发明的一种实施例，所述矫正定位数据模块，包括：
串口数据获取单元：用于获取北斗定位数据，通过GPRS DTU无线终端设备，生成串口数据；其中，
GPRS DTU无线终端设备子单元：所述GPRS DTU无线终端设备用于提供串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等常用的串行通信方式；
原始数据单元：用于根据所述串口数据，生成原始数据；
定位惯性参数获取单元：将所述原始数据传输至中央处理器，进行差分计算，确定位置、速度、加速度等定位惯性参数；
目标定位惯性参数获取单元：基于GPRS DTU无线终端设备，对所述空间姿态数据进行积分计算，获取目标位置、目标速度、目标加速度等目标定位惯性参数；
传输单元：对比所述定位惯性参数和目标定位惯性参数，生成矫正定位数据或局部定位数据，并传输至IMU装置。
作为本发明的一种实施例，所述目标数据生成模块，包括：
导航三轴坐标系构建单元：用于根据所述IMU装置和预设的定位系统，构建导航三轴坐标系；
定位惯性数据生成单元：用于将所述IMU装置的空间姿态数据一一对应在所述导航三轴坐标系上，生成定位惯性数据；
接收子单元：所述通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据；
传输定位数据单元：用于根据所述GPRS DTU无线终端设备，传输所述定位数据至IMU装置，生成传输定位数据；
目标数据获取单元：用于融合所述定位惯性数据和所述传输定位数据，获取目标数据。
作为本发明的一种实施例，所述决策模块，包括：
装置单元：用于通过激光雷达安装架，将激光雷达和IMU装置固定在运动平台上；其中，
一致性保证子单元：所述激光雷达安装架，用于保证所述激光雷达与运动平台始终保持所处平面平行的位姿，同时保证所述IMU装置位姿与运动平台位姿的一致性；
激光雷达子单元：所述激光雷达，用于探测所述运动平台周围的场景状况；
运动平台子单元：所述运动平台，泛指多种类运动系统如：钢轨检测车、轨道交通、机器人平台等，多为汽车，用于捕获所述运动平台移动过程中的定位信号；
异常数据确定单元：用于根据所述场景状况和定位信号，通过所述目标数据，监测环境场景，确定异常数据；
行为数据确定单元：用于传输所述异常数据至大数据云中心中，确定异常情况，并根据所述异常情况，确定行为数据；
决策方案生成单元：用于根据所述行为数据，对照所述大数据云中心中的历史行为数据，获取决策方案。
本发明的有益效果在于：本发明公开了一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统与方法，所述系统包括运动系统、激光雷达、激光雷达安装架、DTU、IMU、车载移动电源、信号天线。所述系统通过信号天线可以收集到北斗卫星的定位数据，通过结合IMU惯性单元所采集的运动系统参数，提高定位精度，同时利用激光雷达对周围环境进行实时感知、重建，保障运动系统可实时感知周围环境，以实现对路径上障碍物的躲避，并做出及时的安全性处理，从而实现高精度定位及自主避障。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明实施例中一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统与方法的方法流程图；
图2为本发明实施例中一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统与方法的系统组成图；
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1：
如附图1所示，一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统与方法的方法流程图，本发明包括以下步骤：
步骤101：根据所述IMU装置和激光雷达，获取运动系统的空间姿态数据；其中，
所述运动系统用于捕获运动平台移动过程中的定位信号；
步骤102：根据所述GPRS DTU无线终端设备和所述空间姿态数据，生成矫正定位数据或非定位状态下的局部定位数据，并传输至IMU装置；
步骤103：通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据，将所述定位数据传输至IMU装置进行数据融合，获取目标数据；
步骤104：根据所述目标数据，生成决策方案。
本发明的原理和有益效果在于：本发明公开了一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统与方法，所述系统包括运动系统、激光雷达、激光雷达安装架、DTU、IMU、车载移动电源、信号天线。所述系统通过信号天线可以收集到北斗卫星的定位数据，通过结合IMU惯性单元所采集的运动系统参数，提高定位精度，同时利用激光雷达对周围环境进行实时感知、重建，保障运动系统可实时感知周围环境，以实现对路径上障碍物的躲避，并做出及时的安全性处理，从而实现高精度定位及自主避障。
实施例2：
作为本发明的一种实施例，所述根据所述IMU装置，获取运动平台空间姿态数据，包括：
根据所述IMU装置，获取所述运动平台加速度和三轴姿态角；其中，
所述IMU装置包括三轴加速度计和三轴陀螺仪；其中，
所述三轴加速度计用于计算记录运动平台的各个方向的加速度；
所述三轴陀螺仪用于计算空间偏航角速度，确定三轴姿态角；
根据所述加速度和三轴姿态角，确定四元数；
根据所述四元数，确定所述运动平台的空间姿态数据。
本发明的原理在于：惯性测量单元(IMU)通常指由3个加速度计和3个陀螺仪组成的组合单元，加速度计和陀螺仪安装在互相垂直的测量轴上。低精度的IMU可以通过其他方式修正，GPS用于修正位置的长期漂移，气压计用于修正高度，磁力计用于修正姿态。
本发明的有益效果在于：加速度测量结果，受到运动产生的加速度的影响。通过加速度测量角度不精确，因此可以采用不同位置安装多个加速度计，结合陀螺仪进行信息融合，是整个姿态结果计算更加准确。
实施例3：
作为本发明的一种实施例，所述根据所述GPRS DTU无线终端设备和所述空间姿态数据，生成矫正定位数据或非定位状态下的局部定位数据，并传输至IMU装置，包括：
获取北斗定位数据，通过GPRS DTU无线终端设备，生成串口数据；其中，
所述GPRS DTU无线终端设备用于提供串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等常用的串行通信方式；
根据所述串口数据，生成原始数据；
将所述原始数据传输至中央处理器，进行差分计算，确定位置、速度、加速度等定位惯性参数；
基于GPRS DTU无线终端设备，对所述空间姿态数据进行积分计算，获取目标位置、目标速度、目标加速度等目标定位惯性参数；
对比所述定位惯性参数和目标定位惯性参数，生成矫正定位数据或局部定位数据，并传输至IMU装置。
本发明的原理在于：GPRS DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式，而且GPRS DTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说GPRS DTU可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，GPRS DTU可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动，其主要功能为实时记录运动平台的各个方向的加速度，通过对加速度进行积分计算得到其速度、位移等参数，从而为定位数据提供矫正数据或非定位状态下的局部定位数据。
本发明的有益效果在于：可针对具体应用场景保证运动平台在可采集到北斗定位信号时具备更高的定位精度，在无法采集到北斗定位信号的城市峡谷中也可通过IMU及定位精度补偿算法进行高精度无缘导航。
实施例4：
作为本发明的一种实施例，所述通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据，将所述定位数据传输至IMU装置进行数据融合，获取目标数据，包括：
根据所述IMU装置和预设的定位系统，构建导航三轴坐标系；
将所述IMU装置的空间姿态数据一一对应在所述导航三轴坐标系上，生成定位惯性数据；
所述通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据；
根据所述GPRS DTU无线终端设备，传输所述定位数据至IMU装置，生成传输定位数据；
融合所述定位惯性数据和所述传输定位数据，获取目标数据。
本发明的原理在于：惯性测量单元是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。
本发明的有益效果在于：因为“无源定位”的IMU恰好可以弥补北斗系统的短板，可针对具体应用场景保证运动平台在可采集到北斗定位信号时具备更高的定位精度，在无法采集到北斗定位信号的城市峡谷中也可通过IMU及定位精度补偿算法进行高精度无缘导航。
实施例5：
作为本发明的一种实施例，所述通过激光雷达安装架，将激光雷达和IMU装置固定在运动平台上，并根据所述目标数据，生成决策方案，包括：
通过激光雷达安装架，将激光雷达和IMU装置固定在运动平台上；其中，
所述激光雷达安装架，用于保证所述激光雷达与运动平台始终保持所处平面平行的位姿，同时保证所述IMU装置位姿与运动平台位姿的一致性；
所述激光雷达，用于探测所述运动平台周围的场景状况；
所述运动平台，用于捕获所述运动平台移动过程中的定位信号；
根据所述场景状况和定位信号，通过所述目标数据，监测环境场景，确定异常数据；
传输所述异常数据至大数据云中心中，确定异常情况，并根据所述异常情况，确定行为数据；
根据所述行为数据，对照所述大数据云中心中的历史行为数据，获取决策方案。
本发明的原理在于：激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲。
本发明的有益效果在于：利用激光雷达对周围环境进行实时感知、重建，保障运动系统可实时感知周围环境，以实现对路径上障碍物的躲避，并做出及时的安全性处理，从而实现高精度定位及自主避障。
实施6：
作为本发明的一种实施例，如附图2所示，一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统，其特征在于，包括：
空间姿态捕捉模块：用于根据所述IMU装置和激光雷达，获取运动系统的空间姿态数据；其中，
运动系统单元：用于所述运动系统用于捕获运动平台移动过程中的定位信号；
矫正定位数据模块：用于根据所述GPRS DTU无线终端设备和所述空间姿态数据，生成矫正定位数据或非定位状态下的局部定位数据，并传输至IMU装置；
目标数据生成模块：用于通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据，将所述定位数据传输至IMU装置进行数据融合，获取目标数据；
决策模块：用于根据所述目标数据，生成决策方案。
本发明的原理和有益效果在于：本发明公开了一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统与方法，所述系统包括运动系统、激光雷达、激光雷达安装架、DTU、IMU、车载移动电源、信号天线。所述系统通过信号天线可以收集到北斗卫星的定位数据，通过结合IMU惯性单元所采集的运动系统参数，提高定位精度，同时利用激光雷达对周围环境进行实时感知、重建，保障运动系统可实时感知周围环境，以实现对路径上障碍物的躲避，并做出及时的安全性处理，从而实现高精度定位及自主避障。
实施例7：
作为本发明的一种实施例，所述空间姿态捕捉模块，包括：
三轴获取单元：用于根据所述IMU装置，获取所述运动系统加速度和三轴姿态角；其中，
IMU装置第一子单元：所述IMU装置包括三轴加速度计和三轴陀螺仪；其中，
所述三轴加速度计用于计算记录运动平台的各个方向的加速度；
所述三轴陀螺仪用于计算空间偏航角速度，确定三轴姿态角；
四元数获取单元：根据所述加速度和三轴姿态角，确定四元数；
空间姿态数据获取单元：根据所述四元数，确定所述运动平台的空间姿态数据。
本发明的原理在于：惯性测量单元(IMU)通常指由3个加速度计和3个陀螺仪组成的组合单元，加速度计和陀螺仪安装在互相垂直的测量轴上。低精度的IMU可以通过其他方式修正，GPS用于修正位置的长期漂移，气压计用于修正高度，磁力计用于修正姿态。
本发明的有益效果在于：加速度测量结果，受到运动产生的加速度的影响。通过加速度测量角度不精确，因此可以采用不同位置安装多个加速度计，结合陀螺仪进行信息融合，是整个姿态结果计算更加准确。
实施例8：
作为本发明的一种实施例，所述矫正定位数据模块，包括：
串口数据获取单元：用于获取北斗定位数据，通过GPRS DTU无线终端设备，生成串口数据；其中，
GPRS DTU无线终端设备子单元：所述GPRS DTU无线终端设备用于提供串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等常用的串行通信方式；
原始数据单元：用于根据所述串口数据，生成原始数据；
定位惯性参数获取单元：将所述原始数据传输至中央处理器，进行差分计算，确定位置、速度、加速度等定位惯性参数；
目标定位惯性参数获取单元：基于GPRS DTU无线终端设备，对所述空间姿态数据进行积分计算，获取目标位置、目标速度、目标加速度等目标定位惯性参数；
传输单元：对比所述定位惯性参数和目标定位惯性参数，生成矫正定位数据或局部定位数据，并传输至IMU装置。
本发明的原理在于：GPRS DTU提供了串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等都属于常用的串行通信方式，而且GPRS DTU在设计上大都将串口数据设计成“透明转换”的方式，也就是说GPRS DTU可以将串口上的原始数据转换成TCP/IP数据包进行传送，而不需要改变原有的数据通信内容。因此，GPRS DTU可以和各种使用串口通信的用户设备进行连接，而且不需要对用户设备作改动，其主要功能为实时记录运动平台的各个方向的加速度，通过对加速度进行积分计算得到其速度、位移等参数，从而为定位数据提供矫正数据或非定位状态下的局部定位数据。
本发明的有益效果在于：可针对具体应用场景保证运动平台在可采集到北斗定位信号时具备更高的定位精度，在无法采集到北斗定位信号的城市峡谷中也可通过IMU及定位精度补偿算法进行高精度无缘导航。
实施例9：
作为本发明的一种实施例，所述目标数据生成模块，包括：
导航三轴坐标系构建单元：用于根据所述IMU装置和预设的定位系统，构建导航三轴坐标系；
定位惯性数据生成单元：用于将所述IMU装置的空间姿态数据一一对应在所述导航三轴坐标系上，生成定位惯性数据；
接收子单元：所述通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据；
传输定位数据单元：用于根据所述GPRS DTU无线终端设备，传输所述定位数据至IMU装置，生成传输定位数据；
目标数据获取单元：用于融合所述定位惯性数据和所述传输定位数据，获取目标数据。
本发明的原理在于：惯性测量单元是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的装置。一般的，一个IMU包含了三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺，加速度计检测物体在载体坐标系统独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体相对于导航坐标系的角速度信号，测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。
本发明的有益效果在于：因为“无源定位”的IMU恰好可以弥补北斗系统的短板，可针对具体应用场景保证运动平台在可采集到北斗定位信号时具备更高的定位精度，在无法采集到北斗定位信号的城市峡谷中也可通过IMU及定位精度补偿算法进行高精度无缘导航。
实施例10：
作为本发明的一种实施例，所述决策模块，包括：
装置单元：用于通过激光雷达安装架，将激光雷达和IMU装置固定在运动平台上；其中，
一致性保证子单元：所述激光雷达安装架，用于保证所述激光雷达与运动平台始终保持所处平面平行的位姿，同时保证所述IMU装置位姿与运动平台位姿的一致性；
激光雷达子单元：所述激光雷达，用于探测所述运动平台周围的场景状况；
运动平台子单元：所述运动平台，泛指多种类运动系统如：钢轨检测车、轨道交通、机器人平台等，多为汽车，用于捕获所述运动平台移动过程中的定位信号；
异常数据确定单元：用于根据所述场景状况和定位信号，通过所述目标数据，监测环境场景，确定异常数据；
行为数据确定单元：用于传输所述异常数据至大数据云中心中，确定异常情况，并根据所述异常情况，确定行为数据；
决策方案生成单元：用于根据所述行为数据，对照所述大数据云中心中的历史行为数据，获取决策方案。
本发明的原理在于：激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲。
本发明的有益效果在于：利用激光雷达对周围环境进行实时感知、重建，保障运动系统可实时感知周围环境，以实现对路径上障碍物的躲避，并做出及时的安全性处理，从而实现高精度定位及自主避障。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于IMU与北斗系统的高精度定位方法，其特征在于，包括：
根据IMU装置和激光雷达，获取运动系统的空间姿态数据；其中，
所述运动系统用于捕获运动平台移动过程中的定位信号；
根据所述GPRSDTU无线终端设备和所述空间姿态数据，生成矫正定位数据或非定位状态下的局部定位数据，并传输至IMU装置；
通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据，将所述定位数据传输至IMU装置进行数据融合，获取目标数据；
根据所述目标数据，生成决策方案。
2.根据所述权利要求1所述的一种基于IMU与北斗系统的高精度定位方法，其特征在于，所述根据所述IMU装置，获取运动平台空间姿态数据，包括：
根据所述IMU装置，获取所述运动平台加速度和三轴姿态角；其中，
所述IMU装置包括三轴加速度计和三轴陀螺仪；其中，
所述三轴加速度计用于计算记录运动平台的各个方向的加速度；
所述三轴陀螺仪用于计算空间偏航角速度，确定三轴姿态角；
根据所述加速度和三轴姿态角，确定四元数；
根据所述四元数，确定所述运动平台的空间姿态数据。
3.根据所述权利要求1所述的一种基于IMU与北斗系统的高精度定位方法，其特征在于，所述根据所述GPRSDTU无线终端设备和所述空间姿态数据，生成矫正定位数据或非定位状态下的局部定位数据，并传输至IMU装置，包括：
获取北斗定位数据，通过GPRSDTU无线终端设备，生成串口数据；其中，
所述GPRSDTU无线终端设备用于提供串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等常用的串行通信方式；
根据所述串口数据，生成原始数据；
将所述原始数据传输至中央处理器，进行差分计算，确定位置、速度、加速度等定位惯性参数；
基于GPRSDTU无线终端设备，对所述空间姿态数据进行积分计算，获取目标位置、目标速度、目标加速度等目标定位惯性参数；
对比所述定位惯性参数和目标定位惯性参数，生成矫正定位数据或局部定位数据，并传输至IMU装置。
4.根据所述权利要求1所述的一种基于IMU与北斗系统的高精度定位方法，其特征在于，所述通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据，将所述定位数据传输至IMU装置进行数据融合，获取目标数据，包括：
根据所述IMU装置和预设的定位系统，构建导航三轴坐标系；
将所述IMU装置的空间姿态数据一一对应在所述导航三轴坐标系上，生成定位惯性数据；
所述通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据；
根据所述GPRSDTU无线终端设备，传输所述定位数据至IMU装置，生成传输定位数据；
融合所述定位惯性数据和所述传输定位数据，获取目标数据。
5.根据所述权利要求1所述的一种基于IMU与北斗系统的高精度定位方法，其特征在于，所述通过激光雷达安装架，将激光雷达和IMU装置固定在运动平台上，并根据所述目标数据，生成决策方案，包括：
通过激光雷达安装架，将激光雷达和IMU装置固定在运动平台上；其中，
所述激光雷达安装架用于保证所述激光雷达与运动平台始终保持所处平面平行的位姿，同时保证所述IMU装置位姿与运动平台位姿的一致性；
所述激光雷达用于探测所述运动平台周围的场景状况；
所述运动平台用于捕获所述运动平台移动过程中的定位信号；
根据所述场景状况和定位信号，通过所述目标数据，监测环境场景，确定异常数据；
传输所述异常数据至大数据云中心中，确定异常情况，并根据所述异常情况，确定行为数据；
根据所述行为数据，对照所述大数据云中心中的历史行为数据，获取决策方案。
6.一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统，其特征在于，包括：
空间姿态捕捉模块：用于根据所述IMU装置和激光雷达，获取运动系统的空间姿态数据；其中，
运动系统单元：用于所述运动系统用于捕获运动平台移动过程中的定位信号；
矫正定位数据模块：用于根据所述GPRSDTU无线终端设备和所述空间姿态数据，生成矫正定位数据或非定位状态下的局部定位数据，并传输至IMU装置；
目标数据生成模块：用于通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据，将所述定位数据传输至IMU装置进行数据融合，获取目标数据；
决策模块：用于根据所述目标数据，生成决策方案。
7.根据所述权利要求6所述的一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统，其特征在于，所述空间姿态捕捉模块，包括：
三轴获取单元：用于根据所述IMU装置，获取所述运动系统加速度和三轴姿态角；其中，
IMU装置第一子单元：所述IMU装置包括三轴加速度计和三轴陀螺仪；其中，
所述三轴加速度计用于计算记录运动平台的各个方向的加速度；
所述三轴陀螺仪用于计算空间偏航角速度，确定三轴姿态角；
四元数获取单元：根据所述加速度和三轴姿态角，确定四元数；
空间姿态数据获取单元：根据所述四元数，确定所述运动平台的空间姿态数据。
8.根据所述权利要求6所述的一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统，其特征在于，所述矫正定位数据模块，包括：
串口数据获取单元：用于获取北斗定位数据，通过GPRSDTU无线终端设备，生成串口数据；其中，
GPRSDTU无线终端设备子单元：所述GPRSDTU无线终端设备用于提供串行通信接口，包括RS232,RS485,RS422等常用的串行通信方式；
原始数据单元：用于根据所述串口数据，生成原始数据；
定位惯性参数获取单元：将所述原始数据传输至中央处理器，进行差分计算，确定位置、速度、加速度等定位惯性参数；
目标定位惯性参数获取单元：基于GPRSDTU无线终端设备，对所述空间姿态数据进行积分计算，获取目标位置、目标速度、目标加速度等目标定位惯性参数；
传输单元：对比所述定位惯性参数和目标定位惯性参数，生成矫正定位数据或局部定位数据，并传输至IMU装置。
9.根据所述权利要求6所述的一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统，其特征在于，所述目标数据生成模块，包括：
导航三轴坐标系构建单元：用于根据所述IMU装置和预设的定位系统，构建导航三轴坐标系；
定位惯性数据生成单元：用于将所述IMU装置的空间姿态数据一一对应在所述导航三轴坐标系上，生成定位惯性数据；
接收子单元：所述通过信号天线，接收来自北斗卫星的定位数据；
传输定位数据单元：用于根据所述GPRSDTU无线终端设备，传输所述定位数据至IMU装置，生成传输定位数据；
目标数据获取单元：用于融合所述定位惯性数据和所述传输定位数据，获取目标数据。
10.根据所述权利要求6所述的一种基于IMU与北斗系统的高精度定位系统，其特征在于，所述决策模块，包括：
装置单元：用于通过激光雷达安装架，将激光雷达和IMU装置固定在运动平台上；其中，
一致性保证子单元：所述激光雷达安装架，用于保证所述激光雷达与运动平台始终保持所处平面平行的位姿，同时保证所述IMU装置位姿与运动平台位姿的一致性；
激光雷达子单元：所述激光雷达，用于探测所述运动平台周围的场景状况；
运动平台子单元：所述运动平台，泛指多种类运动系统如：钢轨检测车、轨道交通、机器人平台等，多为汽车，用于捕获所述运动平台移动过程中的定位信号；
异常数据确定单元：用于根据所述场景状况和定位信号，通过所述目标数据，监测环境场景，确定异常数据；
行为数据确定单元：用于传输所述异常数据至大数据云中心中，确定异常情况，并根据所述异常情况，确定行为数据；
决策方案生成单元：用于根据所述行为数据，对照所述大数据云中心中的历史行为数据，获取决策方案。
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