CN113917497A - Gnss天线安装偏差角确定方法、航向校准方法、装置及存储介质 - Google Patents

Gnss天线安装偏差角确定方法、航向校准方法、装置及存储介质 Download PDF

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马厚雪
陈明
左帅
李思辰
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Jiangsu Xugong Construction Machinery Research Institute Co ltd
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Jiangsu Xugong Construction Machinery Research Institute Co ltd
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Abstract

本发明公开了一种GNSS天线安装偏差角确定方法、航向校准方法、装置及存储介质，所述确定方法通过控制车辆按照预定的直线轨迹行驶，实时采集车辆行驶位置数据以及GNSS天线的航向数据；并根据车辆行驶位置数据、航向数据分别拟合获取车辆行驶轨迹及GNSS天线航向轨迹，从而确定车辆航向角及GNSS天线航向角，最后将GNSS天线航向角与车辆航向角作差求得GNSS天线安装偏差角。所述校准方法包括：根据车辆实际行驶过程中根据GNSS天线的航向数据确定GNSS天线估算航向角，进而将GNSS天线估算航向角与GNSS天线安装偏差角求和，获取校准后的GNSS天线航向角；本发明有助于提高自动驾驶车辆行驶轨迹的精准度。

Description

GNSS天线安装偏差角确定方法、航向校准方法、装置及存储 介质
技术领域
本发明涉及一种GNSS天线安装偏差角确定方法、航向校准方法、装置及存储介质，属于导航控制技术领域。
背景技术
具有辅助驾驶功能的作业机械一般采用GNSS天线定向，GNSS天线一般安装在驾驶室顶部，理想情况下，GNSS天线安装位置应与车头方向平行，从而能够通过GNSS天线测试车辆行驶方向，即航向。但由于GNSS天线在安装过程中不可避免地存在安装误差，该误差导致GNSS天线测量的航向与作业车辆的实际运动轨迹的方向存在一个固定的安装偏差角，使得作业车辆在自动行驶时，出现路线偏航，不能够精准的沿目标线行驶，从而影响作业精度情况。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种GNSS天线安装偏差角确定方法、航向校准方法、装置及存储介质，应用于自动驾驶作业车辆中，有助于提高车辆行驶轨迹的精准度。
为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：
第一方面，本发明提供一种GNSS天线安装偏差角确定方法，所述方法包括如下步骤：
控制安装有所述GNSS天线的车辆按照预定的直线轨迹行驶；
实时采集车辆行驶位置数据以及GNSS天线的航向数据；
根据所述车辆行驶位置数据拟合车辆行驶轨迹，以计算获取车辆航向角；
根据所述航向数据拟合GNSS天线航向轨迹，以计算获取GNSS天线航向角；
将所述GNSS天线航向角与车辆航向角作减法运算，获取所述GNSS天线安装偏差角。
结合第一方面，进一步的，所述方法还包括：实时采集与各车辆行驶位置数据相对应的横向误差；
在拟合车辆行驶轨迹之前，将横向偏差与设定的最大允许横向偏差相比较：若横向偏差大于最大允许横向偏差，则滤除与该横向偏差相对应的车辆行驶位置数据。
结合第一方面，进一步的，在拟合GNSS天线航向轨迹之前，根据预设的最大允许航向偏差角对GNSS天线的航向数据进行滤波处理，以滤除异常航向数据。
结合第一方面，进一步的，计算获取车辆航向角的方法包括：
利用最小二乘法拟合车辆行驶轨迹的直线方程；
根据直线方程的斜率计算所拟合车辆行驶轨迹与真北方向的夹角，该夹角即为车辆航向角。
结合第一方面，进一步的，所述GNSS天线航向角为所拟合GNSS天线航向轨迹与真北方向的夹角。
第二方面，本发明提供一种GNSS天线航向校准方法，包括如下步骤：
采集GNSS天线的航向数据，并根据航向数据计算获取GNSS天线估算航向角；
将GNSS天线估算航向角与预确定的GNSS天线安装偏差角进行求和运算，获取校准后的GNSS天线航向角；
其中，所述GNSS天线安装偏差角采用第一方面任一项所述的方法确定。
结合第二方面，进一步的，当GNSS天线偏向车头左侧安装时，GNSS天线安装偏差角取负值；当GNSS天线偏向车头右侧安装时，GNSS天线安装偏差角取正值。
结合第二方面，进一步的，计算获取GNSS天线估算航向角的方法包括：
根据实时采集获取的GNSS天线的航向数据拟合GNSS天线航向轨迹；
计算GNSS天线航向轨迹与真北方向的夹角，该夹角即为GNSS天线估算航向角。
第三方面，本发明提供一种GNSS天线航向校准装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行第二方面任一项所述方法的步骤。
第四方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现第二方面任一项所述方法的步骤。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：
只需设定车辆起点位置和当前的车头方向，通过控制车辆单次直线行驶采集相关数据即可实现安装偏差角的确定，该确定方法简单有效、可行性高；
通过数据拟合的方式进行航向角测算，得到的轨迹航向精度高，安装偏差角校准准确。
附图说明
图1是本发明实施例一提供的一种GNSS天线安装偏差角确定方法的流程图；
图2是本发明实施例二提供的一种GNSS天线航向校准方法的流程图；
图3是本发明实施例二提供的GNSS天线航向校准方法的原理图。
具体实施方式
下面通过附图以及具体实施例对本发明技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
实施例一：
如图1所示，是本发明实施例提供的一种GNSS天线安装偏差角确定方法，包括如下步骤：
步骤一：控制安装有所述GNSS天线的车辆按照预定的目标轨迹行驶；
为便于后续角度计算，本实施例中目标轨迹可以设定为直线。对于自动驾驶作业车辆，可以人工驾驶车辆至起始位置点A，调整车辆车头航向后再启动自动驾驶指令。
步骤二：实时采集车辆行驶位置数据以及GNSS天线的航向数据；
采集获取的数据可以保存成带有时间戳的记录格式文件，通过时间戳确定同一时刻的行驶数据。
步骤三：根据所述车辆行驶位置数据拟合车辆行驶轨迹，以计算获取车辆航向角；根据所述航向数据拟合GNSS天线航向轨迹，以计算获取GNSS天线航向角；
如图3所示，以真北方向为Y轴，东向为X轴，车辆起始位置点为坐标原点建立坐标 系，由于目标轨迹为直线，因此，在本实施例中可以采用最小二乘法拟合车辆行驶轨迹以获 取相应的直线方程（即图中直线
Figure DEST_PATH_IMAGE001
的方程）；根据直线方程确定直线
Figure 457008DEST_PATH_IMAGE001
的斜率k，进而根据 直线斜率k计算拟合直线与真北方向（图中Y轴）夹角，得到车辆航向角Hc；
同理，所述GNSS天线航向角也可以通过上述方法计算获取，GNSS天线航向角即为 所拟合GNSS天线航向轨迹（即图中直线
Figure 643270DEST_PATH_IMAGE002
）与真北方向的夹角Hg。
步骤四：将所述GNSS天线航向角Hg与车辆航向角Hc作减法运算，获取所述GNSS天线安装偏差角Hd。
根据图3可知，GNSS天线安装偏差角Hd根据GNSS天线偏离车头的方向存在正负：当GNSS天线偏向车头左侧安装时，GNSS天线安装偏差角取负值；当GNSS天线偏向车头右侧安装时，GNSS天线安装偏差角取正值。
考虑到受各方因素影响，车辆实际行驶轨迹（图3中Lc）及GNSS天线实际航向轨迹（图3中Lg）都并非绝对的直线，为保证拟合后的车辆行驶轨迹及GNSS天线航向轨迹更加准确、可靠，本发明实施例在轨迹拟合前分别对所采集的车辆行驶位置数据以及GNSS天线的航向数据进行滤波处理，具体方法如下：
步骤a：实时采集与各车辆行驶位置数据相对应的横向偏差；
所谓横向偏差是指车辆实际行驶位置点偏离目标轨迹的距离。横向偏差可以与车辆行驶位置数据、GNSS天线的航向数据同步采集，一同保存至记录格式文件中，具体的：记录格式文件可以按行存储各组数据，每行五列：第一列为采样时间，第二列为GNSS天线的航向数据，第三列为车辆行驶位置点的X坐标，第四列为车辆行驶位置点的Y坐标，第五列为车辆行驶位置点的横向偏差。
步骤b：在拟合车辆行驶轨迹之前，将横向偏差与设定的最大允许横向偏差相比较：若横向偏差大于最大允许横向偏差，则滤除与该横向偏差相对应的车辆行驶位置数据；
其中，最大允许横向偏差可以根据车辆行驶轨迹跟踪精度的要求自行设定，在本发明实施例中最大允许横向偏差可以设置为2.5cm。
同理，在拟合GNSS天线航向轨迹之前，根据预设的最大允许航向偏差角对GNSS天线的航向数据进行滤波处理，以滤除异常航向数据。
根据GNSS定位定位系统航向精度，本实施例中可以设置最大允许航向偏差角为0.2度。
综上，本发明实施例通过实时采集车辆行驶位置数据以及GNSS天线的航向数据，分别拟合获取车辆行驶轨迹及GNSS天线航向轨迹，并根据拟合获取的轨迹确定GNSS天线安装偏差角，GNSS天线安装偏差角的确定只需设定车辆起点位置和当前的车头方向，通过控制车辆单次直线行驶采集相关数据即可，不需要不需要通过其他方法设定初始安装偏差，也不需要控制车辆往复运动，因此，本发明所提供的GNSS天线安装偏差角确定方法简单有效、可行性高。
实施例二：
如图2所示，是本发明实施例提供的一种GNSS天线航向校准方法，包括如下步骤：
采集GNSS天线的航向数据，并根据航向数据计算获取GNSS天线估算航向角；
将GNSS天线估算航向角与预确定的GNSS天线安装偏差角进行求和运算，获取校准后的GNSS天线航向角；
其中，所述GNSS天线安装偏差角为一固定值，可以采用实施例一所述的方法确定，在此不做赘述。
计算获取GNSS天线估算航向角的方法也可以参考实施例一所述GNSS天线航向角的计算方法，具体的：
在车辆行驶过程中，根据实时采集获取的GNSS天线的航向数据拟合GNSS天线航向轨迹；计算GNSS天线航向轨迹与真北方向的夹角，该夹角即为GNSS天线估算航向角。同样的，为提高拟合GNSS天线航向轨迹的精确度，在轨迹拟合前，可以对GNSS天线的航向数据进行滤波处理，以消除异常数据。
本发明实施例提供的校准方法，通过数据拟合的方式获取GNSS天线估算航向角，再将GNSS天线估算航向角与预确定的GNSS天线安装偏差角进行求和运算，获取校准后的GNSS天线航向角，车辆自动驾驶系统根据校准后的GNSS天线航向角行驶，能够获得更加精确的行驶轨迹，应用于自动驾驶作业车辆中，能够提高作业精度。
实施例三：
本发明实施例还提供了一种GNSS天线航向校准装置，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行实施例二所述方法的步骤。
实施例四：
本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时可以实现实施例二所述方法的步骤。
需要说明的是，在实施例三和四中，所述指令或程序由于包含了GNSS天线安装偏差角确定的指令或程序，因此，在实施例三中所述处理器也可以根据所述指令进行操作以执行实施例一所述方法的步骤；在实施例四中，程序被处理器执行时也可以用于实现实施例二所述方法的步骤。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备（系统）、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种GNSS天线安装偏差角确定方法，其特征是，所述方法包括如下步骤：
控制安装有所述GNSS天线的车辆按照预定的直线轨迹行驶；
实时采集车辆行驶位置数据以及GNSS天线的航向数据；
根据所述车辆行驶位置数据拟合车辆行驶轨迹，以计算获取车辆航向角；
根据所述航向数据拟合GNSS天线航向轨迹，以计算获取GNSS天线航向角；
将所述GNSS天线航向角与车辆航向角作减法运算，获取所述GNSS天线安装偏差角。
2.根据权利要求1所述的GNSS天线安装偏差角确定方法，其特征是，所述方法还包括：实时采集与各车辆行驶位置数据相对应的横向误差；
在拟合车辆行驶轨迹之前，将横向偏差与设定的最大允许横向偏差相比较：若横向偏差大于最大允许横向偏差，则滤除与该横向偏差相对应的车辆行驶位置数据。
3.根据权利要求1所述的GNSS天线安装偏差角确定方法，其特征是，在拟合GNSS天线航向轨迹之前，根据预设的最大允许航向偏差角对GNSS天线的航向数据进行滤波处理，以滤除异常航向数据。
4.根据权利要求1所述的GNSS天线安装偏差角确定方法，其特征是，计算获取车辆航向角的方法包括：
利用最小二乘法拟合车辆行驶轨迹的直线方程；
根据直线方程的斜率计算所拟合车辆行驶轨迹与真北方向的夹角，该夹角即为车辆航向角。
5.根据权利要求4所述的GNSS天线安装偏差角确定方法，其特征是，所述GNSS天线航向角为所拟合GNSS天线航向轨迹与真北方向的夹角。
6.一种GNSS天线航向校准方法，其特征在于，包括如下步骤：
采集GNSS天线的航向数据，并根据航向数据计算获取GNSS天线估算航向角；
将GNSS天线估算航向角与预确定的GNSS天线安装偏差角进行求和运算，获取校准后的GNSS天线航向角；
其中，所述GNSS天线安装偏差角采用权利要求1至5任一项所述的方法确定。
7.根据权利要求6所述的GNSS天线航向校准方法，其特征在于，当GNSS天线偏向车头左侧安装时，GNSS天线安装偏差角取负值；当GNSS天线偏向车头右侧安装时，GNSS天线安装偏差角取正值。
8.根据权利要求6所述的GNSS天线航向校准方法，其特征在于，计算获取GNSS天线估算航向角的方法包括：
根据实时采集获取的GNSS天线的航向数据拟合GNSS天线航向轨迹；
计算GNSS天线航向轨迹与真北方向的夹角，该夹角即为GNSS天线估算航向角。
9.一种GNSS天线航向校准装置，其特征在于，包括处理器及存储介质；
所述存储介质用于存储指令；
所述处理器用于根据所述指令进行操作以执行根据权利要求6~8任一项所述方法的步骤。
10.计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求6~8任一项所述方法的步骤。
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