CN113945956A - 车载定位系统以及包括其的矿山车辆 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车载定位系统，包括：主控单元；卫星导航定位模块，与所述主控单元通信，配置成向所述主控单元提供卫星导航定位数据；多个RTK数据单元，与所述主控单元通信，配置成向所述主控单元提供RTK差分数据，其中所述主控单元配置成可从所述多个RTK数据单元中选择一个RTK数据单元以提供所述RTK差分数据；和交换机，所述交换机与所述主控单元通过以太网连接并从所述主控单元接收时间信息。

Description

车载定位系统以及包括其的矿山车辆
技术领域
本公开内容总体上涉及用于车辆的定位技术，尤其涉及一种高可靠性的多冗余车载定位系统以及包括其的矿山车辆。
背景技术
目前现有的定位终端多为测绘行业应用而设计，初步应用在港口矿山等封闭区域的特种车辆和机械上，非车规级设计，高温或者极寒时可能会无法开机。这些现有的定位终端往往为4G源的RTK集成或者外置4G DTU模块(也可能是外置的电台模块)，使用时不够灵活，对RTK数据源的获取能力没有可靠保证。另外，现有的定位终端的数据输出多为串口和传统CAN接口，数据带宽较低，可扩展性差，另外PPS同步多为硬线加串口的方式，而车辆内部极少使用串口，且激光/毫米波雷达均已支持以太网同步协议，因此系统集成时增加不少麻烦。
背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
针对现有技术的至少一个问题，本发明提供一种车载定位系统，包括：
主控单元；
卫星导航定位模块，与所述主控单元通信，配置成向所述主控单元提供卫星导航定位数据；
多个RTK数据单元，与所述主控单元通信，配置成向所述主控单元提供RTK差分数据，其中所述主控单元配置成可从所述多个RTK数据单元中选择一个RTK数据单元以提供所述RTK差分数据；和
交换机，所述交换机与所述主控单元通过以太网连接并从所述主控单元接收时间信息。
根据本发明的一个方面，所述主控单元配置成从所述卫星导航定位模块接收授时数据和PPS信号，并配置成将所述授时数据和PPS信号进行融合，生成精确时间数据，所述交换机从所述主控单元同步接收所述时间数据。
根据本发明的一个方面，所述多个RTK数据单元包括蜂窝通信单元和基于数字调频的音频广播的RTK模块。
根据本发明的一个方面，所述多个RTK数据单元还包括电台接口，所述电台接口配置成可从外部电台接收所述RTK差分数据。
根据本发明的一个方面，所述车载定位系统还包括惯性测量单元，所述惯性测量单元与所述主控单元通讯，所述惯性测量单元与所述卫星导航定位模块是相分离的；或者所述卫星导航定位模块集成有惯性测量功能。
根据本发明的一个方面，所述车载定位系统还包括主电源和备用电源，其中所述主电源和备用电源配置成可向车载定位系统供电，并且可自动切换。
根据本发明的一个方面，所述主控单元配置成按照以下顺序选择其中一个RTK数据单元：基于数字调频广播的网络RTK模块，电台接口，蜂窝通信单元。
根据本发明的一个方面，所述交换机配置成将所述时间数据同步到与所述交换机连接的节点。
根据本发明的一个方面，所述交换机配置成根据所述时间数据生成gPTP时间树，并通过所述时间树将所述时间数据同步到与所述交换机连接的节点。
根据本发明的一个方面，所述车载定位系统与以下控制器和传感器连接：车路协同的车端OBU，自动驾驶单元、以及激光雷达，毫米波雷达、摄像头，其中所述摄像头连接到所述自动驾驶单元，所述自动驾驶单元与所述激光雷达连接到所述交换机，所述毫米波雷达与主控单元的CAN接口连接通信，主控单元转发毫米波数据到自动驾驶单元，所述自动驾驶单元配置成接收所述激光雷达数据和转发来的毫米波雷达的探测数据，以及所述摄像头采集的图像，所述主控单元并且配置成通过CAN通信接口接收车辆的档位信息和速度信息。
根据本发明的一个方面，所述自动驾驶单元配置成基于所述激光雷达和/或毫米波雷达的探测数据以及所述摄像头采集的图像，生成特征点数据，所述主控单元配置成通过所述交换机从所述自动驾驶单元接收所述特征点数据，所述主控单元并且配置成：
对所述卫星导航定位数据和所述惯性测量单元的测量数据进行融合，获得融合后的定位信息；
基于所述车辆的档位信息和速度信息度所述，修正所述定位信息；
基于所述特征点数据，对所述定位信息进行特征点融合修正；
从车路协同的车端OBU接收路段数据，并根据所述路段数据修正所述定位信息，获得最终定位数据。
根据本发明的一个方面，所述车载定位系统还包括多个CAN通信接口模块，所述多个CAN通信接口模块与所述主控单元连接，用于同外部具备CAN接口的设备进行通信。
本发明还提供一种矿山车辆，包括如上所述的车载定位系统。
本发明还提供一种车辆定位方法，采用如上所述的车载定位系统实施。
本发明涉及露天矿山智能运输系统中的无人驾驶车辆和工程机械的高可靠的定位终端方案，本发明实施例的技术方案采用支持全系统全频点的高精度定位定向的卫星导航定位板卡，另外集成微机电式高精度IMU模块，同时，方案中也集成了多源冗余的RTK数据源模块，多核主控制器，超强计算能力，可以实现深耦合的GNSS+INS的组合导航算法，集成车载以太网接口和交换机，支持车载以太网的gPTP同步能力，无缝连接激光雷达和毫米波雷达，系统整体车规级设计，宽温宽压的工作能力范围。
在说明书中所描述的特点和优点并非全部，尤其是，结合附图和说明书，许多附加的特征和优点将对于本领域普通技术人员而言将是明显的。此外，应当指出的是，本说明书中所使用的用语主要是出于可读性和指导性的目的而被选择的，并且可能不是被选择以描述或限制创造性的技术方案。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1示出了根据本发明一个实施例的车载定位系统；
图2示出了根据本发明一个优选实施例的车载定位系统；
图3示出了根据本发明一个实施例的方法，用于按照预设的规则来选择RTK数据的来源；
图4示出了根据本发明的一个优选实施例交换机进行时间数据同步的方式；
图5示出了根据本发明一个优选实施例的数据融合的方式。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
现在将详细参照本发明的若干实施例，在附图中示出了其示例。应当注意到，只要可行，在附图中可以使用相似或者相同的附图标记，并且它们可以用以指示相似或者相同的功能。附图仅出于说明的目的而描述本发明的若干实施例。本领域技术人员将很容易从下面的描述中认识到此处说明的结构和方法的备选实施例可以在不脱离此处描述的实施例的原理的情况下而被使用。只要可行，下面所述的方法步骤未必按所例示的顺序执行。
附图中的流程图和框图，图示了按照本发明各种实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个单元、程序段、或代码的一部分，所述单元、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现预定的逻辑功能的可执行指令。应当注意，在有些作为备选的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也应当注意，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
在本公开的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接：可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。例如，本公开使用术语“耦接”，表示两个端子之间的连接方式可以是直接连接、也可以是通过一个中间媒介间接连接，可以是电气方面的有线连接、也可以是无线连接。
在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以下结合附图对本公开的具体实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
图1示出了根据本发明一个实施例的车载定位系统100，下面参考附图详细描述。如图1所示，车载定位系统100包括主控单元(MCU)101、卫星导航定位模块102、多个RTK(实时差分定位，Real-time kinematic)数据单元103以及交换机104。其中主控单元101作为车载定位系统100的主要控制器，接收各个单元的数据进行相应的数据处理并执行主要控制功能，下面将详细描述。卫星导航定位模块102与所述主控单元101通信，配置成向所述主控单元101提供卫星导航定位数据。卫星导航定位模块102可包括相应的天线，用于接收卫星信号。优选的，卫星导航定位模块102可包括多个天线，从而可支持多频段接收卫星信号，涵盖了GPS、北斗、GLONOSS、GALILEO，大大增强终端接收卫星的概率。
RTK数据单元103可以实施实时的动态测量技术，例如以载波相位观测为根据的实时差分GPS技术。图1中示意性示出了三个RTK数据单元103，分别为103-1、103-2和103-3。RTK数据单元103与所述主控单元101通信，配置成向所述主控单元101提供RTK差分数据，其中所述主控单元配置成可从所述多个RTK数据单元中选择一个RTK数据单元以提供所述RTK差分数据。本发明的实施例中包括了多个RTK数据单元，因此可以实现多种RTK数据的接收途径，主控单元101例如可以根据信号状态(或者设定值)切换RTK数据源，相比较传统方法，本发明提供的系统在RTK数据的获取上具有充分的冗余设计。另外，RTK数据单元103的数目不限于三个，也可以是两个或者四个以及更多数目，均在本发明的保护范围内。
所述交换机104与所述主控单元101通过以太网连接，并配置成从所述主控单元101接收时间信息。本发明的车载定位系统中包括了交换机，交换机上可以连接其他传感器以及计算装置，例如自动驾驶系统以及各类传感器，因此交换机在从主控单元101接收时间信息之后，将时间信息分发给与其相连的各类传感器和计算装置，实现以太网同步，尤其可以有助于自动驾驶系统与各个传感器之间的时间同步，为多传感器(多源)辅助定位提供基础平台，以便于为多传感器辅助定位算法实施提供可能。
图2示出了根据本发明一个优选实施例的车载定位系统200，下面参考图2详细描述。
如图2所示，车载定位系统200包括主控单元201、卫星导航定位模块202、多个RTK数据单元203以及交换机204，与图1所示的主控单元(MCU)101、卫星导航定位模块102、多个RTK数据单元103以及交换机104基本相同，下面重点描述二者之间的区别之处，相同之处不再赘述。
在图2的实施例中，车载定位系统200包括蜂窝通信单元203-1和基于数字调频的音频广播的RTK模块203-2，作为所述RTK数据单元。相对应的，蜂窝通信单元203-1可与外部的4G天线相通讯，以获得4G信号，或者可替换的，蜂窝通信单元203-1中可以集成有4G天线。RTK模块203-2可以与调频广播电台天线相通讯，也可以集成有电台天线。进一步优选的，车载定位系统200还可以包括电台接口203-3，所述电台接口配置成可从外部电台接收所述RTK差分数据，所述外部电台例如是工作在410MHz——470MHz的临时搭建的私有电台。本实施例将4G通信单元和基于数字调频广播的网络RTK模块一起集成，同时预留有外置电台的接口，因此可以实现三种RTK数据的接收途径，主控单元21可以根据信号状态(或者设定值)切换RTK数据源，相比较传统方法，本发明提供的系统在RTK数据的获取上有冗余设计，RTK数据获取的稳定性更高。
另外如图2所述，根据本发明的一个优选实施例，所述卫星导航定位模块202生成PPS信号和授时数据(图中未示出)。其中PPS信号可以通过物理硬线链接来传输，授时数据例如可以是一段周期性报文。主控单元201配置成从所述卫星导航定位模块202接收授时数据和PPS信号，并配置成将所述授时数据和PPS信号进行融合，生成精确时间数据(或称第二时间数据)，所述交换机204从所述主控单元同步接收所述精确时间数据。本实施例中，主控单元201接收卫星导航定位模块202的授时数据和PPS信号，并将融合后的精确时间同步数据通过车载以太网的gPTP协议分发给子网节点(例如交换机)，实现以太网同步，便于自动驾驶传感器间的时间同步，从而可以为多传感器(多源)辅助定位提供基础平台，以便于为多传感器辅助定位算法实施提供可能。
PPS信号是秒脉冲信号，由于其脉冲间隔非常精确(误差<20ns左右)，因此可以用PPS信号和授时数据来校准本地时间(GPS收取时间)的准秒。GPS收取的时间数据是通过串口发送的，但由于各种不稳定性，导致偏差时有发生(例如波特率误差，通信延迟，处理延时等等)，在GPS发送时间后，主控单元MCU调用PPS校准整秒(每秒校准一次)，使得每次偏差都不会过大，而且会加速收敛过程。(理论上使用1PPS后，GPS的时间根偏差会非常的小，此处在20ns级别)。GPS的时间是采用铷原子钟，精度非常高，其发出的时间是精确的，但是时间分发和传播的方式的途径是不稳定的，会造成各种各样的误差，接收端的晶振频率也是有误差的，最终导致接收端的时间是有误差的，通过PPS信号可以校正这些误差，但PPS信号沿跳变是有误差的，因此最终精度不会低于PPS信号的边沿延迟精度。
根据本发明的一个优选实施例，如图2所示，车载定位系统200还包括惯性测量单元(IMU)205，所述惯性测量单元205与所述主控单元201通讯，所述惯性测量单元205与所述卫星导航定位模块202是相分离的。根据本发明的一个替换实施例，代替所述单独的惯性测量单元205，所述卫星导航定位模块202也可以集成有惯性测量功能。
根据本发明的一个优选实施例，车载定位系统200包括多个电源206，例如图2所示的主电源206-1和备用电源206-2，其中所述主电源和备用电源配置成可向车载定位系统供电，并且可自动切换。图2中未示出多个电源206与各个部件的连接关系，本领域技术人员容易理解，多个电源206可以连接到车载定位系统200中任一需要供电的部件。本实施例中采用了双路电源输入，提高供电可靠性，当一路电源的供电出现故障时，另一路备用电源可以无缝衔接，保证系统能够正常工作。
图2的实施例中，车载定位系统200包括三个RTK数据来源，分别为：蜂窝通信单元203-1，基于数字调频的音频广播的RTK模块203-2，以及通过电台接口203-3从外部电台接收。根据本发明的一个优选实施例，主控单元201配置成按照以下顺序选择其中一个RTK数据单元：基于数字调频广播的网络RTK模块，电台接口，蜂窝通信单元。
根据本发明的一个实施例，所述交换机204具有多个端口，其中一个端口用于通过MAC to MAC的方式连接到主控单元MCU 201，实现主控单元的100M以太网功能。另外可具有两路1000BASE-T1的端口，用于连接车载单对双绞线的千兆网产品；另外还可设置有7路1000BASE－TX端口，用于现有激光雷达传感器和V2X等传统千兆网节点的应用。所述交换机204还可设置4通道PCIe接口，带宽可达10G，用于同中央计算单元的集总连接。
图3示出了根据本发明一个实施例的方法300，用于按照预设的规则来选择RTK数据的来源，下面参考图3进行描述。
车载定位系统200的主控单元201启动开始之后，首先在步骤S301，确认是否有远程设定源，即检查是否有用户或者系统提前设定的RTK数据源。远程设定源可以是多个RTK数据来源中的任意一个，例如蜂窝通信单元203-1，基于数字调频的音频广播的RTK模块203-2，以及通过电台接口203-3从外部电台接收。如果检测到存在远程设定源，则进行步骤S302，否则进行到步骤S306。
在步骤S302，设置切换完成标志，然后进行到步骤S303。所述切换完成标志例如是一个标志符，可以通知其他调用的上层程序本轮切换已经完成/或者未完成。
在步骤S303，检查切换完成标志是否设置完成，如果已经完成，表明切换已经完成，则进行到步骤S306，否则进行到步骤S304。
在步骤S304，执行远程设定源切换通道，即根据远程设定源来切换RTK数据来源，然后进行到步骤S305，设置切换完成标志，然后方法结束。
在步骤S306，确定是否有定位数据在该路段的历史差分源记录。例如根据本发明的一些实施例，可以记录一些特定路段的历史差分源记录，供后续参考使用。例如对于一些路段，蜂窝通信单元的4G数据源无法覆盖，但是基于数字调频广播的网络RTK模块的广播可以覆盖，那么对这种特殊路段做记录，在下一次经过该路段时就可以自动对RTK信号源进行切换。如果有，则进行到步骤S307，否则进行到步骤S308。
在步骤S307，根据定位数据在该路段的历史差分源记录，执行记录源的切换，然后方法结束。
在步骤S308，确定基于数字调频的音频广播的RTK模块203-2的信号强度(CDR)是否达标，即CDR的信号强度是否高于阈值，如果高于阈值，则进行到步骤S309，切换到基于数字调频的音频广播的RTK模块203-2，然后进行到步骤S310，设置切换完成标志，然后方法结束；否则，进行到步骤S311。
在步骤S311，确定外置电台的信号强度是否达标，即外置电台的信号强度是否高于阈值，如果高于阈值，则进行到步骤S312，切换到外置电台源，即电台接口203-3，然后程序结束；否则进行到步骤S313。
在步骤S313，确定4G信号的强度是否达标，即4G信号强度是否高于阈值。如果高于阈值，则进行到步骤S3014，切换到4G源，即蜂窝通信单元203-1，然后进行到步骤S316，设置切换完成标志，然后方法结束；否则进行到步骤S315，切换到外置电台源，即电台接口203-3，并发送报警提示信息，然后方法结束。
如图4所示，所述卫星导航定位模块202生成PPS信号和秒时间数据(即授时数据)并提供给主控单元MCU 201，主控单元201将所述秒时间数据和PPS信号进行融合，生成精确时间数据。根据本发明的一个优选实施例，所述交换机204(或104)配置成将所述(精确)时间数据同步到与所述交换机连接的节点。例如所述交换机配置成根据所述时间数据生成gPTP时间树，并通过所述时间树将所述时间数据同步到与所述交换机连接的节点。如图4所示，各种传感器或者车载单元可以连接到交换机204，包括摄像头、激光雷达、车辆的自动驾驶单元(计算单元GPU)以及OBU等。
本发明的车载定位系统可以与各种控制器和传感器连接，例如车路协同的车端OBU，自动驾驶单元、以及激光雷达，摄像头连接到所述自动驾驶单元，所述自动驾驶单元与所述激光雷达连接到所述交换机，所述毫米波雷达与主控单元的CAN接口连接通信，主控单元转发毫米波数据到自动驾驶单元，所述自动驾驶单元配置成接收所述主控单元转发来的毫米波雷达的探测数据，以及所述摄像头采集的图像，所述主控单元并且配置成通过CAN通信接口接收车辆的档位信息和速度信息。
另外，本发明的车载定位系统收集到的各种数据可以辅助对定位结果进行修正和融合，下面参考图5详细描述。
如图5所示，主控单元可以从卫星导航定位模块接收卫星导航定位数据，并且从惯性测量单元205获得IMU数据，对二者进行融合，获得融合后的定位信息。同时，主控单元可以从车辆的CAN总线接收车辆数据，包括但不限于车辆的当前档位以及当前的车速，进而根据所述车辆的档位信息和速度信息修正所述定位信息。车辆的自动驾驶单元可以基于激光雷达和/或毫米波雷达的探测数据以及所述摄像头采集的图像，生成特征点数据，所述，如图5所示的激光雷达特征点数据、毫米波雷达特征点数据以及摄像头特征点数据，主控单元配置成通过所述交换机从所述自动驾驶单元接收所述特征点数据，然后基于所述特征点数据，对所述定位信息进行特征点融合修正。主控单元还可以从车路协同的车端OBU接收路段数据，并根据所述路段数据修正所述定位信息，获得最终定位数据。相比于现有技术的定位，通过本发明实施例获得的定位数据的定位精度明显更高。
由于本系统可以获得的车辆信息还可以来自很多其他传感器，如激光雷达(激光雷达例如物理连接在本发明的交换机的端口上，但其数据是由交换机直接路由到自动驾驶计算单元的，其数据可以不经过本系统的主控单元，)，摄像头(摄像头例如可以直接连接至自动驾驶计算单元的，也可以连接到交换机，由交换机转发)等。本定位系统可以将GNSS板卡输出位置信息同独立IMU进行融合计算，并根据接入的车辆当前速度和挡位信息(车速和挡位信息可以由其中的1路CAN总线输入给主控)对融合数据再修正，修正逻辑是根据挡位信息判断当前是前进还是后退，当前车速乘以间隔时间得到间隔位移，用此位移和之前的卫导和惯导数据做融合，弥补惯导的累计误差；另外激光雷达接入(数据接入)的GPU计算单元(自动驾驶单元的计算单元)是通过以太网与定位终端连接通信，其可将激光雷达的点云地图提取特征点位信息发送给定位终端，定位终端做进一步的数据融合修正，这一步的修正逻辑是：激光雷达(或者摄像头或者毫米波雷达)识别出道路轨迹周边的固定的已经标记的特征物体(如左侧/右侧边坡，上坡/下坡，固定的大岩石，人工设立的标记物等)后，GPU将这些特征点的标签通过CAN(或者以太网)发送给本发明的主控单元，主控单元可从标签中取出特征点的坐标信息，进一步矫正定位的当前数据；在架设有V2X设备的路段，V2X设备将自身的坐标信息发送给车端的OBU后，OBU可将坐标信息通过以太网发给定位终端的主控单元，定位终端将V2X的位置信息与前面融合后的信息做最终的修正处理，最终输出高精度的位置数据。
根据本发明的一个实施例，所述车载定位系统200还包括多个CAN通信接口模块，所述多个CAN通信接口模块与所述主控单元连接，用于同外部具备CAN接口的设备进行通信。
本发明还涉及一种矿山车辆，包括如上所述的车载定位系统100或200。
本发明还提供一种车辆定位方法，例如矿山车辆的定位方法，采用如上所述的车载定位系统100或200实施。上述关于参考图1-5对车载定位系统100或200描述的特征，在不冲突的情况下，均可应用于本发明的车辆定位方法，此处不再赘述。
本发明提供了一种高可靠性多冗余的矿用无人驾驶车辆定位和同步融合系统。在具体实施时，可采用全频点多通道GNSS板卡，增强卫星接收能力，降低丢星概率。本发明的实施例可采用双路电源输入，提高供电可靠性，当一路供电出现故障时，另一路备用电源可以无缝衔接。本发明的实施例可以将4G通信单元和基于数字调频广播的网络RTK模块一起集成，同时预留有外置电台的接口，因此可以实现三种RTK数据的接收途径，主控单元可以根据信号状态(或者设定值)切换数据源，相比较传统方法，本发明提供的系统在RTK数据的获取上有冗余设计，RTK数据获取的稳定性更高；主控接收GNSS的授时数据和PPS信号，并将融合后的时间同步数据通过车载以太网的gPTP协议分发给子网节点，实现以太网同步，便于自动驾驶传感器间的时间同步。本发明为多传感器(多源)辅助定位提供基础平台，以便于为多传感器辅助定位算法实施提供可能。
本发明的实施例提供了一种车规级高可靠性多冗余的以太网同步无人驾驶系统定位终端方案。系统包括卫星定位模块、主控模块、惯导模块、数传电台模块、4G DTU、车载10端口以太网交换机模块、多个CAN模块、I/O模块、电源模块。系统在定位方面具有较高的可靠性和冗余设计。首先，卫导部分支持多频段接收卫星信号，涵盖了GPS，北斗，GLONOSS，GALILEO，大大增强终端接收卫星的概率；第二重冗余设计包括差分定位数据的接收途径上，采用差分定位方式，可以提升系统定位精度到厘米级，系统可以通过3种途径接收RTK差分数据，包括：通过第三方的数传电台(CDR模块)服务接收差分定位数据；通过4G的方式接收第三方的corse服务，例如千寻和中国移动；通过接收外置电台(外部串口)的方式接收差分定位数据，这种方式需要架设基站。这几种差分数据的收发方式是由系统根据现场的工况进行切换，或者云端设置命令进行切换，从而实现多途径冗余，提升定位精度的稳定度。另外，惯导功能可以在GNSS模块集成，也可以在板上接入独立的IMU模块，也可以二者都选择，此时GNSS模块里的惯导可以选择低成本的MEMS，独立惯导模块可以选择高精度版本，实现双重冗余设计。系统供电支持两路独立电源接入，形成电源的双路冗余，当其中任意一路发生故障时，不影响终端的工作。对以上重要功能的冗余设计，可以提升系统定位功能获得固定解的可靠性和稳定性。
由于自动驾驶中使用的很多传感器都是以太网接口，而且均支持以太网同步功能，因此，本系统将定位和以太网交换机进行集成，可以实现高速大数据量的传感器无缝集成，并且将GPS的时间同步功能转移到以太网同步，降低布线难度和桥接难度。具体实现方法是，MCU接收GNSS模块输出的PPS信号和时间戳进行同步处理，再采用gPTP协议通过以太网接口分发到交换机上，交换机也建立gPTP时间树，同步到与其端口连接的其他节点，这种方式避免了PPS信号线和串口线的级联和布线等操作。
本发明的系统还可集成6路CAN网关功能，其中一路用于将主控单元MCU融合处理过的定位数据发送给自动驾驶控制器，一路用于接收从车内转发来的车速，挡位等信息，用于惯导数据的融合计算等。其他4路CAN总线可用于其他传感器数据的收发，例如毫米波雷达，超声波雷达，自动驾驶控制器等。6路CAN均可支持CAN FD功能，以提升数据带宽。
本发明的系统时间同步的同步途径和方式可以采用以太网，可以删除中继硬件，并降低布线成本。在实施时，本发明的系统可采用车规级设计，可适应更严苛的工作环境，如更宽的温度工作范围，可工作于-40～85℃，更高的抗震动性能，满足JESD22-B103的抗振动要求。本发明将定位和差分数据接收进行多方融合，可以增强差分数据的接收可靠性和稳定度，减少外部布线，壳体等成本，配置可全部软件完成，增强灵活性。同时，将定位和交换机进行集成，转变时间同步的方式，减少中继和布线成本，同步更灵活，使得以太网的连接与车更匹配，更可靠。另外，集成CAN路由和IO资源，可以在车控功能部分更灵活的扩展功能，节省额外的硬件和费用。双路供电，提升系统可靠性，降低电源系统故障的影响。在实车装配时，激光雷达直接通过以太网连接到定位终端，自动驾驶计算单元也通过以太网连接至定位终端，OBU通过以太网接入，T-BOX通过以太网接入。
以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，尽管参照前述实施例对本公开进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种车载定位系统，包括：
主控单元；
卫星导航定位模块，与所述主控单元通信，配置成向所述主控单元提供卫星导航定位数据；
多个RTK数据单元，与所述主控单元通信，配置成向所述主控单元提供RTK差分数据，其中所述主控单元配置成可从所述多个RTK数据单元中选择一个RTK数据单元以提供所述RTK差分数据；和
交换机，所述交换机与所述主控单元通过以太网连接并从所述主控单元接收时间信息。
2.根据权利要求1所述的车载定位系统，其中所述主控单元配置成从所述卫星导航定位模块接收授时数据和PPS信号，并配置成将所述授时数据和PPS信号进行融合，生成精确时间数据，所述交换机从所述主控单元同步接收所述时间数据。
3.根据权利要求1所述的车载定位系统，其中所述多个RTK数据单元包括蜂窝通信单元和基于数字调频的音频广播的RTK模块。
4.根据权利要求3所述的车载定位系统，其中所述多个RTK数据单元还包括电台接口，所述电台接口配置成可从外部电台接收所述RTK差分数据。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的车载定位系统，还包括惯性测量单元，所述惯性测量单元与所述主控单元通讯，所述惯性测量单元与所述卫星导航定位模块是相分离的；或者所述卫星导航定位模块集成有惯性测量功能。
6.根据权利要求5中所述的车载定位系统，还包括主电源和备用电源，其中所述主电源和备用电源配置成可向车载定位系统供电，并且可自动切换。
7.根据权利要求4所述的车载定位系统，其中所述主控单元配置成按照以下顺序选择其中一个RTK数据单元：基于数字调频广播的网络RTK模块，电台接口，蜂窝通信单元。
8.根据权利要求2所述的车载定位系统，其中所述交换机配置成将所述时间数据同步到与所述交换机连接的节点。
9.根据权利要求8所述的车载定位系统，其中所述交换机配置成根据所述时间数据生成gPTP时间树，并通过所述时间树将所述时间数据同步到与所述交换机连接的节点。
10.根据权利要求5所述的车载定位系统，其中所述车载定位系统与以下控制器和传感器连接：车路协同的车端OBU，自动驾驶单元、以及激光雷达，毫米波雷达、摄像头，其中所述摄像头连接到所述自动驾驶单元，所述自动驾驶单元与所述激光雷达连接到所述交换机，所述毫米波雷达与主控单元的CAN接口连接通信，主控单元转发毫米波数据到自动驾驶单元，所述自动驾驶单元配置成接收所述激光雷达数据和转发来的毫米波雷达的探测数据，以及所述摄像头采集的图像，所述主控单元并且配置成通过CAN通信接口接收车辆的档位信息和速度信息。
11.根据权利要求10所述的车载定位系统，其中所述自动驾驶单元配置成基于所述激光雷达和/或毫米波雷达的探测数据以及所述摄像头采集的图像，生成特征点数据，所述主控单元配置成通过所述交换机从所述自动驾驶单元接收所述特征点数据，所述主控单元并且配置成：
对所述卫星导航定位数据和所述惯性测量单元的测量数据进行融合，获得融合后的定位信息；
基于所述车辆的档位信息和速度信息度所述，修正所述定位信息；
基于所述特征点数据，对所述定位信息进行特征点融合修正；
从车路协同的车端OBU接收路段数据，并根据所述路段数据修正所述定位信息，获得最终定位数据。
12.根据权利要求1-4中任一项所述的车载定位系统，还包括多个CAN通信接口模块，所述多个CAN通信接口模块与所述主控单元连接，用于同外部具备CAN接口的设备进行通信。
13.一种矿山车辆，包括如权利要求1-12中任一项所述的车载定位系统。
14.一种车辆定位方法，采用如权利要求1-12中任一项所述的车载定位系统实施。
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