CN115932924B - 一种基于imu辅助定位的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于IMU辅助定位的方法及系统，该方法包括：获取目标车辆历史时刻GNSS信息、IMU信息和车速信息；根据IMU信息和车速信息计算当前位移信息；根据历史时刻GNSS信息和当前位移信息计算当前位置信息；获取目标时刻GNSS信息后，上报当前定位信息；通过KL15下电信号，则保存当前位置信息和当前IMU信息。通过本发明提供的一种基于IMU辅助定位的方法及系统，在GNSS/GPS/北斗等定位系统定位延时或丢失后，不再单一的依靠定位系统，MCU依然可以从IMU模块获得车辆的航向角、仰俯角等车辆的姿态参数，根据IMU信息和车速信息计算车辆的位移，获得车辆的运行轨迹，根据位移信息计算当前位置信息，获得车辆的定位信息，为车辆提供准确的导航信息。
Description
技术领域
本发明涉及定位监测领域，具体涉及一种基于IMU辅助定位的方法及系统。
背景技术
GNSS(Global Navigation Satellite System)，即全球导航卫星系统，它是泛指所有的卫星导航系统，包括全球的、区域的和增强的，如美国的GPS(Global PositioningSystem，全球定位系统)、俄罗斯的Glonass(Global navigation satellite system，格洛纳斯卫星导航系统)、欧洲的Galileo(Galileo satellite navigation system，伽利略卫星导航系统)、中国的BDS(BeiDou Navigation Satellite System，北斗卫星导航系统)，以及相关的增强系统，还涵盖在建和以后要建设的其他卫星导航系统。国际GNSS系统是个多系统、多层面、多模式的复杂组合系统。
目前，车辆的导航系统大多基于GNSS技术，通过GPS或北斗卫星导航系统，得到自己的经纬度信息。可是，当卫星导航信号受到全部或部分遮挡，如隧道、山谷、高架道路、密集的高大建筑物等遮挡，卫星信号很弱或卫星信号被干扰时，卫星导航器就不能正常工作，汽车驾驶员也就无法准确知道自己的地理位置。卫星信号的丢失或延时可能会导致车辆错过导航的路口，或导航定位不准确、播报不及时，未能及时的提醒驾驶员，导致到路口反应距离短，驾驶员反应不及时而发生交通事故。
IMU(Inertial measurement unit)，即惯性测量单元，主要元件有陀螺仪、加速度计和磁力计，其中陀螺仪可以得到各个轴的加速度，加速度计能得到x，y，z方向的加速度，而磁力计能获得周围磁场的信息。IMU的主要工作便是将三个传感器的数据融合得到较为准确的姿态信息。
发明内容
针对现有车辆导航技术中卫星信号易受遮挡或干扰时，卫星导航器无法正常工作，导致汽车驾驶员无法准确知道自己的地理位置，卫星信号的丢失或延时可能会导致车辆错过导航的路口，或导航定位不准确、播报不及时，未能及时的提醒驾驶员，导致到路口反应距离短，驾驶员反应不及时而发生交通事故的问题，提出了一种基于IMU辅助定位的方法及系统，不再单一的依靠定位系统，在GNSS/GPS/北斗等定位系统定位延时或丢失后，MCU依然可以从IMU模块获得车辆的航向角、仰俯角等车辆的姿态参数，计算车辆的运行轨迹，获得车辆的定位信息，为车辆提供准确的导航信息。
为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来实现：
一种基于IMU辅助定位的方法，包括以下步骤：
获取目标车辆历史时刻GNSS信息、IMU信息和车速信息；
根据IMU信息和车速信息计算当前位移信息，具体计算过程如下：
v＝(vl+vr)/2
ω＝(vl-vr)/d
Δt＝t2-t1
x1＝x0+v·cos(θ)·Δt
y1＝y0+v·sin(θ)·Δt
其中，vl为车辆左轮速度，vr为右轮速度，ω为角速度，同时也是车辆航向角变化的速度；为俯仰角，θ为车辆航向角；d为车身宽度；(x0，y0)为车辆位移变化前t1时刻在坐标系的位置，(x1，y1)为车辆位移变化后运动后t2时刻在坐标系的位置，即当前位移信息；
根据历史时刻GNSS信息和当前位移信息计算当前位置信息；
获取目标时刻GNSS信息后，上报当前定位信息；具体地，判断获取目标时刻GNSS信息是否成功，若成功获取，则上报目标时刻GNSS信息为当前定位信息；若获取失败，则上报当前位置信息为当前定位信息；
通过KL15下电信号，则保存当前位置信息和当前IMU信息。
作为本发明的一种优选方案，所述历史时刻GNSS信息为车辆上次下电前的位置信息，所述IMU信息为下电时的IMU信息。
作为本发明的一种优选方案，所述IMU信息包括车辆的角速度ω和仰俯角
作为本发明的一种优选方案，所述车速信息通过现有车辆CAN，总线直接获取或由编码器计算获取。
作为本发明的一种优选方案，所述根据历史时刻GNSS信息和当前位移信息计算当前位置信息，具体为：当前位置信息＝历史时刻GNSS信息+当前位移信息。
作为本发明的一种优选方案，IMU信息和车速信息每10ms获取一次，GNSS信息每1000ms获取一次。
一种基于IMU辅助定位的系统，所述系统包括：
IMU模块，包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计，用于存储IMU信息；
车速模块，用于存储车速信息；
位置获取模块，用于获取车辆的位置信息，所述位置信息包括GNSS、GPS或北斗；
处理模块，用于计算当前位移信息和当前位置信息；
位置传输模块，用于通过4G/5G无线方式上报当前定位信息。
作为本发明的一种优选方案，所述车速模块包括车辆CAN总线或轮速计/电机霍尔效应传感器/编码器，车辆CAN总线直接获取车速或由编码器计算获取。
本发明的有益效果是：本发明在GNSS/GPS/北斗等定位系统定位延时或丢失后，不再单一的依靠定位系统，MCU依然可以从IMU模块获得车辆的航向角、仰俯角等车辆的姿态参数，根据IMU信息和车速信息计算车辆的位移，获得车辆的运行轨迹，根据位移信息计算当前位置信息，获得车辆的定位信息，为车辆提供准确的导航信息。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例1中基于IMU辅助定位的方法流程框图；
图2为本发明实施例1中计算当前位移信息的示意图；
图3为本发明实施例2中基于IMU辅助定位的系统的模块示意图；
图4为本发明实施例2中基于IMU辅助定位的系统的应用场景图。
图中：01、IMU模块；02、车速模块；03、位置获取模块；04、处理模块；05、位置传输模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，为本发明的一个实施例，该实施例提供了一种基于IMU辅助定位的方法，包括以下步骤：
获取目标车辆历史时刻GNSS信息、IMU信息和车速信息；
历史时刻GNSS信息为车辆上次下电前的位置信息；IMU信息为下电时的IMU信息，具体包括车辆的角速度ω和仰俯角车速信息通过现有车辆CAN总线直接获取或由编码器计算获取，IMU信息和车速信息每10ms获取一次。
10ms定时时间到达后，根据IMU信息和车速信息计算当前位移信息；
如图2所示，具体计算过程如下：
v＝(vl+vr)/2
ω＝(vl-vr)/d
Δt＝t2-t1
x1＝x0+v·cos(θ)·Δt
y1＝y0+v·sin(θ)·Δt
其中，vl为车辆左轮速度，vr为右轮速度，ω为角速度，同时也是车辆航向角变化的速度；为俯仰角，θ为车辆航向角；d为车身宽度；(x0，y0)为车辆位移变化前t1时刻在坐标系的位置，(x1，y1)为车辆位移变化后运动后t2时刻在坐标系的位置，即当前位移信息。
根据历史时刻GNSS信息和当前位移信息计算当前位置信息；当前位置信息＝历史时刻GNSS信息+当前位移信息。
GNSS信息每1000ms获取一次，此时再次获取目标时刻GNSS信息。
获取目标时刻GNSS信息后，上报当前定位信息；具体地，判断获取目标时刻GNSS信息是否成功，若成功获取，则上报目标时刻GNSS信息为当前定位信息；若获取失败，则上报当前位置信息为当前定位信息。
通过KL15下电信号，则保存当前位置信息和当前IMU信息。
如图3所示，为本发明的另一实施例，该实施例提供了一种基于IMU辅助定位的系统，包括：
IMU模块01，包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计，用于存储IMU信息；
车速模块02，用于存储车速信息；
位置获取模块03，用于获取车辆的位置信息，所述位置信息包括GNSS、GPS或北斗；
处理模块04，用于计算当前位移信息和当前位置信息；
位置传输模块05，用于通过4G/5G无线方式上报当前定位信息。
车速模块02包括车辆CAN总线或轮速计/电机霍尔效应传感器/编码器，车辆CAN总线直接获取车速或由编码器计算获取。
如图4所示，为本发明的一个实施例，位置获取模块03获取的位置信息包括GNSS、GPS或北斗，本实施例优选GNSS。
位置获取模块03获取历史时刻GNSS信息，即车辆上次下电前的位置信息；从IMU模块01获取IMU信息，具体包括车辆的角速度ω和仰俯角从车速模块02直接获取CAN总线上的车速信息，IMU信息和车速信息每10ms获取一次。10ms定时时间到达后，处理模块04根据IMU信息和车速信息计算当前位移信息，根据历史时刻GNSS信息和当前位移信息计算当前位置信息。GNSS信息每1000ms获取一次。此时再次获取目标时刻GNSS信息，若成功获取，则位置传输模块05通过4G/5G无线方式上报目标时刻GNSS信息为当前定位信息；若获取失败，则上报当前位置信息为当前定位信息。通过KL15下电信号，则保存当前位置信息和当前IMU信息。
综上所述，本发明在GNSS/GPS/北斗等定位系统定位延时或丢失后，不再单一的依靠定位系统，MCU依然可以从IMU模块获得车辆的航向角、仰俯角等车辆的姿态参数，根据IMU信息和车速信息计算车辆的位移，获得车辆的运行轨迹，根据位移信息计算当前位置信息，获得车辆的定位信息，为车辆提供准确的导航信息。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：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；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (5)
1.一种基于IMU辅助定位的方法，其特征在于，包括以下步骤：
车辆上电后，获取车辆历史时刻GNSS信息、IMU信息和车速信息，所述历史时刻GNSS信息为车辆上次下电前的位置信息，所述IMU信息为下电时的IMU信息；IMU信息和车速信息每10ms获取一次；
10ms定时时间到达后，根据IMU信息和车速信息计算当前位移信息，具体计算过程如下：
；
其中，为车辆左轮速度，/>为右轮速度，/>为角速度，同时也是车辆航向角变化的速度；/>为俯仰角，/>为车辆航向角；/>为车身宽度；/>为车辆位移变化前时刻在坐标系的位置，/>为车辆位移变化后运动后/>时刻在坐标系的位置，即当前位移信息；
根据历史时刻GNSS信息和当前位移信息计算当前位置信息；当前位置信息=历史时刻GNSS信息+当前位移信息；
判断1s定时时间是否到达，若否，则直接上报当前位置信息为当前定位信息；若是，则获取目标时刻GNSS信息，获取目标时刻GNSS信息后，上报当前定位信息；
具体地，每1000ms获取一次所述目标时刻GNSS信息，判断获取目标时刻GNSS信息是否成功，若成功获取，则上报目标时刻GNSS信息为当前定位信息；若获取失败，则上报当前位置信息为当前定位信息；
通过KL15下电信号，则保存当前位置信息和当前IMU信息。
2.如权利要求1所述的一种基于IMU辅助定位的方法，其特征在于，所述IMU信息包括俯仰角。
3.如权利要求1所述的一种基于IMU辅助定位的方法，其特征在于，所述车速信息通过现有车辆CAN总线直接获取或由编码器计算获取。
4.基于权利要求1-3任意一项所述的一种基于IMU辅助定位的方法的系统，其特征在于，所述系统包括：
IMU模块（01），包括三轴加速度计、三轴陀螺仪、三轴磁力计，用于存储IMU信息；
车速模块（02），用于存储车速信息；
位置获取模块（03），包括GNSS、GPS或北斗中的一种，用于获取车辆的位置信息；
处理模块（04），用于计算当前位移信息和当前位置信息；
位置传输模块（05），用于通过4G或5G无线方式上报当前定位信息。
5.如权利要求4所述的一种基于IMU辅助定位的方法的系统，其特征在于，所述车速模块（02）包括车辆CAN总线、轮速计、电机霍尔效应传感器或编码器，车辆CAN总线直接获取车速或由编码器计算获取。
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