CN116931038A - 车辆的绝对定位方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种车辆的绝对定位方法，所述方法包括：接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据；接收轮速信息以及方向盘转角信息；以及基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息，确定所述车辆的绝对位姿。本发明还涉及一种绝对定位设备、计算机存储介质、计算机程序产品以及车辆。

Description

车辆的绝对定位方法及设备
技术领域
本发明涉及车辆定位领域，更具体地，涉及一种车辆的绝对定位方法及设备、计算机存储介质、计算机程序产品以及车辆。
背景技术
自动驾驶主要包含环境感知、定位导航、决策规划和控制执行四大部分。定位问题是自动驾驶中必不可少的一环，从广义上讲，旨在解决“我在哪儿”的问题；从狭义上讲，它的目标是确定当前车辆在全球中，或在数字地图中的绝对位置，或者是当前车辆对于周边环境(如道路、其他车辆、行人)的相对位置。它为自动驾驶提供基本的位置信息，其精度直接决定自动驾驶的安全性和准确性。
GNSS定位技术目前发展较为成熟，定位精度一般在米级（10米左右）。其中高精度的定位方案：实时动态相位差分技术（Real Time Kinematic，RTK）定位精度可以达到1cm~2cm，但RTK技术依靠于参考基站的观测数据，其准确度会因与参考基站的距离的增加而逐渐降低，且存在基站切换延时。即，RTK技术虽然可以达到很高的精度，但通常要受到测站间距离的限制。
精密单点定位PPP应运而生，其利用单台双频地球导航卫星系统GNSS接收机，基于载波相位观测值和国际GNSS服务组织IGS提供的卫星轨道和钟差产品进行单点定位。但是在特定工况下，特别是车辆走走停停并同时做变道的工况时，利用PPP进行绝对定位的精度较低，不满足实际需要。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种车辆的绝对定位方法，所述方法包括：接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据；接收轮速信息以及方向盘转角信息；以及基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息，确定所述车辆的绝对位姿。
作为上述方案的补充或替换，在上述方法中，基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息，确定所述车辆的绝对位姿包括：通过对所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息利用卡尔曼滤波算法进行融合，计算所述绝对位姿。
作为上述方案的补充或替换，在上述方法中，通过对所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息进行卡尔曼滤波，计算所述绝对位姿包括：判断所述轮速信息是否低于第一阈值；基于所述判断，调整所述方向盘转角信息在所述卡尔曼滤波算法中的权重；以及基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号以及已调整的方向盘转角信息，运用卡尔曼滤波算法来计算所述绝对位姿。
作为上述方案的补充或替换，在上述方法中，基于所述判断，调整所述方向盘转角信息在所述卡尔曼滤波算法中的权重包括：在所述轮速信息低于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第一权重系数；以及在所述轮速信息大于或等于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第二权重系数，其中，所述第一权重系数大于所述第二权重系数。
根据本发明的另一方面，提供了一种车辆的绝对定位设备，所述设备包括：第一接收装置，用于接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据；第二接收装置，用于接收轮速信息以及方向盘转角信息；以及确定装置，用于基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息，确定所述车辆的绝对位姿。
作为上述方案的补充或替换，在上述设备中，所述确定装置包括：计算单元，用于通过对所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息利用卡尔曼滤波算法进行融合，计算所述绝对位姿。
作为上述方案的补充或替换，在上述设备中，所述计算单元配置成：判断所述轮速信息是否低于第一阈值；基于所述判断，调整所述方向盘转角信息在所述卡尔曼滤波算法中的权重；以及基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号以及已调整的方向盘转角信息，运用卡尔曼滤波算法来计算所述绝对位姿。
作为上述方案的补充或替换，在上述设备中，所述计算单元配置成：在所述轮速信息低于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第一权重系数；以及在所述轮速信息大于或等于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第二权重系数，其中，所述第一权重系数大于所述第二权重系数。
根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机存储介质，所述介质包括指令，所述指令在运行时执行如前所述的方法。
根据本发明的又一个方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如前所述的方法。
根据本发明的又一个方面，提供了一种车辆，所述车辆包括：轮速传感器；方向盘转角传感器；天线；以及如前所述的绝对定位设备，其中所述绝对定位设备配置成从所述轮速传感器接收轮速信息，从所述方向盘转角传感器接收方向盘转角信息，以及经由所述天线接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据。
本发明的实施例的车辆的绝对定位方案不仅接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据，而且接收轮速信息以及方向盘转角信息，并基于所接收的这些信息（其中包括轮速信息以及方向盘转角信息）确定车辆的绝对位姿。该绝对定位方案通过引入方向盘转角信息以及轮速信息，优化了绝对定位在低速工况下精度差、定位不可靠的问题，提高了绝对定位产品的鲁棒性，同时工程实现性高。
附图说明
从结合附图的以下详细说明中，将会使本发明的上述和其他目的及优点更加完整清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。
图1示出了根据本发明的一个实施例的车辆的绝对定位方法的流程示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的绝对定位设备的结构示意图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的位于车辆内部绝对定位产品的输入输出框图；以及
图4示出了根据本发明的一个实施例的绝对定位方法的算法示意图。
具体实施方式
在下文中，将参考附图详细地描述根据本发明的各示例性实施例的车辆的绝对定位方案。
图1示出了根据本发明的一个实施例的车辆的绝对定位方法1000的流程示意图。如图1所示，车辆的绝对定位方法1000包括如下步骤：
在步骤S110中，接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据；
在步骤S120中，接收轮速信息以及方向盘转角信息；以及
在步骤S130中，基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息，确定所述车辆的绝对位姿。
全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)包含美国的全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、中国的北斗卫星导航系统、欧洲的伽利略（Galileo）等，是目前自动驾驶中常用的定位方式。GNSS主要有空间卫星群、地面控制站和用户端三部分组成。它利用飞行时间原理（Time of Flight，TOF）进行定位。当使用一个卫星时，可以在一个球面上定位物体的位置；当使用两个卫星时，可以在两个球面的交集——圆上进行定位；当使用三个卫星时，可以将物体定位到上述圆与球面的两个交点上。在实践中，可以很容易判断其中一个交点在太空中，所以理论上讲，可以利用至少三颗卫星定位物体的位置。
在本发明的上下文中，全球导航卫星系统GNSS数据能够帮助车辆确定自己的绝对位置。尽管这种数据对于目前的导航系统而言已经足够准确，但其精确度还无法满足自动驾驶的要求。因此，为了进一步提升精确度，可在GNSS的基础上进一步接收纠偏数据，该纠偏数据能够纠偏误差的GNSS定位信号。
在一个或多个实施例中，步骤S110中的“全球导航卫星系统GNSS数据”以及“纠偏数据”可经由天线（从全球导航卫星系统或云端）来进行接收。
在一个或多个实施例中，步骤S120中的“轮速信息”以及“方向盘转角信息”可分别从轮速传感器以及方向盘转角传感器接收。
在本发明的上下文中，车辆的“绝对位姿”包括车辆的绝对位置和姿态（例如包括航向角）。在一个实施例中，步骤S130包括：通过对所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号（例如加速度信号、角速度信号等）、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息利用卡尔曼滤波算法进行融合，计算所述绝对位姿。
在一个实施例中，在融合的过程中，首先判断所述轮速信息是否低于第一阈值；其次，基于所述判断，调整所述方向盘转角信息在所述卡尔曼滤波算法中的权重；最后，基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号以及已调整的方向盘转角信息，运用卡尔曼滤波算法来计算所述绝对位姿。
具体来说，基于所述判断，调整所述方向盘转角信息在所述卡尔曼滤波算法中的权重包括：在所述轮速信息低于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第一权重系数；以及在所述轮速信息大于或等于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第二权重系数，其中，所述第一权重系数大于所述第二权重系数。这样，将方向盘转角信息引入了卡尔曼滤波算法中，根据轮速信息判断是否低于第一阈值，并在低于第一阈值的工况下调大方向盘转角在GNSS、IMU、轮速、方向盘转角融合算法控制策略中的比重，从而得到更精准的定位输出（例如提高航向角的输出精度）。
参考图4，它示出了根据本发明的一个实施例的绝对定位算法的示意图。如图4所示，首先，在步骤S410中，获取轮速信息；接着，在步骤S420中，判断该轮速是否低于一预设的车速阈值；若是，则在步骤S430中，将所获取的方向盘转角乘以k再乘以b，其中，k>0，b>1；若否，则在步骤S440中，将所获取的方向盘转角乘以k，其中，k>0。在这里，k和b均为参数，表征不同车速工况下卡尔曼滤波中方向盘转角的权重系数，这两个参数的值可根据实际情况而发生变化。最后，在步骤S450中，对全球导航卫星系统GNSS数据、纠偏数据、来自惯性传感器IMU的惯导信号（例如加速度信号、角速度信号等）以及经调整的方向盘转角利用卡尔曼滤波算法进行融合，以便输出绝对定位。
在一个实施例中，绝对定位方法1000通过在PPP绝对定位基础上融合方向盘转角及轮速，从而优化低速工况下的性能。所谓PPP绝对定位，即精密单点定位，是指利用IGS发布的卫星轨道和钟差产品或用IGS跟踪站数据解算得到卫星轨道和钟差参数，采用无电离层伪距和相位观测值消去相关性误差的影响；而地球自转、卫星和接收机相位中心偏差、海洋负荷等采用精确的模型改正，对天顶流层延迟误差、多路径效应等未模型化的误差作为未知参数与测站坐标参数一同解算，从而获得ITRF框架（国际地球参考框架）下点位的高精度的三维坐标。
另外，本领域技术人员容易理解，本发明的上述一个或多个实施例提供的车辆的绝对定位方法可通过计算机程序来实现。例如，该计算机程序包含在一种计算机程序产品中，该计算机程序被处理器执行时实现本发明的一个或多个实施例的车辆的绝对定位方法1000。又例如，当存有该计算机程序的计算机存储介质（例如U盘）与计算机相连时，运行该计算机程序即可执行本发明的一个或多个实施例的车辆的绝对定位方法1000。
参考图2，图2示出了根据本发明的一个实施例的绝对定位设备2000的结构示意图。如图2所示，该绝对定位设备2000包括：第一接收装置210、第二接收装置220以及确定装置230。其中，第一接收装置210用于接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据；第二接收装置220用于接收轮速信息以及方向盘转角信息；以及确定装置230用于基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息，确定所述车辆的绝对位姿。
全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)包含美国的全球定位系统（Global Positioning System，GPS）、中国的北斗卫星导航系统、欧洲的伽利略（Galileo）等，是目前自动驾驶中常用的定位方式。GNSS主要有空间卫星群、地面控制站和用户端三部分组成。它利用飞行时间原理（Time of Flight，TOF）进行定位。当使用一个卫星时，可以在一个球面上定位物体的位置；当使用两个卫星时，可以在两个球面的交集——圆上进行定位；当使用三个卫星时，可以将物体定位到上述圆与球面的两个交点上。在实践中，可以很容易判断其中一个交点在太空中，所以理论上讲，可以利用至少三颗卫星定位物体的位置。
在本发明的上下文中，全球导航卫星系统GNSS数据能够帮助车辆确定自己的绝对位置。尽管这种数据对于目前的导航系统而言已经足够准确，但其精确度还无法满足自动驾驶的要求。因此，为了进一步提升精确度，可在GNSS的基础上进一步接收纠偏数据，该纠偏数据能够纠偏误差的GNSS定位信号。
在一个或多个实施例中，第一接收装置210可配置成经由天线（从全球导航卫星系统或云端）来进行接收“全球导航卫星系统GNSS数据”以及“纠偏数据”。
在一个或多个实施例中，第二接收装置220可配置成分别从轮速传感器以及方向盘转角传感器接收“轮速信息”以及“方向盘转角信息”。
在本发明的上下文中，车辆的“绝对位姿”包括车辆的绝对位置和姿态（例如包括航向角）。在一个实施例中，确定装置230包括：计算单元，其中该计算单元配置成通过对所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号（例如加速度信号、角速度信号等）、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息利用卡尔曼滤波算法进行融合，计算所述绝对位姿。
在一个实施例中，在融合的过程中，计算单元配置成：首先判断所述轮速信息是否低于第一阈值；其次，基于所述判断，调整所述方向盘转角信息在所述卡尔曼滤波算法中的权重；最后，基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号以及已调整的方向盘转角信息，运用卡尔曼滤波算法来计算所述绝对位姿。
在一个实施例中，计算单元配置成：在所述轮速信息低于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第一权重系数；以及在所述轮速信息大于或等于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第二权重系数，其中，所述第一权重系数大于所述第二权重系数。这样，将方向盘转角信息引入了卡尔曼滤波算法中，根据轮速信息判断是否低于第一阈值，并在低于第一阈值的工况下调大方向盘转角在GNSS、IMU、轮速、方向盘转角融合算法控制策略中的比重，从而得到更精准的定位输出（例如提高航向角的输出精度）。
图2所示的绝对定位设备可结合在各种绝对定位产品中，包括但不限于，卫星定位智能传感器VMPS中。参考图3，它示出了根据本发明的一个实施例的位于车辆内部绝对定位产品的输入输出框图。在图3中，绝对定位产品300从轮速传感器310接收轮速信息，从方向盘转角传感器320接收方向盘转角角度，还经由天线330接收GNSS数据以及纠偏数据。该绝对定位产品300内部还可包含惯性传感器。基于各种绝对定位算法（例如PPP算法），该绝对定位产品300进一步引入了方向盘转角以及轮速信息，从而提高了低速下特别是走走停停并变道工况下的定位精度和鲁棒性。
在一个实施例中，车辆可包括：轮速传感器；方向盘转角传感器；天线；以及绝对定位设备（例如，图2中的绝对定位设备2000），其中所述绝对定位设备2000配置成从所述轮速传感器接收轮速信息，从所述方向盘转角传感器接收方向盘转角信息，以及经由所述天线接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据，并基于所接收的信息来对车辆进行绝对定位。
综上，本发明的实施例的车辆的绝对定位方案不仅接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据，而且接收轮速信息以及方向盘转角信息，并基于所接收的这些信息（其中包括轮速信息以及方向盘转角信息）确定车辆的绝对位姿。该绝对定位方案通过引入方向盘转角信息以及轮速信息，优化了绝对定位在低速工况下精度差、定位不可靠的问题，提高了绝对定位产品的鲁棒性，同时工程实现性高。
另外，在本发明的一个实施例中，将方向盘转角传感器输出的方向盘转角信息引入当前VMPS卡尔曼滤波算法中，根据车辆轮速传感器输出的轮速信息判断速度是否低于阈值，并在低于阈值工况下调大方向盘转角在GNSS、IMU、轮速、方向盘转角融合算法控制策略中的比重，从而得到更精准的定位输出。
尽管以上说明书只对其中一些本发明的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本发明可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，本发明可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (11)

1.一种车辆的绝对定位方法，其特征在于，所述方法包括：
接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据；
接收轮速信息以及方向盘转角信息；以及
基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息，确定所述车辆的绝对位姿。
2.如权利要求1所述的方法，其中，基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息，确定所述车辆的绝对位姿包括：
通过对所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息利用卡尔曼滤波算法进行融合，计算所述绝对位姿。
3.如权利要求2所述的方法，其中，通过对所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息进行卡尔曼滤波，计算所述绝对位姿包括：
判断所述轮速信息是否低于第一阈值；
基于所述判断，调整所述方向盘转角信息在所述卡尔曼滤波算法中的权重；以及
基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号以及已调整的方向盘转角信息，运用卡尔曼滤波算法来计算所述绝对位姿。
4. 如权利要求3所述的方法，其中，基于所述判断，调整所述方向盘转角信息在所述卡尔曼滤波算法中的权重包括：
在所述轮速信息低于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第一权重系数；以及
在所述轮速信息大于或等于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第二权重系数，其中，所述第一权重系数大于所述第二权重系数。
5.一种车辆的绝对定位设备，其特征在于，所述设备包括：
第一接收装置，用于接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据；
第二接收装置，用于接收轮速信息以及方向盘转角信息；以及
确定装置，用于基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息，确定所述车辆的绝对位姿。
6.如权利要求5所述的设备，其中，所述确定装置包括：
计算单元，用于通过对所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号、所述轮速信息以及所述方向盘转角信息利用卡尔曼滤波算法进行融合，计算所述绝对位姿。
7.如权利要求6所述的设备，其中，所述计算单元配置成：
判断所述轮速信息是否低于第一阈值；
基于所述判断，调整所述方向盘转角信息在所述卡尔曼滤波算法中的权重；以及
基于所述全球导航卫星系统GNSS数据、所述纠偏数据、来自惯性传感器的惯导信号以及已调整的方向盘转角信息，运用卡尔曼滤波算法来计算所述绝对位姿。
8. 如权利要求7所述的设备，其中，所述计算单元配置成：
在所述轮速信息低于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第一权重系数；以及
在所述轮速信息大于或等于所述第一阈值时，将所述方向盘转角信息乘以第二权重系数，其中，所述第一权重系数大于所述第二权重系数。
9.一种计算机存储介质，所述介质包括指令，其特征在于，所述指令在运行时执行如权利要求1至4中任一项所述的方法。
10.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4中任一项所述的方法。
11.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括：
轮速传感器；
方向盘转角传感器；
天线；以及
如权利要求5至8中任一项所述的绝对定位设备，其中所述绝对定位设备配置成从所述轮速传感器接收轮速信息，从所述方向盘转角传感器接收方向盘转角信息，以及经由所述天线接收全球导航卫星系统GNSS数据以及纠偏数据。
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