CN206479647U - 定位系统及汽车 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种定位系统及汽车，包括处理器；分别与该处理器连接的，用于获取GPS信号的GPS定位装置，用于测量车辆的横摆角速度的惯性传感器，用于测量车辆的车轮轮速的轮速传感器，用于测量车辆的航向角的电子罗盘，用于识别车辆实时位置周围的参照物，并识别物体之间距离的视觉感知系统，用于获取上述参照物的坐标的高精度地图设备；基于该定位系统，处理器可以通过现有的车载GPS、惯性传感器、电子罗盘、轮速传感器、以及用于道路识别的视觉感知系统和高精度地图提供的数据实现车辆的高精度定位，降低了定位系统的成本。

Description

定位系统及汽车

技术领域

本实用新型涉及定位技术领域，更具体地说，涉及一种定位系统及汽车。

背景技术

目前，为了实现自动驾驶汽车的定位精度，一般采用的方法是在汽车上装备高精度的差分GPS仪器，同时在地面部署若干已知精确三维坐标的差分GPS基站台，差分GPS仪器根据GPS基站台发送的位置修正信息来提高差分GPS仪器的定位高度。

由于需要在地面部署GPS基站台，目前的定位系统的实现成本较高。因此，如何以较低的成本实现汽车的高精度定位成为亟待解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型提供一种定位系统及汽车，以达到低成本实现汽车的高精度定位的目的。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：

一种定位系统，包括：处理器；分别与所述处理器连接的，用于获取GPS信号的GPS定位装置，用于测量车辆的横摆角速度的惯性传感器，用于测量车辆的车轮轮速的轮速传感器，用于测量车辆的航向角的电子罗盘，用于识别车辆实时位置周围的参照物，并识别物体之间的距离的视觉感知系统，用于获取高精度坐标的高精度地图设备。

上述定位系统，优选的，所述视觉感知系统至少包括：图像采集设备。

上述定位系统，优选的，所述视觉感知系统至少包括：激光雷达。

上述定位系统，优选的，所述轮速传感器包括：磁电式轮速传感器。

上述定位系统，优选的，所述电子罗盘包括：三轴捷联磁阻式数字磁罗盘。

一种汽车，包括如上任意一项所述的定位系统。

通过以上方案可知，本实用新型提供的一种定位系统及汽车，包括处理器；分别与该处理器连接的，用于获取GPS信号的GPS定位装置，用于测量车辆的横摆角速度的惯性传感器，用于测量车辆的车轮轮速的轮速传感器，用于测量车辆的航向角的电子罗盘，用于识别车辆实时位置周围的参照物，并识别车辆实时位置处车辆与参照物间在预置方向上的第一距离的视觉感知系统，用于获取上述参照物的坐标的高精度地图设备；基于该定位系统，处理器可以通过现有的车载GPS、惯性传感器、电子罗盘、轮速传感器、以及用于道路识别的视觉感知系统和高精度地图提供的数据实现车辆的高精度定位，降低了定位系统的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的定位系统的一种结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的基于图1所示定位系统的定位方法的一种实现流程图；

图3为本实用新型实施例提供的基于车辆在上述预置方向上的修正量对车辆的实施位置在上述预置方向上进行修正的一种实现流程图；

图4为本实用新型实施例提供的通过视觉感知系统识别车辆实时位置周围的预置的与车辆的行驶方向垂直的虚拟线的一种实现流程图。

说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”“第四”等(如果存在)是用于区别类似的部分，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本实用新型的实施例能够以除了在这里图示的以外的顺序实施。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，图1为本实用新型实施例提供的定位系统的一种结构示意图，可以包括：

处理器11，分别与处理器11连接的GPS定位装置12，惯性传感器13，轮速传感器14，电子罗盘15，视觉感知系统16和高精度地图设备17；其中，

GPS定位装置12为现在汽车上可以装载的GPS定位装置，用于获取GPS信号；GPS定位装置12可以接收卫星信号，将电磁波转化为相同变化归类的电流，实时处理并存储相关信息，例如经度、纬度、高程、速度、航向以及时间等。基于这些信息可以获得车辆的位置信息、速度信息以及航向信息等。GPS定位装置12可以为普通的车载GPS定位装置，普通的车载GPS定位装置是指现有量产车型上已经批量安装的GPS定位装置，其定位精度通常在10米量级。

惯性传感器13用于测量车辆的横摆角速度；惯性传感器13也称为惯性测量单元，包含三个单轴的加速度计和三个单轴的陀螺。加速度计检测车辆在载体坐标系(即以车辆质心为原点的坐标系)中独立三轴的加速度信号，而陀螺检测载体(即车辆)相对于导航坐标系的角速度信号。也就是说，惯性传感器13测量车辆在三维空间中的角速度和加速度信号，以此推算出车辆的姿态，即横摆角速度。

轮速传感器14用于测量车辆的车轮轮速；

电子罗盘15用于测量车辆的航向角；

视觉感知系统16至少可以用于识别车辆实时位置周围的参照物，并识别物体之间的距离；该物体之间的距离可以包括车辆与参照物之间的距离，也可以包括参照物与参照物之间的距离。

高精度地图设备17用于获取高精度坐标；高精度地图设备17的绝对精度一般在亚米级。相对于普通导航电子地图，不仅有高精度的坐标，同时还有准确的道路形状，每个车道的坡度、曲率、航向以及高程数据，另外也含有交通标志、车道线及车道线的线型等信息。

处理器11可以基于现有的车载GPS，惯性传感器，电子罗盘，轮速传感器，以及用于道路识别的视觉感知系统和高精度地图提供的数据实现车辆的高精度定位，而不需要在地面部署其它设备，降低了定位系统的成本。

基于本实用新型实施例提供的定位系统，可以提供一种不依赖于地面部署设备的高精度定位方法，而且GPS定位装置12，惯性传感器13，轮速传感器14，电子罗盘15，视觉感知系统16和高精度地图设备17的成本都远低于GPS基站台的成本，从而可以实现以较低的成本对汽车的高精度定位。

在一可选的实施例中，视觉感知系统16可以由图像采集设备构成。图像采集设备可以通过光学镜头采集光学信号，并表达成以像素为单位的数字图像，然后通过图像处理从数字图像中提取特征识别出车道线、障碍物等。

在另一可选的实施例中，视觉感知系统16可以由激光雷达构成。

在又一可选的实施例中，视觉感知系统16可以由图像采集设备和激光雷达共同构成。

在又一可选的实施例中，视觉感知系统16除了包括图像采集设备，和/或，激光雷达外，还可以包括除图像采集设备和激光雷达外的其它具有可以识别障碍物特征、感知周边环境的功能的装置或设备。

在一可选的实施例中，轮速传感器14可以为磁电式轮速传感器。磁电式轮速传感器一般由磁感应传感头和齿圈组成。当车轮旋转时，齿圈上的齿和间隙依次经过轮速传感器的磁场，导致线圈中感应电势发生变化，产生一定特性的电势脉冲，从而可以获得车轮的转速。

在一可选的实施例中，电子罗盘15可以为三轴捷联磁阻式数字磁罗盘。三轴捷联磁阻式数字磁罗盘采用三个互相垂直的磁阻传感器，每个轴向上的传感器检测在该方向上的地磁场强度。利用地磁场在向前、向左和向下三个方向的分矢量值便可确定航向角。

本实用新型实施例还提供一种汽车，该汽车配置有如上任意一实施例公开的定位系统。

下面举例说明基于本实用新型实施例提供的定位系统实现车辆的高精度定位的一种可选的实现方式。

如图2所示，为本实用新型实施例提供的基于图1所示定位系统的定位方法的一种实现流程图，可以包括：

步骤S21：处理器11基于接收到的GPS信号，以及测量得到的车辆的横摆角速度、车轮轮速和航向角信息估计车辆的实时位置。

GPS信号通过前述车载GPS定位装置获取；横摆角速度通过车载惯性传感器测量得到；车轮轮速通过车载轮速传感器测量得到；航向角通过车载电子罗盘测量得到。

在一可选的实施例中，通过车载GPS装置测得车辆的经纬度后，将车辆的经纬度坐标转换为米制世界坐标系下的坐标以下实施例中均以东向为X轴正方向，以北向为Y轴正方向为例进行说明，结合车辆的横摆角速度、车轮轮速以及电子罗盘测取的航向角信息对采用贝叶斯滤波算法实现光滑处理。具体光滑处理过程如下：

根据公式(1)获取高精度的航向角信息：

其中，θ_veh,n为第n步计算的高精度的航向角信息；θ_veh,n-1为第n-1步计算的航向角信息；θ_cps,n为电子罗盘在第n步测取的航向角；为第n步惯性传感器测量得到的横摆角速度；Δt为相邻两步计算的时间间隔，该时间间隔为信号采集周期最短的传感器的信号采集周期；λ_angle为根据实际车辆标定的0到1之间的航向角比重系数，即λ_angle为根据实际实验得到的一个系数，其取值越小，表征在获取高精度的航向角信息的过程中，电子罗盘测取的航向角的重要性越低。

在获得高精度的航向角信息之后，根据公式(2)得到光滑处理后的车辆轨迹信息也就是车辆的实时位置。

其中，λ_pos是根据实际车辆标定以及在特殊工况下自动调整的位置比重系数，即λ_pos是根据实际实验得到的0到1之间的一个系数，其取值越小，表征在获取比较平滑的车辆第n步轨迹信息的过程中，根据GPS信号得到的第n步车辆坐标的重要性越低；是通过第n步车轮轮速v_n以及第n步高精度的航向角信息θ_veh,n计算的第n步车辆速度矢量；Δt为前述相邻两步计算的时间间隔。

具体的，若θ_veh以Y轴正向为零度角，则

若θ_veh以X轴正向为零度角，则

步骤S22：视觉感知系统16识别车辆实时位置周围的参照物。

视觉感知系统可以采集车辆实时位置周围环境信息的图像，通过图像处理识别车辆实时位置周围的参照物，并获得参照物相对车辆的位置与速度等信息。

本实用新型实施例中，参照物可以包括但不限于以下几种中的任意一种或多种：车道线、停车线、导向箭头、交通标志、预置的与车辆的行驶方向垂直的虚拟线。

步骤S23：视觉感知系统识别车辆实时位置处车辆与上述参照物间在预置方向上的第一距离；上述预置方向为与车辆的行驶方向垂直的方向，或者，与车辆的行驶方向平行的方向。

在一可选的实施例中，参照物不同，预置方向可能也不同。也就说，预置方向是与参照物相关联的。

本实用新型实施例中，将视觉感知系统识别到的车辆实时位置处车辆与上述参照物间在预置方向上的距离作为修正基准在上述预置方向对车辆的位置进行修正。

步骤S24：处理器11根据步骤S21的估计结果计算车辆实时位置处车辆与上述参照物间在上述预置方向上的第二距离，上述参照物的坐标通过高精度地图获取。

在识别出参照物后，可以根据车辆实时位置，以及视觉感知系统识别出的参照物的特征信息在高精度地图中读取参照物的坐标或坐标序列。视觉感知系统16识别出的参照物的特征信息可以包括但不限于如下列举的特征中的至少一种：车辆与两侧车道线(包括：左侧第一条车道线、右侧第一条车道线，若道路上有多个车道，还可以包括左侧第二条车道线以及右侧第二条车道线)之间的距离，车辆行驶方向与车道线的夹角，车道线的曲率，车道线的类型(虚线、实线)，以及车道线的颜色等。

车道线可以由分段的直线Ax+By+C＝0表示，其中参数A,B,C是直线方程的待定参数，视具体车道线求取，所以，车辆到车道线的距离转化为点到直线的问题。点到直线的距离可以由公式来求取，其中，(x₀,y₀)为车辆在世界坐标系中的实时位置。

步骤S25：处理器11基于上述第一距离和上述第二距离计算车辆在上述预置方向上的修正量。

该修正量为：将计算得到的第二距离修正为车辆实时位置处车辆与参照物间在预置方向上的第一距离所需的修正量。

步骤S26：处理器11基于上述修正量对车辆的实时位置在上述预置方向上进行后续的修正，得到高精度的车辆的定位坐标。

基于上述修正量对车辆的估计位置进行修正，使得修正后的车辆的位置与参照物间在上述预置方向的距离的计算值，与视觉感知系统识别到的车辆实时位置处车辆与上述参照物间在预置方向上的距离(即第一距离)保持一致。

在一可选的实施例中，若车辆行驶过程中没有检测到可用于位置修正的参照物，则在预置方向上的修正量保持上一次位置修正所使用的修正量。

在一可选的实施例中，车辆在上述预置方向上的修正量为第二距离与第一距离的差值；

相应的，本实用新型实施例提供的基于车辆在上述预置方向上的修正量对车辆的实时位置在上述预置方向上进行修正的一种实现流程图如图3所示，可以包括：

步骤S31：将车辆在上述预置方向上的修正量转换为世界坐标系下的坐标值；

由于上述修正量是与车辆的实时位置相关联的修正量，因此，上述修正量为车辆坐标系下的修正量。而车辆的实时位置是世界坐标系下的坐标，因此，将车辆在上述预置方向上的修正量转换为世界坐标系下的坐标值。具体可以根据车辆在世界坐标系中的航向角将车辆在上述预置方向上的修正量投影到世界坐标系的各坐标轴。

步骤S32：将车辆在上述预置方向上的实时位置与上述世界坐标系下修正量的坐标值的差值确定为车辆在上述预置方向上的修正后的位置。

在一可选的实施例中，当参照物为车道线时，上述预置方向为与车辆的行驶方向垂直的方向；

当车辆在道路上行驶时，车道线位于车辆的两侧，基于此，本实用新型实施例中，当参照物为车道线时，将与车辆的行驶方向垂直的方向确定为预置方向，即将车辆的实时位置在与车辆的行驶方向垂直的方向上进行修正。

当参照物为停车线，导向箭头，交通标志，或者，预置的与车辆的行驶方向垂直的虚拟线时，上述预置方向为与车辆的行驶方向平行的方向。

当车辆在道路上行驶时，停车线，导向箭头或交通标志位于车辆的前方，基于此，本实用新型实施例中，当参照物为停车线，导向箭头或交通标志时，将与车辆的行驶方向平行的方向确定为预置方向，即将车辆的实时位置在与车辆的行驶方向平行的方向上进行修正。当车辆周围有停车线、导向箭头、交通标志中的至少两种时，可以将检测误差最小的参照物作为基准将车辆的实时位置在与车辆的行驶方向平行的方向上进行修正。其中，参照物的检测误差可以根据视觉感知系统采集的数据中的噪声特性进行判断，所采集的数据中的噪声越大，检测误差越大，所采集数据中的噪声越小，检测误差越小。

预置的与车辆的行驶方向垂直的虚拟线通常设置在弯道结束的位置，该虚拟线是与车辆的行驶方向垂直的直线。

在车辆的行驶过程中，当车辆的实时位置周围的参照物只有车道线时，只将车辆的实时位置在与车辆的行驶方向垂直的方向上进行修正。而当车辆的实时位置周围的参照物既有车道线，又有停车线、导向箭头、交通标志或者预置的与车辆的行驶方向垂直的虚拟线时，则既将车辆的实时位置在与车辆的行驶方向垂直的方向上进行修正，又将车辆的实时位置在与车辆的行驶方向平行的方向上进行修正。

在一可选的实施例中，若参照物为预置的与车辆的行驶方向垂直的虚拟线，本实用新型实施例提供的通过视觉感知系统识别车辆实时位置周围的预置的与车辆的行驶方向垂直的虚拟线的一种实现流程图如图4所示，可以包括：

步骤S41：视觉感知系统16识别车辆实时位置处的车道线的曲率；

在一可选的实施例中，视觉感知系统可以通过对道路图像中的车道线进行识别，并对识别得到的车道线进行曲线拟合，计算得到车道线的曲率。

步骤S42：处理器11判断车道线的曲率变化是否满足预置条件；

本实用新型实施例中，判断车道线的曲率变化是否满足预置条件用来判断车辆是否驶出弯道。若车道线的曲率变化满足预置条件，说明车辆驶出弯道，若车辆的曲率变化率未满足预置条件，说明车辆还在弯道上行驶，还未驶出弯道。

当车辆行驶在弯道上时，不同的位置处，车道线的弯曲程度和弯曲方向是不同的，其中，车道线的弯曲程度通过曲率的绝对值大小来衡量，曲率的绝对值越大，表明曲率越大，曲率的绝对值越小，表明曲率越小；而车道线的弯曲方向通过曲率的正、负号来表征，具体向哪个方向弯曲时曲率为正可以人为规定。不同形状的弯道，曲率的变化情况是不同的，因此，根据弯道的形状，以及曲率的变化情况可以判断出车辆是否驶出弯道。

步骤S43：当车道线的曲率变化满足预置条件时，处理器11确定车辆到达上述预置的与车辆的行驶方向垂直的虚拟线。

当车辆到达上述预置的与车辆的行驶方向垂直的虚拟线时，说明视觉感知系统识别到的车辆与参照物间在车辆的行驶方向上的距离为零。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，可以通过其它的方式实现。实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种定位系统，其特征在于，包括：处理器；分别与所述处理器连接的，用于获取GPS信号的GPS定位装置，用于测量车辆的横摆角速度的惯性传感器，用于测量车辆的车轮轮速的轮速传感器，用于测量车辆的航向角的电子罗盘，用于识别车辆实时位置周围的参照物，并识别物体之间的距离的视觉感知系统，用于获取高精度坐标的高精度地图设备。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视觉感知系统至少包括：图像采集设备。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视觉感知系统至少包括：激光雷达。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述轮速传感器包括：磁电式轮速传感器。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述电子罗盘包括：三轴捷联磁阻式数字磁罗盘。

6.一种汽车，其特征在于，包括如权利要求1-5任意一项所述的定位系统。