WO2022245246A1 - Способ комплексирования навигационных данных для позиционирования транспортного средства - Google Patents

Способ комплексирования навигационных данных для позиционирования транспортного средства Download PDF

Info

Publication number
WO2022245246A1
WO2022245246A1 PCT/RU2021/000489 RU2021000489W WO2022245246A1 WO 2022245246 A1 WO2022245246 A1 WO 2022245246A1 RU 2021000489 W RU2021000489 W RU 2021000489W WO 2022245246 A1 WO2022245246 A1 WO 2022245246A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
vehicle
speed
angle
rotation
data
Prior art date
Application number
PCT/RU2021/000489
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Владислав Игоревич КИБАЛОВ
Анатолий Евгеньевич КАБАКОВ
Олег Сергеевич ШИПИТЬКО
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ЭвоКарго"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ЭвоКарго" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ЭвоКарго"
Priority to EP21940963.8A priority Critical patent/EP4343283A1/en
Publication of WO2022245246A1 publication Critical patent/WO2022245246A1/ru

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/165—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation combined with non-inertial navigation instruments
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01C—MEASURING DISTANCES, LEVELS OR BEARINGS; SURVEYING; NAVIGATION; GYROSCOPIC INSTRUMENTS; PHOTOGRAMMETRY OR VIDEOGRAMMETRY
    • G01C21/00—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00
    • G01C21/10—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration
    • G01C21/12—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning
    • G01C21/16—Navigation; Navigational instruments not provided for in groups G01C1/00 - G01C19/00 by using measurements of speed or acceleration executed aboard the object being navigated; Dead reckoning by integrating acceleration or speed, i.e. inertial navigation
    • G01C21/183—Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects
    • G01C21/188—Compensation of inertial measurements, e.g. for temperature effects for accumulated errors, e.g. by coupling inertial systems with absolute positioning systems

Definitions

  • the invention relates to the field of navigation, and in particular to methods for positioning autonomous ground vehicles (ATS), including mobile robots.
  • ATS autonomous ground vehicles
  • the main requirement for automatic telephone exchanges is the accurate determination of their own position in space, for which autonomous vehicles contain on-board sensors, among which are the navigation satellite system (GPS, GLONASS), odometry, inertial navigation system (INS), including themselves accelerometers, gyroscopes and. etc.
  • GPS navigation satellite system
  • GLONASS global positioning satellite system
  • INS inertial navigation system
  • accelerometers gyroscopes and. etc.
  • a known method for determining the spatial position of the vehicle based on GNSS-INS and inertial navigation system includes the following steps: installing the GNSS antenna at the center of mass and at the center of the vehicle, and installing the IMU of the sensor on the based on MEMS on the steering shaft of the vehicle; obtaining information about the position and speed of the vehicle using the GNSS antenna, obtaining information about the heading angular velocity of the vehicle using the measuring unit IMU; calculating a vehicle attitude angle using a combination of an accelerometer and a gyroscope; calculating the heading angle of the vehicle based on the position, speed and heading angular velocity of the vehicle.
  • attitude and heading can be determined based on the kinematic model of the vehicle.
  • This method is intended for positioning an agricultural vehicle, usually operating in an open area, which limits the ability to determine the location of an object in a closed room, where the GNSS signal is received unstable and with interference, and the specified inertial set of sensors does not have the ability to determine the coordinates of the object and does not provide sufficient positioning accuracy.
  • a weight coefficient is determined that characterizes the accuracy of measurements under these conditions, after which it is selected from the presented on-board sensors by weight coefficients, the most priority in terms of measurement accuracy and in accordance with the selected positioning algorithm (in the preferred embodiment, the extended Kalman algorithm) process the readings from the selected priority on-board sensors.
  • a set of heterogeneous onboard sensors is used for positioning the robot, characterized by high cost and complexity of output signal processing algorithms, while these sensors collect information about the environment, on the basis of which priority sensors are determined to determine the spatial position of the robot, which increases the computational complexity of the algorithm and as a result, it reduces the speed of its execution.
  • a known method for determining the navigation state of a ground vehicle including an autonomous vehicle (US2009319186), in which receive data on the angle of rotation from the encoder associated with the steering wheel of the vehicle, obtain information on the longitudinal angular speeds of the wheels from the speed sensors installed on these wheels of the vehicle, receive GPS positioning data from the GPS receiver installed on the vehicle, determine the speed yaw rate for the vehicle, based on the information about the longitudinal angular speeds of the wheels, the steering angle and the GPS positioning data, integrate the yaw rate to determine the vehicle's heading.
  • the set of onboard sensors declared in this method for obtaining navigation data does not provide high accuracy of vehicle positioning, since the data received from the GPS receiver depends on the reception conditions, the location of the receiving antenna in relation to buildings and trees, and in enclosed spaces it is received unstable and with interference, and the accuracy of measurements of sensors installed on the wheels of a vehicle is affected by the characteristics of the road surface.
  • a method for satellite positioning of a vehicle using a motion and position sensor which includes receiving GNSS satellite data, receiving data on vehicle wheel speed and steering angle from vehicle sensors, as well as GNSS correction data or data inertial sensors, receiving additional data, allowing to draw conclusions about the quality and / or accuracy of determining the position of the vehicle, supported by the satellite navigation system.
  • Such data can be weather data, tire pressure, wheel slip level, mobile communications.
  • the data about the vehicle obtained in these steps are sent to the motion and position sensor, where the spatial position of the vehicle is determined.
  • the presented method additional data on environmental conditions are obtained in the process of determining the location of the vehicle to prioritize the measurement accuracy of the used on-board sensors, which complicates the algorithm and reduces the speed of processing navigation information.
  • the method does not indicate how the possibility of independent estimation of the speed and angular position of the vehicle is realized according to the readings from several heterogeneous onboard sensors.
  • the task to be solved by the claimed invention is to create a method that allows to determine with high accuracy the spatial position of a ground-based vehicle under various operating conditions by combining various navigation data obtained from heterogeneous onboard sensors with the ability to control the degree of influence of each onboard sensor - a source of navigation information - to assess the spatial position in accordance with the operating conditions of the vehicle.
  • the technical result of the claimed invention is to increase the accuracy of determining the position of a ground vehicle in space while ensuring the stability of the positioning of the vehicle in various operating conditions.
  • the technical result of the claimed invention is achieved by implementing a method for integrating heterogeneous navigation information received from on-board sensors of a vehicle for positioning a ground vehicle, characterized in that data on the speed of the vehicle is obtained from encoders mounted on the wheels of the vehicle and a CNSS receiver, data on the angle of rotation of the vehicle around the vertical axis is obtained from the encoder mounted on the steering rack of the vehicle and the inertial navigation system, the data obtained from the indicated on-board sensors are converted into the corresponding units of speed and angle of rotation, the speed of the vehicle is determined as the sum of the values speeds obtained from the readings of the wheel encoders and the CNSS receiver, taking into account the weighting factor designed to control the degree of influence of the readings of these on-board sensors on estimate the vehicle speed, then determine the estimated angle of rotation of the vehicle around the vertical axis by the angle of the steering rack, taking into account the value of the vehicle speed determined on the basis of the readings of the wheel encoders and the CNSS receiver, determine the relative turns
  • indications about the direction of movement of the vehicle are additionally obtained from a rotation encoder placed on the shaft of the vehicle's engine.
  • the implementation of the steps of the proposed method which consists in obtaining heterogeneous navigation information from heterogeneous on-board sensors of the vehicle, independently determining on its basis the speed of the vehicle and its angular position around the vertical axis with the ability to adjust the degree of influence of each source of navigation information on the assessment of the positioning of the vehicle in accordance with environmental conditions operation, allows you to take into account the technical features of the operation of on-board sensors as part of the vehicle under various environmental conditions, as a result of which the positioning system of the vehicle is adjusted to the specified operating conditions, which leads to an increase in the accuracy of determining the position of a ground vehicle in space while ensuring the stability of the vehicle positioning under various operating conditions.
  • Fig.1. a diagram of the sequence of implementation of the method for integrating heterogeneous navigation information for positioning a ground vehicle is presented.
  • the method is implemented as follows.
  • the method of complexing heterogeneous navigation information for positioning an autonomous ground vehicle (figure 1) is designed to accurately determine the position in space (on a plane) of a ground vehicle.
  • the position which consists of coordinates and orientation (heading angle), is determined in a relative coordinate system related to the initial position of the vehicle, which ensures a smooth trajectory.
  • the position in space of vehicles is determined by combining various navigation data obtained from heterogeneous onboard sensors, while independently assessing the speed of the vehicle and its course.
  • Vehicle speed data is obtained from encoders, mounted on the wheels of the vehicle, and from the CNSS receiver.
  • an additional rotation encoder can be located on the motor shaft of the vehicle, which allows determining the speed and direction of the engine traction shaft, and, therefore, evaluate the current direction of movement of the vehicle.
  • Data about the angle of rotation of the vehicle around the vertical axis is obtained from the encoder mounted on the steering rack of the vehicle, and from the inertial navigation system.
  • the received data from the specified on-board sensors are converted into the corresponding units of measurement of speed and angle of rotation: information about the speed of movement is converted into m/s, information about the angle of rotation - into radians, after which these data are processed by an exponential filter.
  • the angle of rotation of the vehicle around the vertical axis is calculated according to the angle of the steering rack, taking into account the value of the total speed v k : v k * sin ( d )
  • the relative rotation of the vehicle around the vertical axis Z is determined based on the readings of the inertial sensor Du £P5 and the relative rotation of the vehicle around the vertical axis Z based on the readings of the steering rack encoder Ay steer as the difference between the previous and current readings of the respective onboard sensors: yins ⁇ Yins ⁇ Yins pr>
  • Aysteer ⁇ Ysteer ⁇ Ysteer pr> Ay ins is the difference between the current value of the rotation angle relative to the Z axis yins and the previous value y inSpr according to the inertial sensor readings
  • AY steer is the difference between the current value of the rotation angle relative to the Z axis y steer and the previous value Y s teer pr according to the steering rack encoder.
  • the value of the total value of the angle of rotation around the vertical axis Z is determined according to the readings of the steering rack encoder and the inertial navigation system as the sum of the values of the relative rotations Ay ins and Ay steer , taking into account the weighting factor designed to change the degree of influence of the indicated on-board sensors on the assessment of the angle of rotation of the vehicle around the vertical axes:
  • Yk Ay steer * (1 - w Y ) + Ay imu * w Y , where y k is the value of the total value of the angle of rotation according to the indications of the steering rack encoder and the inertial navigation system, m / y is a weighting factor designed to change the degree of influence of the indications steering rack encoder and inertial navigation system.
  • the setting of the weight coefficient characterizing the degree of "confidence" in each on-board sensor - a source of navigation information - is made depending on the specified environmental conditions and the work plan of the vehicle (speed change during operation, frequency of direction changes, operation time) in which the vehicle operates .
  • the wheel encoder is the priority on-board sensor for determining speed, while ensuring the continuity and stability of the vehicle localization process.
  • the gyroscope as part of the inertial navigation system can accumulate a sufficiently large error and not provide the required accuracy of measuring the angular position, so the steering rack encoder will have priority in terms of measurement accuracy.
  • the main factor affecting the measurement accuracy of wheel encoders is the type of road surface, in accordance with which the weighting factor is selected for this on-board sensor.
  • the weight coefficients w, w Y take values in the range from 0 to 1. The following boundary cases for the values of the weight coefficients w are possible:
  • any intermediate values of the coefficient are also allowed, depending on a priori, for example, as a result of experiments, the accuracy of sources - wheel encoders and GNSS.
  • the value of the angle of rotation is estimated only according to the indications of the steering rack encoder
  • any intermediate values of the coefficient w y are also allowed, depending on a priori, for example, as a result of experiments, the accuracy of the sources - the steering rack encoder and the inertial navigation system.
  • angle y k + d
  • x x 0 + v k * cos ( angle) * At,

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Navigation (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области навигации. Способ комплексирования навигационной информации включает следующие этапы: данные о скорости АТС получают от колесных энкодеров АТС и GNSS приемника, данные о угле поворота АТС вокруг вертикальной оси получают от энкодера на рулевой рейке АТС, и ИНС, производят конвертацию полученных данных от указанных бортовых датчиков, определяют скорость АТС как сумму скоростей от колесных энкодеров и GNSS приемника с учетом весового коэффициента. Определяют расчетный угол поворота АТС вокруг вертикальной оси по углу рулевой рейки с учетом скорости АТС, определенной на основе колесных энкодеров и GNSS приемника, определяют относительные повороты АТС вокруг вертикальной оси по показаниям ИНС и энкодера рулевой рейки, определяют угол поворота АТС вокруг вертикальной оси с учетом весового коэффициента, полученные данные о угле поворота АТС вокруг вертикальной оси и скорости АТС комплексируют с помощью кинематической модели АТС, в результате чего определяют координаты и курс АТС. Технический результат - повышение точности определения положения АТС в пространстве.

Description

СПОСОБ КОМПЛЕКСИРОВАНИЯ НАВИГАЦИОННЫХ ДАННЫХ ДЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
Изобретение относится к области навигации, а именно к способам позиционирования автономных наземных транспортных средств (АТС), в том числе мобильных роботов.
В настоящее время АТС, в том числе робототехнические системы, находят все более широкое применение для выполнения различного рода операций в производственных и складских помещениях для автоматизации технологических процессов в различных отраслях производства, а также на опасных производствах, где нежелательно или недопустимо присутствие человека.
Основным требованием, предъявляемым к АТС, является точное определение собственного положения в пространстве, для чего автономные транспортные средства содержат в своем составе бортовые датчики, среди которых выделяются навигационная спутниковая система (GPS, ГЛОНАСС), одометрия, инерциальная навигационная система (ИНС), включающая в себя акселерометры, гироскопы и. т. д.
Особенности эксплуатации АТС (условия окружающей среды) и технические особенности работы бортовых датчиков определяют ошибки измерений параметров местоположения и углового положения АТС на местности, так спутниковый сигнал в условиях применения АТС в помещениях может приниматься неустойчиво и с помехами, одометрия имеет особенность накапливания ошибок измерений под воздействием внешних и внутренних помех, а также за счет проскальзывания колеса и его неровности, для ИНС главные недостатки - накопление ошибок измерения за время активной работы и снижение точности измерений в результате резкой и частой смены скорости объекта.
Таким образом, для точного позиционирования АТС целесообразно получать данные о его параметрах от нескольких разнородных бортовых датчиков с дальнейшим комплексированием полученной навигационной информацией, а также с возможностью варьирования степени влияния измерений каждого бортового датчика на определение местоположения и углового положения АТС в соответствии с условиями эксплуатации АТС и точностью измерений каждого бортового датчика в данных условиях.
Из данного уровня техники известны следующие технические решения.
Известен способ определения пространственного положения транспортного средства на базе GNSS-INS и инерциальной навигационной системы (патент RU 2662462). Данный способ включает в себя следующие этапы: установку антенны GNSS в центре масс и в центре транспортного средства и установку измерительного блока IMU датчика на основе MEMS на валу рулевого механизма транспортного средства; получение информации о положении и скорости транспортного средства с помощью антенны GNSS, получение информации о курсовой угловой скорости транспортного средства с помощью измерительного блока IMU; вычисление угла пространственного положения транспортного средства с помощью комбинации акселерометра и гироскопа; вычисление курсового угла транспортного средства на базе положения, скорости и курсовой угловой скорости транспортного средства. Посредством комбинации одиночной антенны GNSS и датчика на основе IMU/MEMS небольшой стоимости пространственное положение и направление могут быть определены на базе кинематической модели транспортного средства.
Данный способ предназначен для позиционирования сельскохозяйственного транспортного средства, как правило, функционирующего на открытой местности, что ограничивает возможности определения местоположения объекта в закрытом помещении, где сигнал GNSS принимается неустойчиво и с помехами, а указанный инерциальный набор датчиков не имеет возможности определения координат объекта и не обеспечивает достаточную точность позиционирования.
Известен способ позиционирования робота (CN110567458), при котором данные о пространственном положении робота получают от бортовых датчиков, представленных в виде инерциальных датчиков, датчика позиционирования GPS, датчика зрения, лидарного датчика, энко деров, датчика на основе технологии UWB.
Затем получают информацию о условиях окружающей среды, в которой функционирует робот (помещение/открытая среда, освещение, гладкость поверхности пола), и для каждого бортового датчика определяют весовой коэффициент, характеризующий точность измерений в данных условиях, после чего выбирают из представленных бортовых датчиков по весовым коэффициентам наиболее приоритетные по точности измерений и в соответствии с выбранным алгоритмом позиционирования (в предпочтительном варианте, расширенный алгоритм Калмана) обрабатывают показания от выбранных приоритетных бортовых датчиков.
В данном способе для позиционирования робота применяют набор разнородных бортовых датчиков, характеризующихся высокой стоимостью и сложностью алгоритмов обработки выходных сигналов, при этом указанные датчики собирают информацию об окружающей среде, на основании которой определяют приоритетные датчики для определения пространственного положения робота, что увеличивает вычислительную сложность алгоритма и как следствие снижает скорость его выполнения.
Известен способ определения навигационного состояния наземного транспортного средства (в том числе автономного транспортного средства) (US2009319186), при котором получают данные об угле поворота от энкодера, связанного с поворотным колесом транспортного средства, получают информацию о продольных угловых скоростях колес от датчиков скорости, установленных на данных колесах транспортного средства, получают данные GPS-позиционирования от GPS-приемника, установленного на транспортном средстве, определяют скорость рыскания для транспортного средства на основе информации о продольных угловых скоростях колес, угле поворота и данных позиционирования GPS, производят интегрирование скорости рыскания для определения курса транспортного средства.
Набор бортовых датчиков, заявленный в данном способе для получения навигационных данных, не обеспечивает высокой точности позиционирования транспортного средства, так поступление данных от GPS-приемника зависят от условий приема, местоположения приемной антенны по отношению к строениям и деревьям, а в закрытых помещениях принимается неустойчиво и с помехами, а на точность измерений датчиков, устанавливаемых на колесах транспортного средства, влияют характеристики дорожного покрытия.
Известен способ спутникового определения местоположения транспортного средства с использованием датчика движения и положения (WO2019179844), который включает в себя прием спутниковых данных GNSS, прием данных о скорости вращения колес транспортного средства и угле рулевого управления от датчиков транспортного средства, а также данных коррекции GNSS или данных инерциальных датчиков, прием дополнительных данных, позволяющих сделать выводы о качестве и/или точности определения позиции транспортного средства, поддерживаемой спутниковой навигационной системой. Такими данными могут быть данные о погоде, давлении в шинах колес, уровне скольжения колес, мобильной связи.
Данные о транспортном средстве, полученные на указанных шагах, поступают на датчик движения и положения, где осуществляется определение пространственного положения транспортного средства.
В представленном способе дополнительные данные о условиях окружающей среды получают в процессе определения местоположения транспортного средства для установления приоритета по точности измерений используемых бортовых датчиков, что усложняет работу алгоритма и снижает скорость обработки навигационной информации. К тому же, в способе не указано, как реализуется возможность независимой оценки скорости и углового положения транспортного средства по показаниям от нескольких разнородных бортовых датчиков.
Способ, раскрытый в источнике WO2019179844, является наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению и может выступать в качестве прототипа.
Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является создание способа, позволяющего с высокой точностью определять пространственное положение наземного АТС при различных условиях его эксплуатации за счет комплексирования различных навигационных данных, получаемых от разнородных бортовых датчиков с возможностью регулирования степени влияния каждого бортового датчика - источника навигационной информации- на оценку пространственного положения в соответствии с условиями эксплуатации АТС.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышение точности определения положения наземного транспортного средства в пространстве при обеспечении стабильности позиционирования транспортного средства в различных условиях эксплуатации.
Технический результат заявленного изобретения достигается при реализации способа комплексирования разнородной навигационной информации, получаемой от бортовых датчиков транспортного средства, для позиционирования наземного транспортного средства, отличающегося тем, что данные о скорости движения транспортного средства получают от энкодеров, устанавливаемых на колесах транспортного средства, и CNSS приемника, данные о угле поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси получают от энкодера, устанавливаемого на рулевой рейке транспортного средства, и инерциальной навигационной системы, производят конвертацию полученных данных от указанных бортовых датчиков в соответствующие единицы измерения скорости и угла поворота, определяют скорость движения транспортного средства как сумму значений скоростей, полученных по показаниям колесных энкодеров и CNSS приемника с учетом весового коэффициента, предназначенного для регулирования степени влияния показаний указанных бортовых датчиков на оценку скорости движения транспортного средства, затем определяют расчетный угол поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси по углу рулевой рейки с учетом значения скорости транспортного средства, определенного на основе показаний колесных энкодеров и CNSS приемника, определяют относительные повороты транспортного средства вокруг вертикальной оси по показаниям инерциальной навигационной системы и энкодера рулевой рейки как разность между предыдущими и текущими показаниями соответствующих бортовых датчиков, определяют угол поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси как сумму значений относительных поворотов по показаниям энкодера рулевой рейки и инерциальной навигационной системы с учетом весового коэффициента, предназначенного для регулирования степени влияния показаний указанных бортовых датчиков на оценку угла поворота транспортного средства, полученные данные о угле поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси и скорости транспортного средства комплексируют с помощью кинематической модели транспортного средства, в результате чего определяют координаты и курс транспортного средства.
В предпочтительном варианте осуществления способа, дополнительно получают показания о направлении движения транспортного средства от энкодера вращения, размещаемого на валу двигателя транспортного средства.
Осуществление этапов предлагаемого способа, заключающихся в получении разнородной навигационной информации от разнородных бортовых датчиков АТС, независимом определении на ее основе скорости движения АТС и его углового положения вокруг вертикальной оси с возможностью настройки степени влияния каждого источника навигационной информации на оценку позиционирования АТС в соответствии с условиями среды эксплуатации, позволяет учитывать технические особенности работы бортовых датчиков в составе АТС при различных условиях окружающей среды, в результате чего обеспечивается настройка системы позиционирования АТС под заданные условия его эксплуатации, что приводит к повышению точности определения положения наземного транспортного средства в пространстве при обеспечении стабильности позиционирования транспортного средства в различных условиях эксплуатации.
На фиг.1. представлена схема последовательности осуществления способа комплексирования разнородной навигационной информации для позиционирования наземного транспортного средства.
Способ реализуется следующим образом.
Способ комплексирования разнородной навигационной информации для позиционирования автономного наземного транспортного средства (фиг.1) предназначен для точного определения положения в пространстве (на плоскости) наземного транспортного средства. Положение, состоящее из координат и ориентации (угол курса), определяется в относительной системе координат, связанной с начальным положением транспортного средства, что обеспечивает гладкость траектории.
Положение в пространстве АТС, в том числе колесных и гусеничных роботов, определяется путем комплексирования различных навигационных данных, полученных от разнородных бортовых датчиков, при этом независимо оценивают скорость движения транспортного средства и его курс.
Данные о скорости движения транспортного средства получают от энкодеров, устанавливаемых на колесах транспортного средства, и от CNSS приемника.
Так как в реальной системе позиционирования АТС применяются относительные энкодеры, которые учитывают только разницу между измерениями, и не позволяют определять направление движения АТС, то дополнительно на валу двигателя АТС может быть расположен энкодер вращения, позволяющий определять частоту вращения и направление тягового вала двигателя, и, следовательно, оценивать текущее направление движения АТС.
В случае применения абсолютных энкодеров, позволяющих оценивать направление движения АТС, использование энкодера вращения на валу двигателя не обязательно.
Данные о угле поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси получают от энкодера, устанавливаемого на рулевой рейке транспортного средства, и от инерциальной навигационной системы.
Затем производят конвертацию полученных данных от указанных бортовых датчиков в соответствующие единицы измерения скорости и угла поворота: информацию о скорости движения конвертируют в м/с, информацию об угле поворота - в радианы, после чего указанные данные подвергаются обработке экспоненциальным фильтром.
Скорость движения транспортного средства определяют как сумму значений скоростей, полученных по показаниям колесных энкодеров и GNSS приемника с учетом весового коэффициента, предназначенного для изменения степени влияния показаний указанных бортовых датчиков на оценку скорости движения транспортного средства: vk = vx * (1 — w + v2 * w, где vk - значение суммарной скорости по показаниям GNSS приемника и колесных энкодеров, v - значение скорости, полученное по показаниям колесных энкодеров, v2- значение скорости, полученное по показаниям GNSS приемника, w - весовой коэффициент, предназначенный для изменения степени влияния показаний GNSS приемника и колесных энкодеров на результат значения скорости vk.
Затем рассчитывают угол поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси по углу рулевой рейки с учетом значение суммарной скорости vk : vk * sin ( d )
У steer * dt, base где base - ширина колесной базы, м. d - угол рулевой рейки, рад.
Определяют относительный поворот АТС вокруг вертикальной оси Z на основе показаний инерциального сенсора Ду£П5 и относительный поворот АТС вокруг вертикальной оси Z на основе показаний энкодера рулевой рейки Aysteer как разность между предыдущими и текущими показаниями соответствующих бортовых датчиков: y ins ~ Yins ~ Yinspr>
Aysteer ~ Ysteer ~ Ysteerpr> где Ayins - разница между текущим значением угла поворота относительно оси Z yins и предыдущим значением yinSpr по показаниям инерциального сенсора, A Ysteer - разница между текущим значение угла поворота относительно оси Z ysteer и предыдущим значением Ysteerpr по показаниям энкодера рулевой рейки.
Определяют значение суммарной величины угла поворота вокруг вертикальной оси Z по показаниям энкодера рулевой рейки и инерциальной навигационной системы как сумму значений относительных поворотов Ayins и Aysteer с учетом весового коэффициента, предназначенного для изменения степени влияния указанных бортовых датчиков на оценку угла поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси:
Yk = Aysteer * (1 - wY) + Ayimu * wY, где yk - значение суммарной величины угла поворота по показаниям энкодера рулевой рейки и инерциальной навигационной системы, м/у- весовой коэффициент, предназначенный для изменения степени влияния показаний энкодера рулевой рейки и инерциальной навигационной системы.
Настойка весового коэффициента, характеризующего степень «доверия» к каждому бортовому датчику - источнику навигационной информации— производится в зависимости от заданных условий окружающей среды и плана работы АТС (изменение скорости в течение времени работы, частота смены направлений, время работы), в которой функционирует АТС.
Так, в случае пропадания сигнала от GNSS или его ошибки, которое возможно, например, в тоннелях, лесах, гаражах, закрытых помещениях, приоритетным бортовым датчиком для определения скорости является колесный энкодер, обеспечивая при этом непрерывность и стабильность процесса локализации АТС.
В случае продолжительного времени функционирования АТС, гироскоп в составе инерциальной навигационной системы, может накопить достаточно большую ошибку и не обеспечить требуемую точность измерения углового положения, поэтому приоритет по точности измерений будет иметь энкодер рулевой рейки.
Основным фактором, влияющим на точность измерения колесных энкодеров, является тип поверхности дорожного покрытия, в соответствии с чем подбирается весовой коэффициент для данного бортового датчика. Весовые коэффициенты w, wY принимают значения в диапазоне от 0 до 1. Возможны следующие пограничные случаи значений весовых коэффициентов w:
- w=0 - значение скорости оценивается только по показаниям колесных энкодеров;
- w= 1 - значение скорости оценивается только по показаниям GNSS;
- w=0.5 - значение скорости оценивается как среднее арифметическое между показаниями колесных энкодеров и GNSS.
Допустимы также любые промежуточные значения коэффициента в зависимости от определенной априорно, например, в результате экспериментов, точности источников - колесных энкодеров и GNSS.
Возможны следующие пограничные случаи значений весовых коэффициентов wy :
- wy=0 - значение угла поворота оценивается только по показаниям энкодера рулевой рейки;
- wy= 1 - значение угла поворота АТС оценивается только по показаниям инерциальной навигационной системы;
-wy=0.5 - значение угла поворота оценивается как среднее арифметическое между показаниями энкодера рулевой рейки и инерциальной навигационной системы.
Допустимы также любые промежуточные значения коэффициента wy в зависимости от определенной априорно, например, в результате экспериментов, точности источников - энкодера рулевой рейки и инерциальной навигационной системы.
Для определения местоположения и курсового угла АТС угол поворота ук и скорость vk комплексируют с помощью кинематической модели транспортного средства, в результате чего определяют координаты и курс транспортного средства: angle = ук + d, х = х0 + vk * cos (angle) * At,
У ~ Уо + v k * sin(angle) * At, где angle - курсовой угол транспортного средства, рад.
At- время, прошедшее с предыдущего расчета;
(х0, Уо) - начальные координаты АТС;
(х,у) - оценка координат АТС.
Таким образом, в результате реализации способа комплексирования разнородной навигационной информации для позиционирования наземного транспортного средства, при сформированном наборе бортовых датчиков, входящих в состав АТС, обеспечивается повышенная точность локализации АТС в различных условиях его эксплуатации при надежности и стабильности осуществления процесса навигации и как следствие безопасности эксплуатации АТС.

Claims

Формула изобретения
1. Способ комплексирования разнородной навигационной информации, получаемой от бортовых датчиков транспортного средства, для позиционирования наземного транспортного средства, отличающийся тем, что данные о скорости движения транспортного средства получают от энкодеров, устанавливаемых на колесах транспортного средства, и CNSS приемника, данные о угле поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси получают от энкодера, устанавливаемого на рулевой рейке транспортного средства, и инерциальной навигационной системы, производят конвертацию полученных данных от указанных бортовых датчиков в соответствующие единицы измерения скорости и угла поворота, определяют скорость движения транспортного средства как сумму значений скоростей, полученных по показаниям колесных энкодеров и CNSS приемника с учетом весового коэффициента, предназначенного для регулирования степени влияния показаний указанных бортовых датчиков на оценку скорости движения транспортного средства, затем определяют расчетный угол поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси по углу рулевой рейки с учетом значения скорости транспортного средства, определенного на основе показаний колесных энкодеров и CNSS приемника, определяют относительные повороты транспортного средства вокруг вертикальной оси по показаниям инерциальной навигационной системы и энкодера рулевой рейки как разность между предыдущими и текущими показаниями соответствующих бортовых датчиков, определяют угол поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси как сумму значений относительных поворотов по показаниям энкодера рулевой рейки и инерциальной навигационной системы с учетом весового коэффициента, предназначенного для регулирования степени влияния показаний указанных бортовых датчиков на оценку угла поворота транспортного средства, полученные данные о угле поворота транспортного средства вокруг вертикальной оси и скорости транспортного средства комплексируют с помощью кинематической модели транспортного средства, в результате чего определяют координаты и курс транспортного средства.
2. Способ комплексирования разнородной навигационной информации по п.1, отличающийся тем, что дополнительно получают показания о направлении движения транспортного средства от энкодера вращения, размещаемого на валу двигателя транспортного средства.
PCT/RU2021/000489 2021-05-18 2021-11-08 Способ комплексирования навигационных данных для позиционирования транспортного средства WO2022245246A1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP21940963.8A EP4343283A1 (en) 2021-05-18 2021-11-08 Method of integrating navigational data to determine the position of a vehicle

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021113915A RU2769440C1 (ru) 2021-05-18 2021-05-18 Способ комплексирования разнородной навигационной информации для позиционирования наземного транспортного средства
RU2021113915 2021-05-18

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2022245246A1 true WO2022245246A1 (ru) 2022-11-24

Family

ID=81075787

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2021/000489 WO2022245246A1 (ru) 2021-05-18 2021-11-08 Способ комплексирования навигационных данных для позиционирования транспортного средства

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4343283A1 (ru)
RU (1) RU2769440C1 (ru)
WO (1) WO2022245246A1 (ru)

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090319186A1 (en) 2008-06-24 2009-12-24 Honeywell International Inc. Method and apparatus for determining a navigational state of a vehicle
US7979172B2 (en) * 1997-10-22 2011-07-12 Intelligent Technologies International, Inc. Autonomous vehicle travel control systems and methods
RU2559194C1 (ru) * 2014-09-02 2015-08-10 Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" Робототехнический комплекс
RU2634082C1 (ru) * 2016-06-02 2017-10-23 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Способ комплексирования бесплатформенных инерциальных навигационных систем
RU2662462C1 (ru) 2015-12-21 2018-07-26 Шанхай Хуацэ Навигейшн Текнолоджи Лтд. Способ определения пространственного положения транспортного средства на базе gnss-ins с использованием одиночной антенны
RU2685767C1 (ru) * 2018-08-13 2019-04-23 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Способ и устройство бесплатформенной инерциальной навигации
WO2019179844A1 (de) 2018-03-21 2019-09-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur satellitengestützten ermittlung einer fahrzeugposition mittels eines bewegungs- und positionssensors
CN110567458A (zh) 2018-06-05 2019-12-13 北京三快在线科技有限公司 一种机器人定位方法及装置和机器人

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7979172B2 (en) * 1997-10-22 2011-07-12 Intelligent Technologies International, Inc. Autonomous vehicle travel control systems and methods
US20090319186A1 (en) 2008-06-24 2009-12-24 Honeywell International Inc. Method and apparatus for determining a navigational state of a vehicle
RU2559194C1 (ru) * 2014-09-02 2015-08-10 Открытое акционерное общество "Завод им. В.А. Дегтярева" Робототехнический комплекс
RU2662462C1 (ru) 2015-12-21 2018-07-26 Шанхай Хуацэ Навигейшн Текнолоджи Лтд. Способ определения пространственного положения транспортного средства на базе gnss-ins с использованием одиночной антенны
RU2634082C1 (ru) * 2016-06-02 2017-10-23 Публичное акционерное общество "Московский институт электромеханики и автоматики" (ПАО "МИЭА") Способ комплексирования бесплатформенных инерциальных навигационных систем
WO2019179844A1 (de) 2018-03-21 2019-09-26 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur satellitengestützten ermittlung einer fahrzeugposition mittels eines bewegungs- und positionssensors
CN110567458A (zh) 2018-06-05 2019-12-13 北京三快在线科技有限公司 一种机器人定位方法及装置和机器人
RU2685767C1 (ru) * 2018-08-13 2019-04-23 Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Способ и устройство бесплатформенной инерциальной навигации

Also Published As

Publication number Publication date
EP4343283A1 (en) 2024-03-27
RU2769440C1 (ru) 2022-03-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11243081B2 (en) Slam assisted INS
EP1435555B1 (en) Robot localization system
EP2856273B1 (en) Pose estimation
CN106289275B (zh) 用于改进定位精度的单元和方法
JP4964047B2 (ja) 位置検出装置及び位置検出方法
JP7073052B2 (ja) ビークルの角度位置を測定するシステムおよび方法
EP0838691B1 (en) Method and apparatus for recognition and compensation of GPS antenna lever arm in integrated GPS/DEAD reckoning navigation systems
CN110779521A (zh) 一种多源融合的高精度定位方法与装置
US20080294342A1 (en) Position Detecting Device And Position Detecting Method
KR100779510B1 (ko) 정찰 로봇 및 정찰 로봇 운행 제어시스템
EP3734224A2 (en) Inertial navigation system capable of dead reckoning in vehicles
CN113670334B (zh) 一种飞行汽车的初始对准方法和装置
KR20190003265A (ko) 관성센서 캘리브레이션 방법
KR20190040818A (ko) 차량 내부 센서, 카메라, 및 gnss 단말기를 이용한 3차원 차량 항법 시스템
CN109459777B (zh) 一种机器人、机器人定位方法及其存储介质
CN113063441B (zh) 里程计累计推算误差的数据源纠正方法及装置
Takanose et al. Eagleye: A lane-level localization using low-cost gnss/imu
CN112977603B (zh) 电机控制的方法和装置、农机以及计算机可读存储介质
WO2022245246A1 (ru) Способ комплексирования навигационных данных для позиционирования транспортного средства
JP2023016761A (ja) 車両のｇｎｓｓ及びｉｎｓに基づく位置特定において障害の存在を検出する方法
KR101987413B1 (ko) 측위 시스템 및 방법
JPH0875479A (ja) 電波航法装置
CN112406861B (zh) 利用地图数据进行卡尔曼滤波器参数选择的方法和装置
Zhou et al. Encoder/INS/GNSS Integrated Navigation for Autonomous Land Vehicles with Mecanum Wheels
Ilyas et al. Dependable navigation in GPS denied environment: A multi-sensor fusion technique

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 21940963

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2021940963

Country of ref document: EP

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2021940963

Country of ref document: EP

Effective date: 20231218