本發(fā)明屬于導(dǎo)航定位領(lǐng)域，具體涉及一種面向ros無人車定位精度提升方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、在現(xiàn)代自動(dòng)駕駛和無人車導(dǎo)航領(lǐng)域，定位精度是一項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)，它用于確定移動(dòng)無人車在復(fù)雜環(huán)境中的具體位置，以實(shí)現(xiàn)安全、高效的導(dǎo)航。通過與bds結(jié)合的定位方式，借助傳感器融合算法，可以減小imu積累誤差以及長(zhǎng)時(shí)間使用產(chǎn)生的漂移誤差的影響。

2、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)(bds)作為一種廣泛應(yīng)用的位置定位技術(shù)，具有全球覆蓋、高精度等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為自動(dòng)駕駛和機(jī)器人導(dǎo)航領(lǐng)域中不可或缺的一部分。然而，單獨(dú)使用bds定位存在精度不足、遮擋影響等問題，特別是在城市環(huán)境或建筑密集區(qū)域。因此，結(jié)合bds定位和其他傳感器信息，可以提高定位的精度和魯棒性。

3、慣性測(cè)量單元(imu)是一種集成了多個(gè)慣性傳感器的裝置，用于測(cè)量和計(jì)算物體的加速度和角速度。典型的imu包括三軸加速度計(jì)和三軸陀螺儀，有時(shí)還會(huì)包括磁力計(jì)以提供方向信息。這些傳感器能夠?qū)崟r(shí)地測(cè)量物體的線性加速度、角速度和方向，而無需依賴外部參考，因此在無bds信號(hào)或者有限空間的環(huán)境中尤為有用。

4、在ros中，imu系統(tǒng)通過傳感器消息發(fā)布器(sensor_msgs)發(fā)布數(shù)據(jù)，常見的消息類型包括加速度、角速度和磁場(chǎng)強(qiáng)度。這些數(shù)據(jù)可以通過ros話題(topics)傳輸?shù)狡渌?jié)點(diǎn)，如導(dǎo)航節(jié)點(diǎn)或控制節(jié)點(diǎn)，用于執(zhí)行導(dǎo)航、路徑規(guī)劃、姿態(tài)控制等任務(wù)。

5、通常情況下，ros中的imu數(shù)據(jù)需要進(jìn)行濾波和融合，以提高姿態(tài)估計(jì)的精度和穩(wěn)定性。常見的方法包括使用卡爾曼濾波器或擴(kuò)展卡爾曼濾波器(ekf)，將來自imu的加速度計(jì)、陀螺儀和磁力計(jì)數(shù)據(jù)融合起來，消除噪音并提供更準(zhǔn)確的姿態(tài)估計(jì)。

6、imu系統(tǒng)在ros小車中的應(yīng)用非常重要，它為導(dǎo)航、定位和控制提供了關(guān)鍵的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，特別是在沒有bds信號(hào)或bds信號(hào)受限的環(huán)境中，如室內(nèi)或城市峽谷等。通過ros的靈活性和消息傳遞機(jī)制，imu系統(tǒng)能夠與其他傳感器(如激光雷達(dá)或視覺傳感器)無縫集成，從而增強(qiáng)小車的感知和決策能力。

7、現(xiàn)有的無人車定位方法主要存在以下不足：

8、1)單一依賴性問題：?jiǎn)为?dú)依賴bds進(jìn)行定位時(shí)，會(huì)面臨信號(hào)遮擋、多路徑效應(yīng)、信號(hào)強(qiáng)度不足等問題，尤其是在城市峽谷、隧道、高樓密集區(qū)或室內(nèi)環(huán)境中，bds信號(hào)的穩(wěn)定性和精度會(huì)大幅下降。

9、單獨(dú)依賴imu進(jìn)行定位則存在長(zhǎng)時(shí)間的積分漂移問題，即隨著時(shí)間的推移，由于傳感器噪聲和積分誤差的累積，定位精度會(huì)逐漸降低。

10、2)精度和魯棒性不足：?jiǎn)我粋鞲衅飨到y(tǒng)的精度和魯棒性通常不如多傳感器融合系統(tǒng)。單獨(dú)使用bds可能無法提供足夠高的精度來滿足自動(dòng)駕駛的高要求；而單獨(dú)使用imu則難以長(zhǎng)期保持穩(wěn)定的定位精度。

11、3)環(huán)境適應(yīng)性差：現(xiàn)有技術(shù)往往難以適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境條件。在光線變化大、動(dòng)態(tài)障礙物多、道路標(biāo)線不清晰等復(fù)雜場(chǎng)景中，基于視覺或激光雷達(dá)的導(dǎo)航系統(tǒng)可能會(huì)受到較大影響。

12、4)計(jì)算復(fù)雜度和實(shí)時(shí)性：一些復(fù)雜的定位算法和數(shù)據(jù)處理方法可能需要較高的計(jì)算資源，這可能會(huì)影響系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和響應(yīng)速度。

13、5)系統(tǒng)集成和兼容性：現(xiàn)有技術(shù)可能在系統(tǒng)集成和兼容性方面存在不足。例如，不同品牌、型號(hào)的傳感器之間可能存在通信協(xié)議不兼容、數(shù)據(jù)格式不一致等問題，這會(huì)增加系統(tǒng)集成的難度和成本。

14、6)缺乏全面的感知能力：?jiǎn)为?dú)依賴某一種或少數(shù)幾種傳感器可能無法提供全面的環(huán)境感知能力。視覺傳感器雖然能夠提供豐富的圖像信息，但在光線不足或遮擋嚴(yán)重的情況下會(huì)失效；激光雷達(dá)雖然能夠精確測(cè)量距離和形狀，但對(duì)材質(zhì)和顏色的識(shí)別能力有限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種面向ros無人車定位精度提升方法及系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的定位，提高了ros小車的導(dǎo)航精度和效率。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種面向ros無人車定位精度提升方法，包括：

3、獲取bds位置信息：系統(tǒng)通過bds接收器獲取ros無人車當(dāng)前的位置信息；bds接收器接收來自衛(wèi)星的信號(hào)，計(jì)算ros無人車的經(jīng)緯度坐標(biāo)，并將其傳輸?shù)絩os控制器；

4、對(duì)bds提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行變換：系統(tǒng)通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，將bds接收器提供的經(jīng)緯度坐標(biāo)信息轉(zhuǎn)換成ros坐標(biāo)系下的位置坐標(biāo)信息，并發(fā)布話題，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絩os控制器；

5、imu數(shù)據(jù)采集：系統(tǒng)使用imu慣導(dǎo)系統(tǒng)來獲取ros無人車初始的位置信息；imu慣導(dǎo)系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)包括ros無人車與出發(fā)點(diǎn)的相對(duì)距離和姿態(tài)角度信息，并發(fā)布話題，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絩os控制器；

6、bds數(shù)據(jù)和imu數(shù)據(jù)融合：系統(tǒng)在數(shù)據(jù)融合節(jié)點(diǎn)通過卡爾曼濾波將bds坐標(biāo)變換后的位置數(shù)據(jù)和imu數(shù)據(jù)融合，實(shí)現(xiàn)對(duì)imu慣導(dǎo)系統(tǒng)提供的位置信息進(jìn)行修正，得到最終的位置信息。

7、一種面向ros無人車定位精度提升系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)上述的方法，系統(tǒng)包括：

8、ros無人車，并配備imu慣導(dǎo)系統(tǒng)；

9、bds接收器，用于接收北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的信號(hào)，獲取位置信息；

10、ros控制器，用于接收bds位置信息和imu傳感器數(shù)據(jù)，融合后得到更為精準(zhǔn)的位置信息。

11、一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

12、一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

13、一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)上述方法的步驟。

14、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為：

15、(1)綜合利用bds導(dǎo)航和傳感器數(shù)據(jù)的路徑規(guī)劃系統(tǒng)：本系統(tǒng)創(chuàng)新在于將北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(bds)導(dǎo)航位置信息與ros小車傳感器數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合，通過ros控制器進(jìn)行綜合處理和利用；傳感器提供的環(huán)境數(shù)據(jù)和bds導(dǎo)航位置信息共同用于路徑規(guī)劃，以優(yōu)化小車的行駛路線，這種綜合利用能夠顯著提高路徑規(guī)劃的精度和效率。

16、(2)多傳感器數(shù)據(jù)融合的精確定位技術(shù)：本系統(tǒng)通過整合多種傳感器數(shù)據(jù)(如視覺、雷達(dá)等)和bds導(dǎo)航信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)ros小車精確位置的動(dòng)態(tài)定位。這種多傳感器數(shù)據(jù)融合技術(shù)不僅提高了小車定位的精度和穩(wěn)定性，還增強(qiáng)了在復(fù)雜環(huán)境中的導(dǎo)航能力，為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供了可靠的解決方案。

技術(shù)特征：

1.一種面向ros無人車定位精度提升方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向ros無人車定位精度提升方法，其特征在于，在使用imu慣導(dǎo)系統(tǒng)對(duì)ros小車進(jìn)行定位時(shí)，用bds衛(wèi)星系統(tǒng)獲取位置坐標(biāo)，并在imu慣導(dǎo)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理節(jié)點(diǎn)中，借助卡爾曼濾波器，將imu慣導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息與bds的位置信息進(jìn)行整合，利用卡爾曼濾波器的修正來更新系統(tǒng)狀態(tài)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向ros無人車定位精度提升方法，其特征在于，imu慣導(dǎo)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)信息包括相對(duì)距離和姿態(tài)角度。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向ros無人車定位精度提升方法，其特征在于，bds接收器通過bds衛(wèi)星系統(tǒng)獲取位置信息，bds接收器在ros系統(tǒng)中發(fā)布包含獲取的位置信息的話題bds_data。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的面向ros無人車定位精度提升方法，其特征在于，imu慣導(dǎo)系統(tǒng)通過陀螺和加速度計(jì)提供ros無人車的加速度和姿態(tài)角加速度信息，經(jīng)由內(nèi)部積分后得到小車基于初始坐標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)距離與當(dāng)前姿態(tài)角度，由imu慣導(dǎo)系統(tǒng)在ros系統(tǒng)中發(fā)布包含車基于初始坐標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)距離與當(dāng)前姿態(tài)角度信息的話題。

6.一種面向ros無人車定位精度提升系統(tǒng)，其特征在于，用于實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1～5任一所述的方法，系統(tǒng)包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的面向ros無人車定位精度提升系統(tǒng)，其特征在于，所述ros無人車還包括：

8.一種電子設(shè)備，包括存儲(chǔ)器、處理器及存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器上并可在處理器上運(yùn)行的計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-5中任一所述的方法的步驟。

9.一種計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)，其上存儲(chǔ)有計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-5中任一所述的方法的步驟。

10.一種計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，包括計(jì)算機(jī)程序，其特征在于，該計(jì)算機(jī)程序被處理器執(zhí)行時(shí)實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1-5中任一所述方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種面向ROS無人車定位精度提升方法及系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括BDS接收器、傳感器、ROS控制器；首先，BDS接收器獲取小車當(dāng)前位置信息，并將其傳輸?shù)絉OS控制器；傳感器檢測(cè)周圍環(huán)境并傳輸數(shù)據(jù)到ROS控制器；ROS控制器基于BDS位置信息和傳感器數(shù)據(jù)，利用路徑規(guī)劃算法計(jì)算出小車的最佳路徑；然后，ROS控制器將路徑信息傳輸給執(zhí)行器，執(zhí)行器控制小車沿著規(guī)劃路徑行駛。通過結(jié)合BDS導(dǎo)航位置信息和傳感器數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)高效的路徑規(guī)劃，提高了ROS小車的導(dǎo)航精度和效率。

技術(shù)研發(fā)人員：周雨露,肖澤龍,王文藝,陳彥鍇,胡泰洋,薛文,吳禮
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/30