本發(fā)明屬于傳感器檢測，具體涉及一種基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法及其應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、慣性測量單元（imu）是一種集成了多種傳感器的設(shè)備，通常包括加速度計、陀螺儀和磁力計，用于測量和報告物體的加速度、角速度以及方向。由于其能夠提供精準的運動信息，imu被廣泛應(yīng)用于各類需要精確定位和姿態(tài)控制的領(lǐng)域，包括航空航天、導航、機器人技術(shù)和自動駕駛等。在航空航天領(lǐng)域，imu可用于飛行器的姿態(tài)控制和導航，確保飛行路徑的準確性和穩(wěn)定性；在自動駕駛系統(tǒng)中，imu用于車輛的姿態(tài)感知與路徑規(guī)劃，為自動駕駛的安全性和精確性提供基礎(chǔ)支撐。

2、盡管imu在各個領(lǐng)域中具有重要的應(yīng)用價值，但其在實際使用中也面臨諸多技術(shù)挑戰(zhàn)。首先，imu內(nèi)部的傳感器會受到出廠質(zhì)量、硬件老化、環(huán)境影響（如溫度、濕度、震動等）以及外部干擾的影響，從而導致測量精度下降。這種異常不僅影響傳感數(shù)據(jù)的準確性，還可能引發(fā)系統(tǒng)的誤判甚至失效。因此，imu在工作過程中，必須保持高度的精度和穩(wěn)定性，以確保整體系統(tǒng)的可靠性。

3、然而，目前imu異常的檢測主要依賴于將設(shè)備送回生產(chǎn)廠商，通過高精度轉(zhuǎn)臺進行測試。這種檢測方式雖然能夠準確識別imu的異常，但存在周期長、成本高等諸多問題。通常情況下，高精度轉(zhuǎn)臺檢測需要較長的準備和校準時間，且檢測設(shè)備龐大，難以部署在生產(chǎn)一線或日常使用的現(xiàn)場。

4、因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種新的解決方案。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供的一種基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法及其應(yīng)用，其能夠基于雷達輔助檢測慣性測量單元的異常狀態(tài)，檢測周期短、成本低。

2、為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案如下：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法，其包括：

4、在雷達和慣性測量單元同步運動的過程中，采集所述雷達的點云數(shù)據(jù)和所述慣性測量單元的角速度數(shù)據(jù)；基于所述點云數(shù)據(jù)，計算所述雷達相鄰時刻的相對位姿變化；基于所述相對位姿變化，計算所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化；基于所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化，計算所述雷達的角速度；基于所述雷達的角速度和所述慣性測量單元的角速度，檢測所述慣性測量單元是否異常。

5、在一個或多個實施方式中，基于所述點云數(shù)據(jù)，計算所述雷達相鄰時刻的相對位姿變化，包括：基于所述點云數(shù)據(jù)，獲取所述雷達的運動軌跡矩陣；基于所述雷達的運動軌跡矩陣，獲取所述雷達各個時刻的位姿矩陣；基于所述雷達相鄰時刻的位姿矩陣，計算所述雷達相鄰時刻的相對位姿變化矩陣。

6、在一個或多個實施方式中，所述雷達相鄰時刻的相對位姿變化矩陣的計算公式為：

7、；

8、其中，為雷達相鄰時刻的相對位姿變化矩陣，為雷達 k時刻的位姿矩陣，為雷達 k-1時刻的位姿矩陣。

9、在一個或多個實施方式中，基于所述相對位姿變化，計算所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化，包括：

10、將所述雷達相鄰時刻的相對位姿變化矩陣分解為相對旋轉(zhuǎn)變化矩陣和相對平移向量。

11、在一個或多個實施方式中，所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化矩陣的計算公式為：

12、；

13、其中，雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化矩陣，雷達的相對平移向量。

14、在一個或多個實施方式中，基于所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化，計算所述雷達的角速度，包括：基于rodrigues公式，將所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化矩陣轉(zhuǎn)換為旋轉(zhuǎn)矢量；基于所述旋轉(zhuǎn)矢量，計算所述雷達的角速度。

15、在一個或多個實施方式中，所述雷達的角速度的計算公式包括：

16、;

17、；

18、；

19、；

20、其中， θ為雷達的旋轉(zhuǎn)角度，為相對旋轉(zhuǎn)變化矩陣的跡， μ為雷達的旋轉(zhuǎn)軸， v為雷達的旋轉(zhuǎn)矢量， ω為雷達的角速度，δ t為相鄰時刻的時間間隔。

21、在一個或多個實施方式中，基于所述雷達的角速度和所述慣性測量單元的角速度，檢測所述慣性測量單元是否異常，包括：計算所述雷達的角速度和所述慣性測量單元的角速度的模長，構(gòu)建所述雷達和所述慣性測量單元的時間-角速度模長曲線；基于所述雷達和所述慣性測量單元的時間-角速度模長曲線，檢測所述慣性測量單元是否異常。

22、在一個或多個實施方式中，基于所述雷達的角速度和所述慣性測量單元的角速度，檢測所述慣性測量單元是否異常，包括：計算預(yù)定時間長度內(nèi)，所述雷達的角速度平均值和所述慣性測量單元的角速度平均值；基于所述所述雷達的角速度平均值和所述慣性測量單元的角速度平均值的差值，判斷所述慣性測量單元是否異常。

23、第二方面，本發(fā)明提供了一種基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測系統(tǒng)，其包括：采集模塊、計算模塊和檢測模塊；采集模塊用于在雷達和慣性測量單元同步運動的過程中，采集所述雷達的點云數(shù)據(jù)和所述慣性測量單元的角速度數(shù)據(jù)；計算模塊用于基于所述點云數(shù)據(jù)，計算所述雷達相鄰時刻的相對位姿變化；基于所述相對位姿變化，計算所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化；并基于所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化，計算所述雷達的角速度；檢測模塊用于基于所述雷達的角速度和所述慣性測量單元的角速度，檢測所述慣性測量單元是否異常。

24、第三方面，本發(fā)明提供了一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器、以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如前所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法。

25、第四方面，本發(fā)明提供了一種計算機可讀介質(zhì)，所述計算機可讀介質(zhì)中承載有計算機執(zhí)行指令，所述計算機執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時用于實現(xiàn)如前所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法。

26、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明提供的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法及其應(yīng)用，通過雷達獲取載體在不同時刻的位姿變化，以計算角速度，以此作為imu測量結(jié)果的參考數(shù)據(jù)；當imu數(shù)據(jù)與雷達推導出的參考數(shù)據(jù)存在顯著偏差時，即可判定imu異常；這種方法不僅提升了檢測的實時性和便捷性，還能夠在常規(guī)應(yīng)用場景中實現(xiàn)連續(xù)監(jiān)測，極大地降低了對特定檢測設(shè)備的依賴。

技術(shù)特征：

1.一種基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法，其特征在于，基于所述點云數(shù)據(jù)，計算所述雷達相鄰時刻的相對位姿變化，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法，其特征在于，所述雷達相鄰時刻的相對位姿變化矩陣的計算公式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法，其特征在于，基于所述相對位姿變化，計算所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法，其特征在于，所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化矩陣的計算公式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法，其特征在于，基于所述雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化，計算所述雷達的角速度，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法，其特征在于，所述雷達的角速度的計算公式包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法，其特征在于，基于所述雷達的角速度和所述慣性測量單元的角速度，檢測所述慣性測量單元是否異常，包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法，其特征在于，基于所述雷達的角速度和所述慣性測量單元的角速度，檢測所述慣性測量單元是否異常，包括：

10.一種基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

11.一種電子設(shè)備，包括存儲器、處理器、以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述程序時實現(xiàn)如權(quán)利要求1~9中任一項所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法。

12.一種計算機可讀介質(zhì)，其特征在于，所述計算機可讀介質(zhì)中承載有計算機執(zhí)行指令，所述計算機執(zhí)行指令被處理器執(zhí)行時用于實現(xiàn)如權(quán)利要求1~9中任一項所述的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法及其應(yīng)用，涉及傳感器檢測領(lǐng)域。該方法包括：在雷達和慣性測量單元同步運動的過程中，采集雷達的點云數(shù)據(jù)和慣性測量單元的角速度數(shù)據(jù)；基于點云數(shù)據(jù)，計算雷達相鄰時刻的相對位姿變化；基于相對位姿變化，計算雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化；基于雷達的相對旋轉(zhuǎn)變化，計算雷達的角速度；基于雷達的角速度和慣性測量單元的角速度，檢測慣性測量單元是否異常。本發(fā)明提供的基于雷達輔助的慣性測量單元異常檢測方法及其應(yīng)用，通過雷達獲取載體在不同時刻的位姿變化，以計算角速度，以此作為IMU測量結(jié)果的參考數(shù)據(jù)；當IMU數(shù)據(jù)與雷達的參考數(shù)據(jù)存在顯著偏差時，即可判定IMU異常。

技術(shù)研發(fā)人員：陳洪林,韓銳,苗乾坤
受保護的技術(shù)使用者：新石器慧通（北京）科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6