一种基于磁尺的磁钉定位方法技术

本发明专利技术提供了一种基于磁尺的磁钉定位方法。在磁导航无人车中，磁尺作为磁传感器来检测路面磁钉的磁场信号，它能够返回一条线段上不同点处的一组垂直磁场测量数据。磁导航无人车需要使用这些数据来实现对于车辆自身的定位。为实现这一目的，本发明专利技术提出一种在车辆坐标系下进行磁钉定位的方法。所提方法由磁尺数据预处理、地磁场滤除、磁钉检测和磁钉横向偏差计算四个部分有机组成。所提方法充分利用了尽可能多的磁尺数据，故而磁钉定位精度高，单个磁传感单元的噪声干扰或故障不会严重影响计算结果精度，且在算法实现上计算量小，实现简单。

【技术实现步骤摘要】
一种基于磁尺的磁钉定位方法
本专利技术涉及一种基于磁尺的磁钉定位方法，具体地，涉及一种利用磁尺的检测数据检测磁钉有无，并由其计算磁钉相对于车辆的位置的方法。
技术介绍
当将设计好的磁尺安装在车辆上后，磁尺检测其所在空间位置上的磁场。这样，同一时刻磁尺所在空间的磁场就可以由磁尺返回的一帧数据表示。这帧数据中的每一个数据就代表磁尺上一个磁传感单元所在处特定方向上（一般为垂直路面方向上）的磁场分量。基于这些数据，首先需要检测磁钉的有无。当检测有磁钉时需要计算磁钉相对于磁尺的位置。其次，在计算过程前，需要考虑传感器的零漂、非线性、随机噪声和地磁等干扰的滤除。所有这些技术合在一起组成磁钉定位技术。下面首先对现有的磁钉定位技术做介绍。美国PATH演示项目中，研究了三中磁钉定位方法，分别是：峰值匹配算法、向量比例算法和差分峰值匹配算法。峰值匹配算法能够克服垂直方向上车体颠簸对横向偏差计算的影响，如果横向偏差计算精度要求不高，那么该算法的复杂度较低、实时性较好。但该算法得到的横向偏差计算精度不高，需要使用至少两个方向上的磁场测量值，并对磁传感器的测量精度要求较高。同时，周围其他干扰磁场也会影响测量的准确性。向量比例算法是在检测到磁场峰值后，利用垂直方向磁场分量和横向磁场分量的比值来建图和匹配，算法实现简单，但当磁钉在传感器正下方区域时，会有计算奇异问题。差分峰值匹配算法利用两个传感器测量值的差进行建图和匹配，可以消除周围干扰磁钉的影响。但需要两个高精度的磁传感器。美国加州AHMCT研究中心采用了磁场比值算法来进行磁钉定位。磁场比值算法利用两个传感器的三轴磁场数据构造比值函数，然后通过在一定约束下的优化来得到横向偏差计算的表达式。这种算法得到的是磁场测量值与横向偏差的直接函数关系，实验中得到的横向偏差最大误差为9mm，算法最大的优点是横向偏差的计算对纵向车辆的颠簸具有很强的鲁棒性。但这种算法仅仅利用了阵列磁传感器中的两个来计算横向偏差，所以算法对传感器的精度要求比较高，从而使得其对传感器硬件设计的要求较高。此外，该算法需要通过离线实验来拟合获取磁场比值与横向偏差之间的函数关系。葡萄牙科英布拉大学采用的磁钉定位算法分为4个步骤：阈值检测、微分峰值检测、纵向拟合检测、交叉拟合检测。这种方法的优点是考虑了更多的传感器信息，有更强的抗噪声干扰能力。但这种方法并没有考虑垂直方向上车辆颠簸引起的干扰。另外，两次模型拟合都是非线性优化问题，从而使得计算比较复杂。国内，国家智能交通系统工程技术研究中心的磁导航课题组采用了序列算法和阵列算法，这种方法只是通过比较各个传感器的输出并排序来找到响应最强的传感器，从而确定横向偏差。这种方法直观、简单，但测量精度不高。上海交通大学CyberC3无人车研究团队在对各种磁钉定位算法深入研究基础上，借鉴美国加州AHMCT研究中心磁场比值的思想，提出序列磁场比值算法。该算法得出与横向偏差成线性关系的磁场比值函数形式，大大降低计算复杂度。但该算法的近似条件太过苛刻，使得无法综合考虑多个传感器的测量数据来降低噪声干扰。此外，该算法需要两个方向上的磁场分量，这使得传感器硬件设计复发度提高。
技术实现思路
针对现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种在简单、造价低廉磁传感器测量数据上，实现磁钉检测和磁钉定位的方法。为实现以上目的，所专利技术的磁钉定位方法采用以下技术方案。提出一种基于磁尺的磁钉定位方法，其特征在于包含磁尺数据预处理，地磁场滤除，磁钉检测方法和磁钉横向偏差计算方法。所述磁尺数据预处理，包含传感器零漂处理、传感器非线性处理和随机噪声处理等滤波处理。所述地磁场滤除，根据磁钉磁场的数据与地磁场数据的差异模式来设计适当的算法滤除地磁场，而尽可能减小对磁钉磁场的影响。所述基于磁钉检测方法，根据磁钉磁场数据特有的特征给出磁钉有无的状态，方法解决难点在于尽可能避免出现磁钉的漏检或误检，实现磁钉的准确计数。所述磁钉横向偏差计算方法，利用由磁尺各个磁场检测单元测量的，反映磁钉磁场在空间分布特征的数据，由近似磁场模型曲线方程通过曲线拟合的方法计算出由模型参数表示的横向偏差，对于方法的要求是计算出的横向偏差对于磁尺测量噪声具有较强的鲁棒性。所述磁尺是指将单点磁场测量传感器在空间上线性分布，从而可以测量空间中一条线上若干个点处的磁场大小。由于在外形上类似于尺子，故名磁尺。所述磁钉定位是指磁钉相对于车辆的相对位置定位，由于磁尺在车辆上的安装位置固定，所以磁钉相对于车辆的定位可以转换为磁钉相对于磁尺的定位。优选地，所述磁钉定位方法与具体实现方法的硬件和软件环境无关：硬件环境包括但不限于微处理器，数字处理器（DSP），工业控制计算机，FPGA等计算平台；软件环境包括但不限于各类开发语言，开发编译环境等。所述磁钉检测方法能够发现位于磁尺临近处（磁尺前后±10厘米）的磁钉，从而根据磁尺在车辆上的安装参数得到磁钉相对于车辆的纵向（车前进方向）距离。优选地，所述地磁场滤除是根据局部小范围内同方向的地磁场基本相同，所以在磁尺各个磁场检测单元上的叠加分量恒定，而磁钉磁场在磁尺各个磁场检测单元出的测量值安装其磁场分布曲线分布，所述地磁滤除方法正是根据地磁场和磁钉磁场的这种差异，将地磁场干扰从测量数据中滤除。优选地，所述磁钉横向偏差计算中的横向偏差指磁钉相对于磁尺上某一固定点的在磁尺长所在方向上的距离，可选的固定点包括但不限于磁尺中心点、磁尺端点。所述横向偏差可以根据磁尺在车辆上的安装参数换算为磁钉相对于车辆的横向偏差。所述的磁钉横向偏差计算将用高斯曲线模型代替磁场分布曲线，从而将非线性多参数优化问题化为线性的多参数估计问题，大大降低计算复杂度。和现有的其他方法相比，本专利技术提出的基于磁尺的磁钉定位方法，能够充分融合磁尺传感器多数据信息，提高横向偏差计算精度。同时使得磁尺设计，可以选用价格低廉的低精度磁传感芯片。此外，方法仅需要垂直方向的磁场分量，这使得磁尺设计上AD转换通道减少，电路设计复杂度降低。综合多数据的融合测量也使得单个磁传感单元的故障对于系统不是致命的，大大增强系统的可靠性。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显。图1为本专利技术较佳实施例的算法示意图；图中：1为预处理模块，2为地磁剔除模块，3为磁钉检测模块，4为磁钉定位模块，5为磁钉计数模块。图2所示为用该方法进行地磁滤除的实验结果图。图3为基于高斯曲线拟合的横向偏差计算的典型数据结果。图4为通过一个磁钉时帧数据拟合的误差曲线。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明，以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。如图1所示，为本专利技术所提处的基于磁尺的磁钉定位方法的一种实施算法流程图。在本实施例中，整个算法由5个模块组成，分别是预处理模块1、地磁剔除模块2、磁钉检测模块3、磁钉定位模块4、磁钉计数模块5。算法中有一个依赖于有无磁钉的分支。当一帧磁尺数据到来时，算法开始执行。在预处理中，本实施例采用磁传感芯片的置位和复位模式来消除传感器的零漂和非线性，并采用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于磁尺的磁钉定位方法，其特征在于，包含磁尺数据预处理，地磁场滤除，磁钉检测方法和磁钉横向偏差计算方法。

【技术特征摘要】
1.一种基于磁尺的磁钉定位方法，其特征在于，包含磁尺数据预处理，地磁场滤除，磁钉检测方法和磁钉横向偏差计算方法。2.根据权利要求1所述的一种基于磁尺的磁钉定位方法，所述磁尺数据预处理包含传感器零漂处理、传感器非线性处理和随机噪声处理等滤波处理。3.根据权利要求1所述的一种基于磁尺的磁钉定位方法，其特征在于，所述地磁场滤除根据磁钉磁场的数据与地磁场数据的差异模式来设计适当的算法滤除地磁场，尽可能减小对磁钉磁场的影响。4.根据权利要求1所述的一种基于磁尺的磁钉定位方法，其特征在于，所述基于磁钉检测方法根据磁钉磁场数据特有的特征给出磁钉有无的状态，方法解决难点在于尽可能避免出现磁钉的漏检或误检，实现磁钉的准确计数。5.根据权利要求1所述的一种基于磁尺的磁钉定位方法，其特征在于，所述磁钉横向偏差计算方法利用由磁尺各个磁场检测单元测量的，反映磁钉磁场在空间分布特征的数据，根据近似磁场模型曲线方程通过曲线拟合的方法计算出由模型参数表示的横向偏差，对于方法的要求是横向偏差对于磁尺测量噪声应具有较强的鲁棒性。6.根据权利要求1所述的一种基于磁尺的磁钉定位方法，其特征在于，所述磁尺是指将单点磁场测量传感器在空间上线性分布，从而可以测量空间中一条线段上若干个点处的磁场大小，由于在外形上类似于尺子，故名磁尺。7.根据权利要求1所述的一种基于磁尺的磁钉定位方法，其特征在于，所述磁钉定位是指确定磁钉相对于车辆的相对位置，由于磁尺在车辆上的安装位置固定，所以磁钉相对于车辆的定位可以转换...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨明，朱刚，王冰，孙一飞，
申请(专利权)人：苏州青飞智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32