A method of road slope extraction based on MEMS sensor is presented. It includes data acquisition, zero acceleration state detection, rotation quaternion estimation, position calculation and slope extraction. On the basis of not adding additional sensors, the invention adopts a method of extracting the gradient of pavement by using a MEMS sensor. In this method, the cumulative error is corrected by using the MEMS sensor of smartphone only, and the gradient information of road surface is extracted indirectly by using the invariance of gravity acceleration direction and the change of gravity acceleration vector direction in the carrier coordinate system. The experimental results show that the algorithm of the invention can accurately extract the information of the gradient of the road surface and realize the location of the information of the gradient of the road surface.
【技术实现步骤摘要】
基于MEMS传感器的道面坡度提取方法
本专利技术属于坡度提取
,特别是涉及一种基于MEMS传感器的道面坡度提取方法。
技术介绍
由惯性测量单元(inertialmeasurementunit,IMU)组成的惯性导航系统(inertialnavigationsystem,INS)可以精确地定位车辆的水平位置,但对高度和坡度的测量需额外的辅助传感器提供辅助参数。在车辆行驶过程中若遇到上下坡以及不同坡度的高架桥路面时,导航系统便有可能产生较大的估计偏差。如何较为精确地实现对高度位置和道面坡度的解算,引起业界学者的广泛关注。国内外道路坡度识别的方法可从实现原理上分为三类:基于全球定位系统(globalpositioningsystem,GPS)数据的方法、基于车辆动力学模型的方法和基于加速度估计的方法。基于GPS数据的方法,其测量精度取决于GPS的有效使用范围,且易受遮挡物的影响。基于车辆动力学模型的方法是建立车辆与道路坡度之间的动力学关系模型,其对传感设备精度要求较高。基于加速度估计的方法是利用加速度传感器估计车辆的俯仰角,并提取道路坡度信息。基于加速度估计的方法采用的加速度传感器大多是便携式微电子机械系统(micro-electromechanicalsystem,MEMS)传感器。该类传感器采集的数据精度较低,噪声干扰相对较大,且在解算过程中需要对加速度进行积分处理,引入了累积误差的问题,因此,此类方法通常需额外的辅助传感器提供辅助参数。J.Jang等利用轮速传感器采集的车辆速度数据,并据此解算出轨迹信息,Y.Son等采用气压计传感器来获得道路的绝对高 ...
【技术保护点】
1.一种基于MEMS传感器的道面坡度提取方法,其特征在于,所述的基于MEMS传感器的道面坡度提取方法包括按顺序进行的下列步骤:(1)利用智能手机内置的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计在内的传感器采集小车运动数据,得到载体坐标系下三轴加速度、三轴角速度和三轴磁分量的S1阶段;(2)对步骤(1)得到的载体坐标系下三轴加速度和三轴角速度进行零加速检测,以判定小车是否处于零加速状态的S2阶段;(3)根据步骤(2)得到小车是否处于零加速状态的判定结果,得到零加速状态或非零加速状态下旋转四元数估计值的S3阶段;(4)利用步骤(3)得到的旋转四元数估计值实现三轴加速度和三轴角速度在载体坐标系与惯性坐标系之间的转换,并对地理坐标系的速度向量和位置向量进行更新,得到小车位置,同时进行坡度提取的S4阶段。
【技术特征摘要】
1.一种基于MEMS传感器的道面坡度提取方法,其特征在于,所述的基于MEMS传感器的道面坡度提取方法包括按顺序进行的下列步骤:(1)利用智能手机内置的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴磁力计在内的传感器采集小车运动数据,得到载体坐标系下三轴加速度、三轴角速度和三轴磁分量的S1阶段;(2)对步骤(1)得到的载体坐标系下三轴加速度和三轴角速度进行零加速检测,以判定小车是否处于零加速状态的S2阶段;(3)根据步骤(2)得到小车是否处于零加速状态的判定结果,得到零加速状态或非零加速状态下旋转四元数估计值的S3阶段;(4)利用步骤(3)得到的旋转四元数估计值实现三轴加速度和三轴角速度在载体坐标系与惯性坐标系之间的转换,并对地理坐标系的速度向量和位置向量进行更新,得到小车位置,同时进行坡度提取的S4阶段。2.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的道面坡度提取方法,其特征在于,在步骤(2)中,所述的对步骤(1)得到的载体坐标系下三轴加速度和三轴角速度进行零加速检测,以判定小车是否处于零加速状态的方法是:在零加速状态时,三轴加速度计的输出应为重力加速度的值,而三轴陀螺仪的输出应为零,分别计算三轴加速度和三轴角速度范数,设置阈值来判别当前时刻范数是否满足上述零加速状态下的条件。3.根据权利要求1所述的基于MEMS传感器的道面坡度提取方法,其特征在于,在步骤(3)中,所述的根据步骤(2)得到的小车是否处于零加速状态的判...
【专利技术属性】
技术研发人员:郝敬堂,吴柳莉,苏志刚,马龙,韩冰,张亚娟,
申请(专利权)人:中国民航大学,
类型:发明
国别省市:天津,12
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