车载六轴IMU轴向快速识别方法及其装置制造方法及图纸

本申请涉及导航定位领域，公开了一种车载六轴IMU轴向快速识别方法及其装置。该车载六轴IMU轴向快速识别方法，包括以下步骤：通过IMU加速度计各轴的比力输出平均值得出IMU垂向轴的方向。直行时，对GNSS/里程计测量得到的车辆加速度和IMU加速度计非垂向轴的输出，通过相关性拟合确定IMU的纵向轴。转弯时，结合GNSS/里程计的速度值和IMU垂向轴的陀螺仪输出可得车辆侧向加速度，对车辆侧向加速度和IMU加速度计非垂向轴的输出，通过相关性拟合确定IMU的横向轴。不限制IMU的安装方式，通过车辆正常行驶过程中的传感器数据，快速识别IMU任意安装下的正确轴向，使得组合导航系统能快速工作。

The method and device of axial fast identification of six axis IMU on vehicle

【技术实现步骤摘要】
车载六轴IMU轴向快速识别方法及其装置
本申请涉及导航定位领域，特别涉及一种车载六轴IMU轴向快速识别技术。
技术介绍
车载导航定位系统(VehicleNavigationSystem，VNS)伴随着汽车产业的发展而产生，如今已被广泛运用于无人驾驶、精准农业以及车载导航仪。捷联惯性导航系统(StrapdownInertialNavigationSystem，简称SINS)和全球导航卫星系统(GlobalNavigationSatelliteSystem，简称GNSS)的组合是导航领域应用最为广泛的组合。SINS直接与载体固联，不与外界发生任何光电联系，隐蔽性好，且能够不受外界干扰自主推算，其输出信息具有高频率和高实时性的优点，在航空、航天和航海等领域均得到广泛应用。但SINS需要导航初始(位置、速度、姿态)信息且导航误差随着时间累积而发散。GNSS长期精度高，误差不随时间发散(即有界)，其缺点是短期噪声大，数据率低，抗干扰性弱，且无姿态信息。GNSS/SINS组合导航系统，能够通过卡尔曼滤波等数据融合方式，有效地将GNSS信息和SINS信息融合起来，实现两者优势互补，充分发挥GNSS长期高精度性能和SINS短期高精度性能，提供连续、高精度和高可靠的导航信息。里程计(Odometer)是目前常用的车载导航辅助传感器，其提供的里程信息可作为组合导航系统一个重要的观测量。在组合导航系统中，SINS中的惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，简称IMU)一般由三轴的加速度计和三轴的陀螺仪组成。现有技术方案中，对IMU在车辆上的安装方向有要求，必须得满足IMU横向轴、纵向轴、垂向轴与载体侧向轴、前向轴、地向轴相一致，或者，需要IMU相互正交的任意两轴分别与载体右向轴和前向轴平行。这样的要求，大大限制了IMU的安装方式，也对用户的安装空间提出了要求，并可能导致占用较大的安装空间，降低组合导航系统安装的简便性和易操作性。因此，目前亟需一种车载六轴IMU轴向快速识别方法，不限制IMU的安装方式，并且能快速识别IMU任意安装下的正确轴向，使得组合导航系统能快速工作。
技术实现思路
本申请的目的在于提供一种车载六轴IMU轴向快速识别方法及其装置，不限制IMU的安装方式，通过车辆正常行驶过程中的传感器数据，快速识别IMU任意安装下的正确轴向，使得组合导航系统能快速工作。为解决上述技术问题，本专利技术的实施方式公开了一种车载六轴IMU轴向快速识别方法，包括以下步骤：计算车辆启动后一段时间窗口内IMU三轴加速度计各轴比力输出平均值的绝对值，绝对值最大的轴为垂向轴，若绝对值最大的比力值为正值，则垂向轴与车辆地向轴的反方向一致；若绝对值最大的比力值为负值，则垂向轴与车辆地向轴一致；根据IMU三轴陀螺仪的输出值判断当前车辆机动状态，当判断车辆直行时，计算车辆前向加速度，并对IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度进行相关性拟合，与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴在纵向轴方向上，若IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度正相关，则与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴即为纵向轴；若IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度负相关，则与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴为纵向轴的反方向；当判断车辆转弯时，计算车辆侧向加速度，并对IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度进行相关性拟合，与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴在横向轴方向上，若IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度正相关，则与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴即为横向轴；若IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度负相关，则与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴为横向轴的反方向。本专利技术的实施方式还公开了一种车载六轴IMU轴向快速识别装置，包括：垂向轴确定模块，用于确定垂向轴，该垂向轴确定模块计算车辆启动后一段时间窗口内IMU三轴加速度计各轴比力输出平均值的绝对值，绝对值最大的轴为垂向轴，若绝对值最大的比力值为正值，则垂向轴与车辆地向轴的反方向一致；若绝对值最大的比力值为负值，则垂向轴与车辆地向轴一致；判断模块，用于根据IMU三轴陀螺仪的输出值判断当前车辆机动状态；纵向轴确定模块，用于确定垂向轴，当所述判断模块判断车辆直行时，该纵向轴确定模块计算车辆前向加速度，并对IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度进行相关性拟合，与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴在纵向轴方向上，若IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度正相关，则与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴即为纵向轴；若IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度负相关，则与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴为纵向轴的反方向；横向轴确定模块，用于确定横向轴，当所述判断模块判断车辆转弯时，该横向轴确定模块计算车辆侧向加速度，并对IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度进行相关性拟合，与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴在横向轴方向上，若IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度正相关，则与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴即为横向轴；若IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度负相关，则与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴为横向轴的反方向。本专利技术实施方式与现有技术相比，主要区别及其效果在于：利用不同机动情况下的IMU(加速度计和陀螺仪)的输出，以及辅助观测量GNSS或里程计的信息确定出IMU的轴向和载体(如车辆)的轴向之间的关系，不限制IMU的安装方式，通过车辆正常行驶过程中的传感器数据，快速识别IMU任意安装下的正确轴向，使得组合导航系统能快速工作。该车载六轴IMU轴向快速识别方法，可工作于有GNSS和/或里程计观测量的情况下，也可工作于无GNSS和无里程计观测量的情况下。该车载六轴IMU轴向快速识别方法，只需满足三轴加速度计和三轴陀螺仪轴向一致，无需预知IMU的三轴加速度计和三轴陀螺仪的轴向法则，即是否满足右手笛卡尔坐标系或左手笛卡尔坐标系。若IMU的垂向轴和纵向轴已确定，且IMU坐标系符合右手或左手笛卡尔坐标系，可直接确定IMU的横向轴。若IMU的垂向轴和横向轴已确定，且IMU坐标系符合右手或左手笛卡尔坐标系，可直接确定IMU的纵向轴。本申请的说明书中记载了大量的技术特征，分布在各个技术方案中，如果要罗列出本申请所有可能的技术特征的组合(即技术方案)的话，会使得说明书过于冗长。为了避免这个问题，本申请上述
技术实现思路
中公开的各个技术特征、在下文各个实施方式和例子中公开的各技术特征、以及附图中公开的各个技术特征，都可以自由地互相组合，从而构成各种新的技术方案(这些技术方案均因视为在本说明书中已经记载)，除非这种技术特征的组合在技术上是不可行的。例如，在一个例子中公开了特征A+B+C，在另一个例子中公开了特征A+B+D+E，而特征C和D是起到相同作用的等同技术手段，技术上只要择一使用即可，不可能同时采用，特征E技术上可以与特征C相组合，则，A+B+C+D的方案因技术不可行而应当不被视为已经记载，而A+B+C+E的方案应当视为已经本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车载六轴IMU轴向快速识别方法，其特征在于，包括以下步骤：/n计算车辆启动后一段时间窗口内IMU三轴加速度计各轴比力输出平均值的绝对值，绝对值最大的轴为垂向轴，若绝对值最大的比力值为正值，则垂向轴与车辆地向轴的反方向一致；若绝对值最大的比力值为负值，则垂向轴与车辆地向轴一致；/n根据IMU三轴陀螺仪的输出值判断当前车辆机动状态，/n当判断车辆直行时，计算车辆前向加速度，并对IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度进行相关性拟合，与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴在纵向轴方向上，若IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度正相关，则与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴即为纵向轴；若IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度负相关，则与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴为纵向轴的反方向；/n当判断车辆转弯时，计算车辆侧向加速度，并对IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度进行相关性拟合，与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴在横向轴方向上，若IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度正相关，则与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴即为横向轴；若IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度负相关，则与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴为横向轴的反方向。/n...

【技术特征摘要】
1.一种车载六轴IMU轴向快速识别方法，其特征在于，包括以下步骤：
计算车辆启动后一段时间窗口内IMU三轴加速度计各轴比力输出平均值的绝对值，绝对值最大的轴为垂向轴，若绝对值最大的比力值为正值，则垂向轴与车辆地向轴的反方向一致；若绝对值最大的比力值为负值，则垂向轴与车辆地向轴一致；
根据IMU三轴陀螺仪的输出值判断当前车辆机动状态，
当判断车辆直行时，计算车辆前向加速度，并对IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度进行相关性拟合，与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴在纵向轴方向上，若IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度正相关，则与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴即为纵向轴；若IMU非垂向轴的加速度与车辆前向加速度负相关，则与车辆前向加速度相关性较大的非垂向轴为纵向轴的反方向；
当判断车辆转弯时，计算车辆侧向加速度，并对IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度进行相关性拟合，与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴在横向轴方向上，若IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度正相关，则与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴即为横向轴；若IMU非垂向轴的加速度与车辆侧向加速度负相关，则与车辆侧向加速度相关性较大的非垂向轴为横向轴的反方向。


2.如权利要求1所述的车载六轴IMU轴向快速识别方法，其特征在于，当判断车辆直行时，根据GNSS速度或里程计的速度计算车辆前向加速度。


3.如权利要求1所述的车载六轴IMU轴向快速识别方法，其特征在于，当判断车辆转弯时，根据车辆线速度乘以车辆角速度计算车辆侧向加速度；其中，车辆线速度根据GNSS速度或里程计的速度获得，或者假设车辆匀速转弯，车辆线速度为一恒定值，车辆角速度为IMU的垂向轴角速度。


4.如权利要求1所述的车载六轴IMU轴向快速识别方法，其特征在于，当车辆为直行，且判断出纵向轴以后，若IMU坐标系满足右手笛卡尔坐标系或左手笛卡尔坐标系，则可直接判断横向轴。


5.如权利要求1所述的车载六轴IMU轴向快速识别方法，其特征在于，当车辆为转弯，且判断出横向轴以后，若IMU坐标系满足右手笛卡尔坐标系或左手笛卡尔坐标系，则可直接判断纵向轴。


6.如权利要求1所述的车载六轴IMU轴向快速识别方法，其特征在于，IMU各轴的加速度为三轴加速度计输出值减去重力加速度分量在各轴上的投影、各轴零偏和高频噪声；IMU各轴的角速度为三轴...

【专利技术属性】
技术研发人员：张馨，孙海鹏，
申请(专利权)人：千寻位置网络有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31