【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自主系统领域，包括自动驾驶汽车、机器人、无人机等。具体而言，涉及一种具有良好时间差异界定的基于消息同步器的数据融合系统。
技术介绍
1、在自主系统领域，如自动驾驶汽车、机器人、无人机等在日常生活中变得越来越普遍。如图1所示，这些自主机器的共同特征就是由许多相互作用的组件和传感器组成，不同类型的数据通过传感器进行采样以消息的形式发送到系统中进行处理，最终生成控制信号作用到机器上。将这一过程描述为“感知-处理-决策”过程。由于自主机器非常注重安全性问题，因此这一过程必须要遵守一定的时间约束，以确保机器功能的正确性和安全性。
2、在自主机器领域中时间约束非常重要的一方面是消息同步的时间差异。自主机器在很大程度上依赖于多传感器数据融合来准确感知周围物理环境并做出智能决策，而数据融合的难点在于自主机器中的传感器是以不同的频率采集数据和输出消息的，并且融合算法可能会接收到具有不同采样时间(也称为时间戳)的消息。将不同消息时间戳的差异称为时间差异。如果一组融合消息的时间差异相差较大就会导致融合出不正确的信息，从而导致灾难性的后果。因此，对于一组融合的消息集合，它的时间差异必须满足在一个阈值之内才能够融合出准确的结果。
3、当今许多流行的自主系统框架(比如ros、apollo cyber rt等)都使用基于消息同步器的数据融合系统来解决自主机器消息同步的时间差异问题，它们在实现的过程中提供了消息同步器这样一个组件，消息同步器通过设定好的消息同步算法对来自不同传感器的满足条件的消息进行筛选与融合并传递到下游的
4、(1)ros的消息同步器组件目前有两种消息同步算法，分别为确切时间算法和近似时间算法。确切时间算法比较简单，它只会将不同传感器的消息中时间戳完全相同的消息进行融合，并丢弃无法找到可匹配的消息。然而，在实际工程中，需要不同传感器的数据具有完全相同的时间戳才可以匹配的要求很难被满足，因此确切时间算法在实践中很少使用。近似时间算法可以匹配具有不同时间戳的消息，但是其总是追求最小化的时间差异，而实时系统中的算法最基本的要求，即实时性，要求算法要尽可能快地完成计算，而消息的时间差异只需要在一定范围内，能使系统生成的控制命令的准确性不受影响即可。
5、(2)apoll cyber rt的消息同步器组件中的消息同步算法会选定一个固定的传感器发送的消息为主通道消息，其他传感器发送的消息为从通道消息。每当有一个主通道消息到达消息同步器并且其他所有从通道都有消息发送到消息同步器后就会将该主通道消息与所有从通道中的最新消息进行融合。该算法并没有考虑时间差异这一因素。
6、因此，如何让自主系统框架中的基于消息同步器的数据融合系统在进行消息融合时满足消息的时间差异在指定范围之内成功融合是目前亟待解决的问题。
技术实现思路
1、为了解决自主系统中多传感器数据融合中消息同步的时间差异问题，本专利技术提出了具有良好时间差异界定的基于消息同步器的数据融合系统，系统中的具有良好时间差异界定的消息同步算法既可以满足将消息时间差异限定在指定阈值之内的要求，又可以在有限时间内得到尽可能多的有效输出消息集。同时成功的将该同步器部署到ros2的消息同步器组件中。
2、本专利技术的技术方案：
3、一种具有良好时间差异界定的基于消息同步器的数据融合系统，在实现上由一个消息同步器和多个传感器组成；消息同步器有多个输入通道，每个通道连接到一个传感器；传感器定期采样数据，并将其封装成消息，通过连接的通道将其发送给消息同步器；所述的数据融合系统按照子系统划分，划分为三个子系统，分别为消息输入子系统、消息同步子系统和消息输出子系统，各个子系统具体如下：
4、所述消息输入子系统用于接收来自不同类型传感器的消息。具体来说，n个传感器对应消息同步器中的n个输入通道，每个通道用qi来表示；传感器定期采样数据，并将其封装成消息，单个消息用来表示，代表第i个通道上的第k个消息；每个传感器都按照自身的采样频率进行数据采样，采样周期也可能出现抖动，即连续两个被采样的消息的时间间隔在范围内，若传感器进行周期性采样，则令每个消息都带有时间戳，用来表示，每个通道上的消息按其时间戳的大小顺序排列，每个消息从采样到到达消息同步器经历一定的延迟，用表示消息到达消息同步器的时间点，
5、所述消息同步子系统利用有良好时间差异界定的消息同步算法对到达消息同步器的消息进行筛选与融合，以控制一组融合的消息集的时间差异在指定的阈值范围之内。有良好时间差异界定的消息同步算法的具体流程如下：
6、步骤(1)将每个通道上的消息队列以队列的数据结构形式存储，对于每个新到达消息同步器的消息，将其加入代表对应消息通道的队列的队尾；
7、步骤(2)对于每个新加入的消息，检测该消息进入消息同步器之后是否使得所有消息通道所对应的队列都不为空，具体的说，该消息加入之前，该通道所对应的队列为空，该消息加入之后，所有通道所对应的队列都包含至少一条消息；若检测结果为“否”，则此时尚不满足消息同步器将各个消息通道上的消息组合成消息发布集的条件，继续等待新的消息到来；若检测结果为“是”，则消息同步器以该条最新到达的消息为基准消息ml，对其他消息通道上的队首消息的时间戳进行检测，队首消息即各个消息通道上的时间戳最小的消息；
8、步骤(3)对于各个消息通道所对应的队列的队首消息分别检测其时间戳若最新加入的基准消息的时间戳值减去该队首消息的时间戳值的差大于预先设定的时间差异阈值，则说明该队首消息过旧，不能满足组成包含基准消息在内的消息集的要求，将其从队列中移出，其在该通道上的后续消息成为新的队首消息，循环此操作直到该消息通道所对应的队列的队首消息的时间戳值与基准消息的时间戳值之差小于预定的阈值或该消息队列为空；在对所有消息通道(队列)完成上述操作后，再次检测此时的消息同步器中是否所有的消息通道都不为空。若检测结果为“否”，则说明此时有至少一个消息通道为空，其中没有消息可以用来组成发布消息集，需要等待新的消息到达；若检测结果为“是”，则此时各个消息通道的队首消息满足组成一个发布消息集的要求，即所有消息间的最大时间戳差值小于预先设定的阈值。
9、所述消息输出子系统是将选定的消息组成输出消息集发送到后续的融合组件；具体来说，将步骤(2)中最终所选的所有队首消息放到集合s中，即之后将s从系统中输出作为一组有效的输出消息集合发送到后续的融合组件中。
10、本专利技术的有益效果：本专利技术用于解决自主系统中多传感器数据融合中消息同步的时间差异问题，相较于已有的数据融合系统，本专利技术提出的具有良好时间差异界定的基于消息同步器的数据融合系统进行数据融合的成功率更高，所需执行时间更少，并且在理论上证明了该系统中的消息同步算法的最优性，即对于有限的待融本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种具有良好时间差异界定的基于消息同步器的数据融合系统，其特征在于，所述的数据融合系统在实现上由一个消息同步器和多个传感器组成；消息同步器有多个输入通道，每个通道连接到一个传感器；传感器定期采样数据，并将其封装成消息，通过连接的通道将其发送给消息同步器；所述的数据融合系统按照子系统划分，划分为三个子系统，分别为消息输入子系统、消息同步子系统和消息输出子系统，各个子系统具体如下：
【技术特征摘要】
1.一种具有良好时间差异界定的基于消息同步器的数据融合系统，其特征在于，所述的数据融合系统在实现上由一个消息同步器和多个传感器组成；消息同步器有多个输入通道，每个通道连接到一个传感器；传感器定...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙景昊，李杨，孟亚坤，王天一，谭国真，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：
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