一種基于多傳感器融合的移動平臺室外定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及移動平臺室外定位領(lǐng)域，具體涉及一種基于多傳感器融合的移動平臺室外高精度定位方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)、控制技術(shù)、傳感測量技術(shù)、信號處理技術(shù)、計算機技術(shù)的發(fā)展，定位技術(shù)也隨之取得了迅猛發(fā)展并已得到廣泛應(yīng)用。
[0003]當(dāng)前，室內(nèi)外方向信息主要是通過電子羅盤獲取，且已具備相對較高的精度；室內(nèi)位置信息主要是獲取局部位置信息，現(xiàn)有技術(shù)已相當(dāng)成熟；室外位置信息獲取，目前應(yīng)用最為廣泛的就是GPS定位導(dǎo)航系統(tǒng)，雖技術(shù)比較成熟，但民用方面精度并不理想，很難直接應(yīng)用于自主移動平臺的高精度定位。為提高定位精度，現(xiàn)有的技術(shù)通常采用紅外感知、超聲波探測等手段配合衛(wèi)星定位系統(tǒng)對移動平臺的位置進行測量，或者通過WiF1、藍牙、ZigBee等無線通訊手段與移動平臺上的節(jié)點進行信息交互配合衛(wèi)星定位系統(tǒng)實現(xiàn)移動平臺位置測量。然而前者環(huán)境布置相對復(fù)雜，最重要的是紅外感知和超聲波探測極易受到室外復(fù)雜環(huán)境的干擾，很難滿足高精度的定位要求；后者主要通過電磁信號的強度來計算移動平臺上節(jié)點與其它參考節(jié)點之間的距離，進而根據(jù)幾何關(guān)系計算得到移動平臺的位置，參考節(jié)點在室外的布置難度很大，成本高，且容易受到其它電磁信號的干擾，精度較低。
[0004]浙江大學(xué)提出了一種基于視頻采集的多目標(biāo)室外定位系統(tǒng)和定位方法，雖然具有一定的定位精度，但該定位系統(tǒng)只能對具有脈搏的生命體進行定位，不能滿足移動平臺的高精度定位要求。哈爾濱工業(yè)大學(xué)提出了一種微型輔助信號覆蓋圖建立/更新的WiFi室外定位方法，相對于傳統(tǒng)的WiFi室外定位方法，雖然提高了 WiFi室外定位速度，但鑒于之前所述的WiFi定位的一些固有缺陷，導(dǎo)致該方法只能適用于室外環(huán)境相對比較簡單、對定位精度要求不是很高的場合。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的發(fā)明目的是:
[0006]針對當(dāng)前移動平臺室外高精度定位技術(shù)的不足，提供了一種基于GPS、電子羅盤、攝像頭和光電編碼器等多傳感器融合的移動平臺室外高精度定位方法。本發(fā)明所述的定位方法適用于室外任何移動平臺可以自由行進、地面可以放置圖像識別標(biāo)識物的場合，定位精度高，響應(yīng)速度快，普適性強，成本低，探測范圍廣，對科學(xué)研究和工業(yè)生產(chǎn)都能帶來很大的便利，具有非常重要的研究價值及現(xiàn)實意義。
[0007]為達到上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案；
[0008]—種基多傳感器融合的移動平臺室外高精度定位方法，本發(fā)明能夠同時獲得全局和局部的位置和方向信息，系統(tǒng)包括電源模塊，控制器模塊，顯示模塊，GPS大范圍定位模塊，攝像頭和圖像識別標(biāo)識物構(gòu)成的高精度定位模塊以及電子羅盤和光電編碼器等構(gòu)成的慣性定位模塊，其中:
[0009]所述的電源模塊，主要用于給其它各模塊提供持續(xù)穩(wěn)定的電力，以保證其它模塊的正常運行；電源模塊可以選用AC-DC電源模塊(若平臺采用交流電源供電)、DC-DC電源模塊(若平臺采用直流電源供電)等任何可以為其它各模塊提供持續(xù)穩(wěn)定電力的轉(zhuǎn)換模塊。
[0010]所述的控制器模塊，主要用于接收并處理各定位模塊采集的數(shù)據(jù)，再將處理得到的位置和方向信息送給顯示模塊；控制器模塊可以是微機、工控機、單片機、PLC等任何可以與各定位模塊通信，接收各定位模塊信息，并能夠?qū)ζ溥M行處理的單元。
[0011]所述的顯示模塊，主要用于接收并顯示控制器模塊處理得到的位置和方向信息，顯示模塊可以位于移動平臺上，也可以位于遠程控制室內(nèi)(此時的位置和方向信息需經(jīng)過無線方式傳輸);顯示模塊可以是LCD、LED數(shù)碼管等任何可以進行數(shù)字量顯示的單元。
[0012]所述的GPS大范圍定位模塊，主要用于接收GPS信號，確定移動平臺的大致位置信息；GPS大范圍定位模塊為普通民用GPS接收模塊，從成本及實用角度考慮，不需要太高的定位精度，僅僅獲取平臺的全局位置信息。
[0013]所述的攝像頭和圖像識別標(biāo)識物構(gòu)成的高精度定位模塊，主要通過對地面放置的圖像識別標(biāo)識物的識別，實現(xiàn)局部特定點的精確定位；攝像頭模塊可以采用攝像機、照相機、工業(yè)攝像機、網(wǎng)絡(luò)攝像機等任何可以進行圖像采集的裝置。
[0014]所述的圖像識別標(biāo)識物可以是任何通過不同顏色或者形狀排列的、具有一定編碼含義的、可以被攝像頭模塊識別的圖案或者物品。
[0015]所述的電子羅盤和光電編碼器等構(gòu)成的慣性定位模塊，是在沒有圖像識別標(biāo)識物的地方對攝像頭模塊不能進行精確定位的補充，主要用于移動平臺在各圖像識別標(biāo)識物之間運行時位置和方向的高精度測量，根據(jù)之前某一時刻的方向信息即可得到移動平臺偏轉(zhuǎn)的角度，結(jié)合光電編碼器信息即可得到平臺相對于上一個圖像識別標(biāo)識物的位置信息。
[0016]所述的全局位置(地球經(jīng)瑋坐標(biāo)系中平臺的位置)和方向信息的獲取主要是通過GPS大范圍定位模塊，攝像頭和圖像識別標(biāo)識物構(gòu)成的高精度定位模塊以及電子羅盤和光電編碼器等構(gòu)成的慣性定位模塊實現(xiàn)；所述的局部位置(移動平臺工作的有限空間內(nèi)，相對于平臺運動初始點圖像識別標(biāo)識物的位置)和方向信息的獲取主要是通過攝像頭和圖像識別標(biāo)識物構(gòu)成的高精度定位模塊以及電子羅盤和光電編碼器等構(gòu)成的慣性定位模塊實現(xiàn)。
[0017]所述的一種基多傳感器融合的移動平臺室外高精度定位方法，其特征在于:該方法主要包括以下5個步驟:
[0018](6)圖像識別標(biāo)識物布置:標(biāo)識物的布置主要依據(jù)實際情況確定，在移動平臺經(jīng)常經(jīng)過的路徑上確定位置或者轉(zhuǎn)向的關(guān)鍵點處布置標(biāo)識物，標(biāo)識物在行進路徑上一般均勻布置，且標(biāo)識物布置密度越高，位置測量精度就越高。
[0019](7)GPS信息獲取:通過GPS模塊接收移動平臺當(dāng)前的全局位置信息。
[0020](8)圖像識別標(biāo)識物信息獲取:當(dāng)移動平臺到達圖像識別標(biāo)識物時，因圖像識別標(biāo)識物的位置已知，且圖像識別定位精度高，故可得到移動平臺的高精度位置信息。
[0021](9)電子羅盤和光電編碼器信息獲取:電子羅盤用于獲取移動平臺當(dāng)前的方向信息，以及當(dāng)前相對于之前特定時刻的偏角信息；光電編碼器用于獲取當(dāng)前位置相對于上一個圖像識別標(biāo)識物的距離，結(jié)合偏角信息得到當(dāng)前的位置信息，實現(xiàn)相鄰兩個圖像識別標(biāo)識物之間的定位功能；為了減小累積誤差，光電編碼器的信息在移動平臺到達每一個圖像識別標(biāo)識物時都被清零。
[0022](10)方位信息計算并顯示:移動平臺當(dāng)前位置相對于前一個圖像識別標(biāo)識物的距離和方向信息即為移動平臺當(dāng)前的局部方位信息；結(jié)合GPS模塊提供的全局位置信息，利用卡爾曼濾波算法即可得到精確的全局方位信息；顯示模塊用于全局或局部位置和方向信息的顯示。
[0023]所述的全局定位方法中，雖然在布置圖像識別標(biāo)識物時可以對各個標(biāo)識物的全局位置信息進行標(biāo)定，以達到節(jié)省GPS模塊的功能，但是一旦移動平臺工作異常偏離正常運行軌跡則很容易出現(xiàn)“迷失”情況，即我們不能通過接收到的數(shù)據(jù)判斷移動平臺的當(dāng)前位置而導(dǎo)致意外；而當(dāng)帶有GPS模塊的移動平臺工作異常偏離正常運行軌跡時，通過在控制器設(shè)定GPS范圍使得移動平臺接收到的GPS信息超出正常范圍時可以及時停車并發(fā)出報警。
[0024]所述的光電編碼器應(yīng)在兩側(cè)驅(qū)動輪軸上各安裝一個，在采集光電編碼器信息時，平均移動平臺左右兩側(cè)驅(qū)動輪運動的距離信息即可得到相對準(zhǔn)確的移動平臺中心運動的距離信息。
[0025]本發(fā)明的有益效果是:
[0026]1.本發(fā)明針對移動