一种智能驾驶车辆双GNSS天线航向角标定方法及装置与流程

一种智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法及装置
技术领域
1.本发明属于智能车辆的测绘、导航技术领域，具体涉及一种智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法及装置。


背景技术：

2.车辆航向角在智能驾驶系统中有着重要应用，直接影响智能驾驶车辆的控制姿态。车辆使用双天线可以在低速或静止情况下实现精准定向，一般双天线的安装基线与车辆中轴线平行或垂直(如图1所示)，但如果双天线安装偏差较大，则会导致组合导航计算的航向角同样会有较大偏差，降低双天线的使用优势，因此安装双天线的量产车辆在下线时需要进行安装误差标定，但目前的方法大多复杂，耗时较多，无法满足车辆下线节拍需求。如专利(申请公布号：cn106443744b)利用惯导提供的航向角、俯仰角和横滚角构建dcm矩阵，根据角度相对关系矩阵反求双天线和惯导间的角度差异，得到差异序列，并对序列求平均，得到航向角的标定值，该方法需要至少10分钟以上的卫星观测数据，耗时长，实现复杂，无法满足车辆量产下线节拍需求；如专利(申请公布号：cn 112684478a)需要对载体在不同转弯半径下进行多次数据采集，对测试场地要求较高。对于智能驾驶车辆下线时，需要满足快速、操作简单、标定场地要求不复杂的生产要求，鉴于此，一种智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法是业内急需。


技术实现要素：

3.为快速、简单对智能驾驶车辆双gnss天线航向角进行标定，本发明的第一方面提供了一种智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法，包括：获取待标定车辆沿预设直线路段行驶过程中导航设备的位姿数据，并判断其有效性；所述位姿数据包括位置信息、航向角和定位状态；根据所述位姿数据的有效部分，分别计算基于位置信息的第一航向角和基于导航设备输出的航向角的第二航向角；根据第一航向角和第二航向角，计算待标定车辆的双gnss天线的安装误差；利用所述待标定车辆的双gnss天线的安装误差对待标定车辆进行标定。
4.在本发明的一些实施例中，所述第一航向角通过如下步骤计算：将采集到的每个位置信息转化为平面直角坐标系值；将多个平面直角坐标系值进行线性拟合，得到待标定车辆行驶路线的拟合函数；根据所述拟合函数的斜率计算第一航向角。
5.进一步的，所述平面直角坐标系为墨卡托坐标系。
6.在本发明的一些实施例中，所述第二航向角通过如下步骤计算：提取导航设备在一次测试中的多个航向角；计算所述多个航向角的平均值，即第二航向角。
7.在本发明的一些实施例中，所述根据第一航向角和第二航向角，计算待标定车辆的双gnss天线的安装误差包括：计算所述第一航向角和第二航向角之间的差值，则两者之间的差值为待标定车辆的双gnss天线的安装误差。
8.在上述的实施例中，所述获取待标定车辆沿预设直线路段行驶过程中导航设备的
位姿数据，并判断其有效性包括：判断所述位姿数据中的导航数据是否存在固定解；判断所述位姿数据中的航向角与预设直线路段的航向角误差是否在预设区间内。
9.本发明的第二方面，提供了一种智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定装置，包括：获取模块，用于获取待标定车辆沿预设直线路段行驶过程中导航设备的位姿数据，并判断其有效性；所述位姿数据包括位置信息、航向角和定位状态；第一计算模块，用于根据所述位姿数据的有效部分，分别计算基于位置信息的第一航向角和基于导航设备输出的航向角的第二航向角；第二计算模块，用于根据第一航向角和第二航向角，计算待标定车辆的双gnss天线的安装误差；标定模块，用于利用所述待标定车辆的双gnss天线的安装误差对待标定车辆进行标定。
10.进一步的，所述获取模块包括：第一判断单元，用于判断所述位姿数据中的导航数据是否存在固定解；第二判断单元，用于判断所述位姿数据中的航向角与预设直线路段的航向角误差是否在预设区间内。
11.本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明在第一方面提供的智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法。
12.本发明的第四方面，提供了一种计算机可读介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明在第一方面提供的智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法。
13.本发明的有益效果是：
14.本发明提供一种智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法及装置，其方法包括：获取待标定车辆沿预设直线路段行驶过程中导航设备的位姿数据，并判断其有效性；所述位姿数据包括位置信息、航向角和定位状态；根据所述位姿数据的有效部分，分别计算基于位置信息的第一航向角和基于导航设备输出的航向角的第二航向角；根据第一航向角和第二航向角，计算待标定车辆的双gnss天线的安装误差；利用所述待标定车辆的双gnss天线的安装误差对待标定车辆进行标定。由于标定场地、标定条件和标定过程中的计算简单，因而能实现对标定条件要求不高的智能驾驶车辆双gnss天线航向角的快速有效标定。基于智能驾驶车辆双gnss天线横向或纵向安装方式，选择一定条件的下线标定场地对双天线航向角的安装误差进行计算，最终将计算的安装误差补偿到定位算法中。该方法操作简单、有效，克服了目前所存在的双gnss天线航向角标定方法存在的缺点，经实际验证，可以应用在智能驾驶车辆下线的生产节拍中。总体来看，通过本方法，实现方法简单，可以有效节省双天线航向角标定时间，适应生产要求，且通用性较强，具有一定的推广价值。
附图说明
15.图1为双gnss天线在智能驾驶车辆的安装位置示意图；
16.图2为本发明的一些实施例中的智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法的基本流程示意图；
17.图3为本发明的一些实施例中的智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法的具体流程示意图；
18.图4为本发明的一些实施例中的预设直线路段及下线标定场地的示意图；
19.图5为本发明的一些实施例中的双gnss天线的安装误差计算流程示意图；
20.图6为本发明的一些实施例中的车辆行驶轨迹和线性拟合图像；
21.图7为本发明的一些实施例中的车辆航向角偏差示意图；
22.图8为本发明的一些实施例中的智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定装置的结构示意图；
23.图9为本发明的一些实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
24.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
25.参考图1与图2，在本发明的第一方面，提供了一种智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法，包括：s100.获取待标定车辆沿预设直线路段行驶过程中导航设备的位姿数据，并判断其有效性；所述位姿数据包括位置信息、航向角和定位状态；s200.根据所述位姿数据的有效部分，分别计算基于位置信息的第一航向角和基于导航设备输出的航向角的第二航向角；s300.根据第一航向角和第二航向角，计算待标定车辆的双gnss天线的安装误差；s400.利用所述待标定车辆的双gnss天线的安装误差对待标定车辆进行标定。
26.可以理解，上述步骤中的预设直线路段是为了快速标定，本领域技术人员可根据实际情况，将上述预设直线路段变更为包含一个或多个直线路段的复合直线路段，通过对采集数据的时间控制和后面的数据处理，将采集到的位姿数据转换到同一预设直线路段上。位姿通常是指：相机在世界坐标系中的位姿。在本发明中，是泛指包含卫星导航设备、惯性航行导航设备或视觉传感器中的一种或多种通过数据融合得到的自身车辆的坐标信息(参考坐标系的三维坐标)和朝向(航向角)。坐标信息可以通过世界坐标系和相机坐标系之间相互转换而得到。gnss(global navigation satellite system，全球导航卫星系统)是利用一组卫星的伪距、星历、卫星发射时间等观测量，以及用户接收的时钟差。通过全球导航卫星系统是能在地球表面或近地空间的任何地点为用户提供3维坐标、速度和时间等信息。
27.其中，任一辆智能驾驶车辆均可以包括传感器、智能驾驶域控制器、车载通信设备、高精度定位设备、车辆其他控制器和人机交互系统。其中，传感器包括以下设备中一种或多种：至少一个毫米波雷达、至少一个激光雷达、至少一个相机。下面对智能驾驶车辆包含的上述模块的功能进行详细解释：
28.毫米波雷达：是工作在毫米波段(millimeter wave)探测的雷达，用于采集到达障碍物的光束传输时间和光束的速度，并将采集的数据发送给所述智能驾驶域控制器；或者用于在采集光束传输时间和光束的速度后，计算周围障碍物的距离、速度等数据，并将计算得到的数据发送给所述智能驾驶域控制器。
29.激光雷达：是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关数据，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。在本技术中，激光雷达用于采集从障碍物反射回来的信号，并将
反射回来的信号和发射信号发送给所述智能驾驶域控制器；或者采集从障碍物反射回来的信号后，与发射信号对比，处理得到周围障碍物的距离、速度等数据，并将处理得到的数据发送给所述智能驾驶域控制器。
30.相机：用于采集周围图像或视频，并将采集的图像或视频发送给所述智能驾驶域控制器；其中，当相机是智能摄像头时，相机可以采集图像或视频后，分析图像或视频得到周围障碍物的速度和距离等，并将分析得到的数据发送给所述智能驾驶域控制器。
31.高精度定位设备：采集当前车辆的精确位置信息(误差小于20cm)，及所述精确位置信息对应的全球定位系统(global positioning system，gps)时间信息，并将采集的信息发送给所述智能驾驶域控制器。其中，所述高精度定位设备可以是组合定位系统或组合定位模块。所述高精度定位设备可以包括全球导航卫星系统(globalnavigation satellite system，gnss)、惯性测量单元(inertial measurement unit，imu)等设备和传感器。全球导航卫星系统能够输出一定精度(例如，5－10hz)的全局定位信息，惯性测量单元频率一般较高(例如，1000hz)，所述高精度定位设备可以通过融合惯性测量单元和全球导航卫星系统的信息，输出高频的精准定位信息(一般要求200hz以上)。
32.车辆其他控制器：执行所述智能驾驶域控制器的控制命令，将车辆转向、档位、加速、减速等相关信息发送给所述智能驾驶域控制器。
33.人机交互系统：提供智能车与驾驶员消息交互的音视频方式，可以利用显示屏显示本车辆与其他车辆的轨迹。
34.智能驾驶域控制器：可以设置于车辆内的，智能驾驶域控制器具体由处理器实现，处理器包括中央处理器(central processing unit，cpu)或者具备处理功能的设备或模块。例如，智能驾驶域控制器可以是车载移动数据中心(mobile data center，mdc)。执行自动驾驶功能时，即在自动驾驶模式下，智能驾驶域控制器将轨迹规划信息发送到车载通信设备，将自身位置信息及周围其他车辆预测轨迹发送至所述人机交互系统；人驾驶车辆时，即在人工驾驶模式下，将传感器信息和车辆实际轨迹及自身预测轨迹(根据传感器信息、车辆其他控制器传来的信息由神经网络或其他人工智能(artificial intelligence，ai)算法预测)发送到车载通信设备，将自身位置信息及周围其他车辆的预测轨迹发送至人机交互系统。
35.车载通信设备：与其他车辆通信的设备，接收其他车辆轨迹预测信息(也可描述成预测轨迹、轨迹信息等)并发送给智能驾驶域控制器，并将自身轨迹发送给周围其他车辆；与云端通信，将车辆上传感器信息、定位信息及其他控制器信息发送到云端，接收云端训练好的模型参数。例如车载通信设备可以是远程信息处理器(telematics box，tbox)。
36.参考图3，在本发明的一个实施例中，步骤s100－s400可以通过具体的功能模块来实现，即：包括定位设备初始化模块(实现组合导航初步收敛)、数据记录模块(车辆沿直线按30－50km/h车速行驶，记录经纬度、航向角、定位状态等数据)、数据有效性判断模块(对记录的数据进行判断，分析数据是否有效)、数据处理模块(计算出安装误差)，以及航向角误差补偿模块(将安装误差补偿到组合导航算法中)。
37.在本发明的实施例的步骤s100中，所述获取待标定车辆沿预设直线路段行驶过程中导航设备的位姿数据，并判断其有效性包括：s101.判断所述位姿数据中的导航数据是否存在固定解；s102.判断所述位姿数据中的航向角与预设直线路段的航向角误差是否在预
设区间内。
38.应理解，整周模糊度的求解是gnss高精度定位中的关键性问题，正确快速地固定整周模糊度能使gnss的定位精度到达厘米甚至毫米级。在gnss相对定位过程中，通过卡尔曼滤波可以求解得双差整周模糊度参数的浮点解(即小数解)及其方差－协方差矩阵，而由于整周模糊度具有整数特性，那么不管是单差整周模糊度还是双差整周模糊度都理应是整数。如何利用整周模糊度参数的浮点解及其方差－协方差矩阵，正确求得整周模糊度参数的固定解(即整数解)。可选的，采用lambda算法计算导航数据中的固定解。
39.具体地，包括：
40.步骤1：定位设备初始化：组合导航设备在车辆上电后，通过上位机观察设备定位状态，待输出的定位状态显示固定解即完成定位设备初始化。智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定需要在下线标定场地中进行，场地和标定过程一般需要满足以下条件，以保证数据的准确性：a)标定环境开阔无遮挡，无其他设备干扰卫星及通讯信号；b)确保车辆行驶的车道包含可见的明显参照物(车道线、路沿等)，车道直线段在100米以上；c)车辆应尽量保持直线行驶，避免超车、转弯，方向盘转动角度在
±1°
以内；d)标定过程中车辆速度保持在30－50km/h。
41.步骤2：直线行驶，数据记录：下线标定的直线行驶的路线如图4所示，完成初始化后车辆沿固定直路段行驶，通过上位机记录位置信息(经纬度)、航向角和定位状态，为保证数据精度，一般采集三次直线行驶的数据。
42.步骤3：数据有效性判断：采集完数据后点击上位机结束录制按钮，软件自动分析数据有效性，数据有效性的判断主要包含以下几方面的内容：a)判断采集的导航数据是否所有都是固定解，如果不都是固定解则上报数据无效；b)判断采集的航向角数据与道路的航向角是否在
±1°
误差以内；c)如果判定数据无效，需要重复步骤1和步骤2，重新采集数据。
43.参考图5，在本发明的一些实施例的步骤s200或s300中，所述第一航向角通过如下步骤计算：将采集到的每个位置信息转化为平面直角坐标系值；将多个平面直角坐标系值进行线性拟合，得到待标定车辆行驶路线的拟合函数；根据所述拟合函数的斜率计算第一航向角。
44.具体地，将步骤s100获取到的有效数据分为两部分，一部分为通过轨迹计算车辆的航向角；另一部分为双gnss天线组合导航输出的航向角。通过对比车辆实际行驶轨迹计算出的航向角和双天线输出的航向角，两者的差值即为双gnss天线的安装误差。
45.第一部分：
46.a)将采集的经纬度转换为平面直角坐标系值，如墨卡托坐标系等，本发明采用的proj库文件(开源gis最著名的地图投影库，著名的开源图像库gdal中的投影转换函数也是动态调用该库函数的)进行调用墨卡托转换函数来计算转换后的墨卡托坐标系的值；
47.b)将转换后的墨卡托坐标进行一次线性拟合，求出车辆行驶路线的拟合函数；
48.c)求出拟合函数的斜率；
49.d)利用反三角函数，将拟合函数的斜率转换为行驶路径的角度，该角度即为车辆行驶的实际航向角；
50.第二部分：
51.a)提取记录组合导航设备的航向角；
52.b)将一次记录的航向角所有值进行求取平均值，得到双天线输出的航向角，该值包含了双天线的安装误差。
53.在本发明的一些实施例的步骤s300中，所述根据第一航向角和第二航向角，计算待标定车辆的双gnss天线的安装误差包括：计算所述第一航向角和第二航向角之间的差值，则两者之间的差值为待标定车辆的双gnss天线的安装误差。
54.参考图6与图7，在本发明的一些实施例的步骤s400中，利用所述待标定车辆的双gnss天线的安装误差对待标定车辆进行标定。具体地，航向角误差补偿，将计算出的有效的角度误差通过配置文件的形式补偿到算法中。为保证标定的准确性，计算出的位置偏差和航向角偏差应满足以下要求认为本次标定有效：a)位置偏差：实际行驶轨迹点与拟合的一次函数横向偏差值小于15cm；b)航向角偏差：车辆航向角与车辆航向角平均值偏差应小于0.3
°
。
55.可以理解，本发明提供一种快速有效、标定条件要求不高的智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定方法。基于智能驾驶车辆双gnss天线横向或纵向安装方式，选择一定条件的下线标定场地对双天线航向角的安装误差进行计算，最终将计算的安装误差补偿到定位算法中。该方法操作简单、有效，克服了目前所存在的双gnss天线航向角标定方法存在的缺点，经实际验证，可以应用在智能驾驶车辆下线的生产节拍中。总体来看，通过本方法，实现方法简单，可以有效节省双天线航向角标定时间，适应生产要求，且通用性较强，具有一定的推广价值。
56.实施例2
57.参考图8，本发明的第二方面，提供了本发明的第二方面，提供了一种智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定装置1，包括：获取模块11，用于获取待标定车辆沿预设直线路段行驶过程中导航设备的位姿数据，并判断其有效性；所述位姿数据包括位置信息、航向角和定位状态；第一计算模块12，用于根据所述位姿数据的有效部分，分别计算基于位置信息的第一航向角和基于导航设备输出的航向角的第二航向角；第二计算模块13，用于根据第一航向角和第二航向角，计算待标定车辆的双gnss天线的安装误差；标定模块14，用于利用所述待标定车辆的双gnss天线的安装误差对待标定车辆进行标定。
58.进一步的，所述获取模块11包括：第一判断单元，用于判断所述位姿数据中的导航数据是否存在固定解；第二判断单元，用于判断所述位姿数据中的航向角与预设直线路段的航向角误差是否在预设区间内。
59.在本发明的一种智能驾驶车辆双gnss天线航向角标定装置的另一个实施例中：包括定位设备初始化模块(实现组合导航初步收敛)、数据记录模块(车辆沿直线按30－50km/h车速行驶，记录经纬度、航向角、定位状态等数据)、数据有效性判断模块(对记录的数据进行判断，分析数据是否有效)、数据处理模块(计算出安装误差)，以及航向角误差补偿模块(将安装误差补偿到组合导航算法中)。
60.实施例3
61.参考图9，本发明的第三方面，提供了一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现本发明在第一方面的智能驾驶车辆双gnss天线航向角标
定方法。
62.电子设备500可以包括处理装置(例如中央处理器、图形处理器等)501，其可以根据存储在只读存储器(rom)502中的程序或者从存储装置508加载到随机访问存储器(ram)503中的程序而执行各种适当的动作和处理。在ram 503中，还存储有电子设备500操作所需的各种程序和数据。处理装置501、rom 502以及ram 503通过总线504彼此相连。输入/输出(i/o)接口505也连接至总线504。
63.通常以下装置可以连接至i/o接口505：包括例如触摸屏、触摸板、键盘、鼠标、摄像头、麦克风、加速度计、陀螺仪等的输入装置506；包括例如液晶显示器(lcd)、扬声器、振动器等的输出装置507；包括例如硬盘等的存储装置508；以及通信装置509。通信装置509可以允许电子设备500与其他设备进行无线或有线通信以交换数据。虽然图9示出了具有各种装置的电子设备500，但是应理解的是，并不要求实施或具备所有示出的装置。可以替代地实施或具备更多或更少的装置。图9中示出的每个方框可以代表一个装置，也可以根据需要代表多个装置。
64.特别地，根据本公开的实施例，上文参考流程图描述的过程可以被实现为计算机软件程序。例如，本公开的实施例包括一种计算机程序产品，其包括承载在计算机可读介质上的计算机程序，该计算机程序包含用于执行流程图所示的方法的程序代码。在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信装置509从网络上被下载和安装，或者从存储装置508被安装，或者从rom502被安装。在该计算机程序被处理装置501执行时，执行本公开的实施例的方法中限定的上述功能。需要说明的是，本公开的实施例所描述的计算机可读介质可以是计算机可读信号介质或者计算机可读存储介质或者是上述两者的任意组合。计算机可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子可以包括但不限于：具有一个或多个导线的电连接、便携式计算机磁盘、硬盘、随机访问存储器(ram)、只读存储器(rom)、可擦式可编程只读存储器(eprom或闪存)、光纤、便携式紧凑磁盘只读存储器(cd－rom)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。在本公开的实施例中，计算机可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。而在本公开的实施例中，计算机可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了计算机可读的程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。计算机可读信号介质还可以是计算机可读存储介质以外的任何计算机可读介质，该计算机可读信号介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。计算机可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于：电线、光缆、rf(射频)等等，或者上述的任意合适的组合。
65.上述计算机可读介质可以是上述电子设备中所包含的；也可以是单独存在，而未装配入该电子设备中。上述计算机可读介质承载有一个或者多个计算机程序，当上述一个或者多个程序被该电子设备执行时，使得该电子设备：
66.可以以一种或多种程序设计语言或其组合来编写用于执行本公开的实施例的操作的计算机程序代码，程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如java、smalltalk、c 、python，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“c”语言或类似的程序
设计语言。程序代码可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络——包括局域网(lan)或广域网(wan)——连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
67.附图中的流程图和框图，图示了按照本公开各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。需要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
68.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。