[发明专利]惯性测量单元和全球导航系统之间杆臂的标定方法和装置

说明书

本发明实施例公开了一种惯性测量单元和全球导航系统之间杆臂的标定方法和装置，该方法包括：在GNSS的采样时刻，将IMU的运动状态信息作为预设滑动窗口中待优化的关键帧中的数据；利用关键帧中的数据，以及在相邻关键帧之间所获取的IMU的多帧采样数据的增量，构建相邻关键帧之间包含有IMU运动状态增量残差的量测方程，量测方程中还包括待优化的IMU和GNSS之间的杆臂值和IMU的安装角；基于采样得到的GNSS数据，并根据基于预设滑动窗口的优化算法，以及相邻关键帧之间的约束关系，对量测方程中待优化的数据进行优化处理，得到满足预设收敛条件的目标杆臂值和安装角。通过采用上述技术方案，提升了杆臂的测量精度。

技术领域

本发明涉及自动驾驶技术领域，具体涉及一种惯性测量单元和全球导航系统之间杆臂的标定方法和装置。

背景技术

惯性测量单元(Inertial measurement unit，IMU)可以在不依赖外部条件，依靠自身提供高频的角速度和加速度输出，从而为获取高频位置、速度和姿态提供了可能(位置、速度和姿态统称POSE)。IMU放置于汽车某处，可以获得被安装处附近的角速度和加速度量测值，汽车一般是刚性连接，因此车体各处的角速度一般认为是一致的，但线速度则不一定相同，单纯依靠IMU并不能获得汽车的绝对位置、速度和姿态，仅能获得某个时间间隔内的相对 POS增量。全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System，GNSS)中已经比较成熟的载波相位差分技术(Real-time kinematic，RTK)，作为另一种传感器可以提供精确且绝对的位置和速度。因此，很自然的想法就是将二者进行融合，从而提供出高频的绝对POSE输出。通常情况下，GNSS需要接收外部的卫星信号，GNSS传感器的天线一般外置于载体上方，尽可能减少载体自身对信号的遮挡，从而提供天线的位置和速度信息。因此，GNSS天线和 IMU并不一定放置在同一位置，那么两个传感器的位置和速度也不相同。一般情况下，用户想获得的是IMU的POSE信息，那么就必须知晓IMU和GNSS之间的三维距离，也就是我们所说的杆臂，从而将GNSS位置和速度补偿至IMU处。由于RTK可以提供厘米级精度的位置，因此杆臂的精度至少也应该是厘米级。

对于刚体连接的物体，利用软尺等工具直接量测杆臂是最常用也是最简单的方案。但上述方案有一定问题。以汽车为例子，IMU通常装在汽车内部，GNSS天线通常位于汽车顶部。首先，从结构上不方便量测；其次，当IMU的安装和车体底盘所代表车体坐标系有较大安装角度存在时，很难量测准确。通常的解决方案是：不考虑安装角，通过多次量测尽可能减少结构不便引起的误差，且要求后续使用杆臂时，要对安装角进行估计。否则，如果使用的是高精度GNSS板卡，或者安装误差角度较大且不估计时，将额外引入的误差。

发明内容

本发明实施例公开一种惯性测量单元和全球导航系统之间杆臂的标定方法和装置，提升了杆臂的测量精度。

第一方面，本发明实施例公开了一种惯性测量单元和全球导航系统之间杆臂的标定方法，该方法包括：

在全球导航卫星系统GNSS的采样时刻，将惯性测量单元IMU的运动状态信息作为预设滑动窗口中待优化的关键帧中的数据，所述运动状态信息包括位置、姿态和速度；

利用所述关键帧中的数据，以及在相邻关键帧之间所获取的IMU的多帧采样数据的增量，构建相邻关键帧之间包含有IMU运动状态增量残差的量测方程，所述量测方程中还包括待优化的IMU和GNSS之间的杆臂值和IMU在车体坐标系下的安装角；

基于采样得到的GNSS数据，并根据基于所述预设滑动窗口的优化算法，以及相邻关键帧之间的约束关系，对所述量测方程中待优化的数据进行优化处理，得到满足预设收敛条件的目标杆臂值和安装角。

可选的，所述相邻关键帧之间的约束关系通过如下方式建立：