[发明专利]一种基于滤波融合的轨道循迹方法与系统

权利要求书

1.一种基于滤波融合的轨道循迹方法,其特征在于，以车辆行驶方向为X轴，水平面与X轴垂直的方向为Y轴，轨道两侧分别设有第一激光扫描仪和第二激光扫描仪，车辆轮胎上设有编码器，并通过上位机处理数据，包括步骤：

A1：上位机接收第一激光扫描仪和第二激光扫描仪的激光扫描曲线，以及编码器以预设距离为间隔的脉冲信号；

A2：根据激光扫描曲线获取当前跳变特征点的位置坐标，并根据脉冲信号个数计算轮胎的位移距离；

A3：根据位置坐标获取当前跳变特征点与上一跳变特征点的位置偏差；

A4：根据位置偏差计算车辆偏移角度；

A5：根据车辆偏移角度以及位移距离对车辆轨迹进行跟踪；

在执行所述步骤A2的同时，根据激光扫描结果，还包括步骤：

B1：当扫描到枕木时，根据激光扫描曲线获取跳变极值始末的首端特征点和末端特征点的位置坐标；

B2：根据首端特征点和末端特征点的坐标差值获得枕木测量宽度，并与枕木标准宽度比较获得差值，根据差值对编码器进行校准；

C1：当未扫描到枕木时，利用卡尔曼滤波融合算法校准编码器；

所述第一激光扫描仪与第二激光扫描仪在X轴方向上间隔一个枕木标准宽度的距离，第一激光扫描仪、第二激光扫描仪与轨道中位线等距，激光扫描仪的扫描范围为枕木。

2.如权利要求1所述的一种基于滤波融合的轨道循迹方法，其特征在于，步骤A3或步骤B3中，所述

跳变特征点为激光扫描仪扫描到枕木时激光扫描曲线发生跳变的数据点；

首端特征点和末端特征点为激光扫描仪扫描到枕木期间数据点连续处于极值的激光扫描曲线两端的数据点。

3.如权利要求1所述的一种基于滤波融合的轨道循迹方法，其特征在于，所述步骤A1后还包括步骤：

A11：对激光扫描数据进行移动中位数去噪；

A12：对激光扫描数据进行噪点填充并数据标准化；

A13：利用最小二乘法对激光扫描数据进行拟合。

4.如权利要求1所述的一种基于滤波融合的轨道循迹方法，其特征在于，步骤A4中，所述车辆偏移角度是根据跳变特征点之间的位置偏差分别在X轴和Y轴上的差值，利用三角函数获得，

式中，A为车辆偏移角度，x为位置偏差在X轴上的坐标差值，y为位置偏差在Y轴上的坐标差值，为轮胎的位移距离。

5.一种基于滤波融合的轨道循迹系统，其特征在于，以车辆行驶方向为X轴，水平面与X轴垂直的方向为Y轴，轨道两侧分别设有第一激光扫描仪和第二激光扫描仪，车辆轮胎上设有编码器，并通过上位机处理数据，其中：

第一激光扫描仪和第二激光扫描仪用于通过激光扫描枕木并生成相应的激光扫描曲线；

编码器用于以预设距离为间隔测量轮胎转动的角度并反馈脉冲信号；

上位机用于根据激光扫描曲线获取当前跳变特征点的位置坐标，并根据脉冲信号个数计算轮胎的位移距离；

上位机还用于根据位置坐标获取当前跳变特征点的位置偏差，并结合上一跳变特征点的位置偏差计算车辆偏移角度，根据车辆偏移角度以及位移距离对车辆进行跟踪；

上位机还用于根据激光扫描曲线获取跳变极值始末的首端特征点和末端特征点的位置坐标，根据两者位置坐标的差值获得枕木测量宽度，以及测量宽度与枕木标准宽度的差值，在扫描到枕木时利用差值对编码器进行校准，在未扫描到枕木时利用卡尔曼滤波算法对编码器进行校准；

所述第一激光扫描仪与第二激光扫描仪在X轴方向上间隔一个枕木标准宽度的距离，第一激光扫描仪、第二激光扫描仪与轨道中位线等距，激光扫描仪的扫描范围为枕木。

6.如权利要求5所述的一种基于滤波融合的轨道循迹系统，其特征在于，所述

跳变特征点为激光扫描仪扫描到枕木时激光扫描曲线发生跳变的数据点；

首端特征点和末端特征点为激光扫描仪扫描到枕木期间数据点连续处于极值的激光扫描曲线两端的数据点。