一种无人车多源传感器信息仿真平台.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107421566A(43)申请公布日2017.12.01(21)申请号201710739673.2(22)申请日2017.08.25(71)申请人北京理工大学地址100081北京市海淀区中关村南大街5号(72)发明人王美玲冯国强于华超李亚峰(74)专利代理机构北京理工大学专利中心11120代理人刘芳仇蕾安(51)Int.Cl.G01C25/00(2006.01)权利要求书3页说明书13页附图5页(54)发明名称一种无人车多源传感器信息仿真平台(57)摘要本发明一种无人车多源传感器信息仿真平台，包括B样条插值模块、运动轨迹生成模块、GPS测量值模拟器、IMU测量值模拟器、中频信号模拟器及车辆里程计模拟器；B样条插值模块，用于拟合频率较低的真实的无人车轨迹，得到任意设置频率的无人车轨迹；轨迹发生器，用于生成所需的无人车轨迹；GPS测量值模拟器，用于根据无人车轨迹，模拟出无人车的经纬高测量值；IMU测量值模拟器，用于根据无人车轨迹，模拟出无人车的加速度和角速度；卫星中频信号模拟器，用于根据无人车轨迹，生成4路中频信号；车辆里程计模拟器，用于根据无人车轨迹，模拟出车辆的轮速和航向角。本发明仿真平台包括多种传感器的模拟器，可以根据无人车的轨迹模拟出相应的数据。CN107421566ACN107421566A权利要求书1/3页1.一种无人车多源传感器信息仿真平台，该平台包括两种工作模型，模式1：基于真实的无人车轨迹作为输入，模式2：利用轨迹生成模块产生所需无人车轨迹，且所述无人车轨迹与无人车上相机的轨迹相同，其特征在于，该仿真平台包括B样条插值模块(1)、运动轨迹生成模块(2)、GPS测量值模拟器(3)、IMU测量值模拟器(4)、中频信号模拟器(5)及车辆里程计模拟器(6)；所述B样条插值模块(1)，在模式1时使用，用于拟合频率较低的真实的无人车轨迹，得到任意设置频率的无人车轨迹；所述轨迹发生器(2)，在模式2时使用，用于生成所需的无人车轨迹；所述GPS测量值模拟器(3)，用于根据所述无人车轨迹，模拟出无人车的经纬高测量值；所述IMU测量值模拟器(4)，用于根据所述无人车轨迹，模拟出无人车的加速度和角速度；所述卫星中频信号模拟器(5)，用于根据所述无人车轨迹，生成4路中频信号；所述车辆四轮轮速和方向盘转角模拟器(6)，用于根据无人车轨迹，模拟出车辆的轮速和航向角。2.根据权利要求1所述无人车多源传感器信息仿真平台，其特征在于，所述GPS模拟器模拟出无人车的经纬高测量值的过程为：地球坐标系e和世界坐标系w的相对位姿为：其中，其中，N是基准椭球体的卯酉圆曲率半径，e为椭球偏心率，(λ0,L0,h0)为相机初始经纬高，(α0,χ0,η0)为相机初始横滚、俯仰、航向角；利用式(4)将相机轨迹转换为其在地球坐标系下的轨迹，即：设相机和GPS模拟器在无人车上相对位姿为：2CN107421566A权利要求书2/3页其中，(w2,h2,-l2)为GPS模拟器在相机坐标系下的三维坐标；最终GPS模拟器的表达式为：式(7)中(λ,L,h)即为t时刻GPS模拟所模拟出的无人车经纬高测量值。3.根据权利要求1所述无人车多源传感器信息仿真平台，其特征在于，所述IMU模拟器模拟无人车的加速度和角速度过程为：设IMU传感器和相机的相对位姿为：其中，(-w1,h1,-l1)为IMU在相机坐标系下的三维坐标；利用将t∈[ti,ti+1]时的IMU模拟器的连续位姿转换为t∈[ti,ti+1]时IMU坐标系s相对于0时刻IMU坐标系s的连续位姿：对进行求导得到加速度和角速度所述IMU模拟器的连续位姿基于平台上相机与IMU模拟器之间的相对位置关系，利用相机轨迹转换获得。4.根据权利要求1所述无人车多源传感器信息仿真平台，其特征在于，所述车辆四轮轮速和方向盘转角模拟器模拟的过程为：设IMU坐标系和车辆后轴中点坐标系相对位姿为：其中，(-l3,w1,h3)为车辆后轴中点在IMU坐标系下的三维坐标，则有：3CN107421566A权利要求书3/3页对上式求导即有：即为车辆后轴中点的速度，所以：车辆航向角角速率通过IMU模拟出的角速度来计算，车辆姿态角的微分方程为：即为航向角角速率ω。5.根据权利要求1所述无人车多源传感器信息仿真平台，其特征在于，还包括IMU模拟器的输出加速度和角速度还包括噪声，具体输出yout如下：其中，为白噪声，其协方差矩阵为：其中，Qa_vrw，Qg_vrw分别为加速度计和陀螺的随机游走系数的平方；设x初值的方差为：STD＝diag(abias_vargbias_varasacle_vargsacle_varabias_vargbias_var)(33)其中，abias_var，gb