[发明专利]一种基于毫米波雷达与IMU融合的实时定位装置及方法

说明书

本发明公开了一种基于毫米波雷达与IMU融合的实时定位装置及方法，装置由处理器、毫米波雷达传感器以及惯性测量单元传感器组成；本发明首先对毫米波雷达和惯性测量单元数据进行预处理，包括毫米波雷达数据的距离和多普勒傅里叶变换，以及惯性测量单元的预积分；然后通过获取的传感器实时数据，利用算法实时计算毫米波雷达传感器的精确位置与姿态；本发明实现了一种基于毫米波雷达与惯性测量单元融合的实时定位方法。本发明具有在复杂环境中无缝定位、数据自动采集、自主导航定位等功能，是一种多传感器融合的可在复杂环境无缝定位、自动化数据采集和自主导航定位方法和无人系统智能装备。

技术领域

本发明属于测绘技术领域，涉及一种基于毫米波雷达与惯性测量单元融合的实时定位装置及方法，具体涉及一种利用调频连续波技术的毫米波雷达(Radar)和惯性测量单元(IMU)融合的实时定位装置及方法。

背景技术

毫米波(mmWave)是一类使用短波长电磁波的特殊雷达技术。雷达系统发射的电磁波信号被其发射路径上的物体阻挡继而会发生反射。通过捕捉反射的信号，雷达系统可以确定物体的距离、速度和角度。

毫米波雷达可发射波长为毫米量级的信号。在电磁频谱中，这种波长被视为短波长，具有其独特的优势。例如：

1)处理毫米波信号所需的系统组件(如天线)的尺寸可以很小。

2)短波长的另一项优势是高准确度。在工作频率为76–81GHz(对应波长约为4mm)的毫米波系统能够精确检测小至零点几毫米的定位信息。

3)相比视觉摄像头或激光雷达等产品，毫米波的短波长特性使其穿透性大大增强，几乎不受雨雪，大雾，黑暗强光等极端天气的影响。

毫米波雷达目前的常见应用包括BSD盲点检测，ACC自适应巡航，AEB自动紧急刹车，交通测速，工业液位检测等，除了传统应用，目前很多国内外的科研机构和企业也在尝试使用毫米波雷达进行场景感知和态势识别。目前在无人系统中，基于视觉摄像头和激光雷达的导航方法逐渐成熟，但是将毫米波雷达用于无人系统的导航定位方面还很少有人尝试。

综上所述，现有方法存在以下问题：

1)基于视觉摄像头和激光雷达的无人系统导航方法受本身传感器的限制，无法在雨雪，大雾，黑暗强光等极端环境中稳定运行；

2)激光雷达传感器成本较高，目前还很难大面积普及。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种新型的基于毫米波雷达与惯性测量单元融合的无人系统导航定位装置及方法。

本发明的装置所采用的技术方案是：一种基于毫米波雷达与IMU融合的实时定位装置，包括处理器、毫米波雷达传感器以及惯性测量单元传感器；

所述处理器，用于采集并处理毫米波雷达传感器和惯性测量单元传感器数据，计算出毫米波雷达在所处环境中的实时位置；

所述毫米波雷达传感器，用于所述装置移动时发射和采集返回的毫米波雷达调频连续波数据；

所述惯性测量单元传感器，用于所述装置移动时采集加速度数据和陀螺仪数据；

所述处理器分别与所述毫米波雷达传感器以及惯性测量单元传感器连接通信。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种基于毫米波雷达与IMU融合的实时定位方法，包括以下步骤：

步骤1：采集毫米波雷达传感器数据和惯性测量单元传感器数据，包括毫米波雷达传感器调制的调频连续波信号以及系统运动的加速度和角速度；

步骤2：毫米波雷达传感器数据预处理和惯性测量单元传感器数据预处理，包括毫米波雷达传感器数据的距离和多普勒傅里叶变换，将毫米波雷达传感器数据帧转换为灰度图像，以及惯性测量单元传感器数据的预积分；