[发明专利]一种GPS激光融合SLAM中坐标系动态对齐方法

说明书

本发明涉及一种GPS激光融合SLAM中坐标系动态对齐方法，包括步骤：S1、获取GPS数据并进行第一处理，将处理后的GPS数据并保存；S2、获取3D激光点云数据并进行第二处理，获得激光里程计数据并保存；S3、同步处理后的GPS数据和激光里程计数据；S4、筛选数据点对；S5、基于所述数据点对计算航向角，从而实现GPS激光融合SLAM中坐标系的动态对齐。本方案只需要提供单个GPS设备，无需磁力计，无需用户进行特殊动作，方便无缝接入激光SLAM算法软件中。

技术领域

本发明属于智能机器人技术领域，特别涉及一种GPS激光融合SLAM中坐标系动态对齐方法。

背景技术

全球定位系统(GPS)是当前室外定位不可或缺的技术。GPS系统包括GPS卫星，地面主控站、数据注入站和监测站及作为用户端的GPS接收机。最少只需其中3颗卫星，就能迅速确定用户端在地球上所处的位置及海拔高度。现在民用GPS可以达到十米左右的定位精度。GPS定位系统是利用卫星基本三角定位原理、GPS接收装置以量测无线电信号的传输时间来量测距离，就可以定出使用者所在位置。但是室外机器人是在复杂的动态环境中工作，GPS多路径效应及信号被遮挡问题严重影响室外机器人利用GPS进行实时定位。

SLAM(Simultaneous Localization and Mapping)，同步定位与地图构建指的是：机器人从未知环境的未知地点出发，在运动过程中通过重复观测到的环境特征定位自身位置和姿态，再根据自身位置构建周围环境的增量式地图，从而达到同时定位和地图构建的目的。SLAM技术目前是室外机器人主要定位方法之一。

针对室外巡逻机器人通常工作在公司园区，街区，广场等场景大，动态干扰多和城市密集。单一激光SLAM方式存在长时间误差累积误差和动态干扰影响激光配准精度缺点，相对GPS定位不存在累积误差，但容易受到信号遮挡影响定位精度。因此，室外机器人，无人车多采用GPS/激光融合SLAM算法方式，提高室外大场景SLAM的鲁棒性和精度。

GPS/激光融合SLAM算法将引入一个新的关键技术点：GPS坐标系与机器人坐标系对齐技术。坐标系对齐的精度直接影响GPS/激光融合SLAM的精度，甚至如果存在坐标系不对齐问题，将有可能导致GPS/激光融合SLAM精度低于单独激光SLAM精度或者低于GPS定位精度。目前解决GPS坐标系与机器人坐标系对齐技术主要分为以下几种方案：

1、双天线定位定向：通过机器人上前后各搭载一个GPS接收器，利用两GPS各自给出的定位点，通过三角函数求出两点之间连线的方向角(机器人航向角)，完成机器人坐标系到GPS坐标系的对齐；

2、磁力计辅助定向：单个GPS天线中内置磁力计实现静态实时计算机器人当前航向角。完成机器人坐标系到GPS坐标系对齐；

3、直线行走定向：机器人搭载单个GPS天线，GPS初始定点a，通过保证控制机器人直线前线一段距离，GPS当前定点b；与方案一类似，已知两点ab，通过三角函数求出两点之间连线的方向角(机器人航向角)，完成机器人坐标系到GPS坐标系的对齐；

上文已经清楚描述了目前实现GPS坐标系与机器人坐标系对齐的三种主流技术方案。针对室外机器人，上面三种方案均存在不同的缺点：

方案1中，双天线的安装要求长度不能太小(1m),否则定向精度可能受损，室外机器人并不能满足此条件，同时双天线增加了机器人的成本。

方案2中，磁力计计算航向，金属干扰太多，特别容易导致定向不准，严重影响机器人产品的鲁棒性及客户使用感；

方案3中，与本发明提出的技术方案最为接近，但方案3要求机器人直线行走一段，然而实际机器人产品中由于安装和运动模型问题，很难保证机器人真正是直线行走。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种GPS激光融合SLAM中坐标系动态对齐方法。