[發明專利]一種高冗余的室內煤場導航方法及系統

有效

• 申請號: 202011026735.3
• 申請日: 2020-09-25
• 公開（公告）號: CN112229392B
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 周立群;沈潤杰;劉晨旭;修正平;趙紫燕;何宗源
• 申請（專利權）人: 福建華電可門發電有限公司;上海樞創科技有限公司
• 主分類號: G01C21/00
• 分類號: G01C21/00;G01C21/16;G01C21/20;G01S19/48;G01S19/49;H04W4/021;H04W4/024;H04W4/33
• 代理公司: 杭州橙知果專利代理事務所(特殊普通合伙) 33261
• 代理人: 李品

本發明公開了一種高冗余的室內煤場導航方法及系統，其中涉及的一種高冗余的室內煤場導航方法，包括步驟：S11.分別獲取設置于煤場的UWB子系統、INS子系統、SLAM子系統的導航數據；S12.判斷獲取的SLAM子系統的導航數據是否合格，若是，則選取SLAM子系統的導航數據與UWB子系統的導航數據作為待融合數據；若否，則選取INS子系統的導航數據與UWB子系統的導航數據作為待融合數據；S13.根據所述待融合數據建立卡爾曼濾波模型，根據所述建立的卡爾曼濾波模型輸出SLAM子系統或INS子系統誤差量的估計值，得到煤場的定位數據。本發明為室內煤場環境(GNSS信號微弱或不存在)下無人機飛行提供安全、準確的導航數據。

技術領域

本發明涉及導航技術領域，尤其涉及一種高冗余的室內煤場導航方法及系統。

背景技術

火電站煤場的管理工作中，火電站煤場內環境惡劣，現有的煤量測量方法操作復雜、操作時間長。近年來隨著機器視覺、傳感器科學、人工智能等領域的快速發展，智能無人機的應用已經逐步從軍用、消費領域拓展到工業生產中。利用無人機進行煤場盤煤可克服傳統煤場測量方法存在的測量周期長，精度低，運行成本高等缺點。

半封閉式煤場內部結構復雜，障礙物較多，不能有效地利用GNSS信號。選用視覺UWB、INS、SLAM等代替性的定位技術能夠在室內環境下獲取位置信息，但上述三種定位技術在煤場環境下均有一定缺點，無法滿足導航可靠性要求。

半封閉式煤場內部結構復雜，干擾因素較多，獨立的UWB、INS、SLAM定位技術均無法滿足無人機定位需求。超寬帶(Ultra-Wideband，UWB)技術作為一種新興的無線通信技術，其使用納秒級(ns)至皮秒(ps)級的非正弦窄脈沖進行數據傳輸。針對傳統無線技術在通信過程中存在的問題，利用超寬帶技術開發的具有千兆赫茲容量的新型無線信道可以解決信道窄、容量小、易受干擾等問題。

基于上面這些技術的支持，UWB具有極高的信號帶寬。它對信道衰落具有很強的免疫能力，具有時間分辨率高、穿透能力強、功耗低、測距精度高、系統成本較低等特點。但在實際使用中物體遮擋會造成的較大的精度誤差，無法滿足無人機控制的要求。

捷聯式慣導系統(INS)是將加速度計、陀螺儀等慣性測量元件直接安裝在載體內部，然后經過數學平臺(由捷聯矩陣經過轉換到導航坐標系中的參量)輸出，然后再將輸出的數據解算出來。由于INS系統的位置量是由積分計算得到，誤差數據會不斷累積，因此較長的時間尺度下難以保持穩定性。

SLAM技術是一種基于圖像(激光)的即時定位與建圖技術，它根據圖像數據，計算幀與幀之間的位置關系，在移動過程中根據位置估計和先驗地圖進行自身定位，同時建造環境地圖。但由于在煤場作業中，煤堆體積、位置等地理信息變化較大，導致先驗地圖無法使用，這使得SLAM方法精度會隨著時間推移逐漸下降，且穩定性不足。

因此，如何將上述三種定位技術進行融合且應用于煤場中是丞待解決的的問題。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的缺陷，提供了一種高冗余的室內煤場導航方法及系統，為室內煤場環境(GNSS信號微弱或不存在)下無人機飛行提供安全、準確的導航數據。

為了實現以上目的，本發明采用以下技術方案：

一種高冗余的室內煤場導航方法，包括步驟：

S1.分別獲取設置于煤場的UWB子系統、INS子系統、SLAM子系統的導航數據；

S2.判斷獲取的SLAM子系統的導航數據是否合格，若是，則選取SLAM子系統的導航數據與UWB子系統的導航數據作為待融合數據；若否，則選取INS子系統的導航數據與UWB子系統的導航數據作為待融合數據；

S3.根據所述待融合數據建立卡爾曼濾波模型，根據所述建立的卡爾曼濾波模型輸出SLAM子系統或INS子系統誤差量的估計值，得到煤場的定位數據。