[發明專利]一種基于彎道的車輛慣性導航軌跡地圖匹配方法

有效

• 申請號: 202110448330.7
• 申請日: 2021-04-25
• 公開（公告）號: CN113267184B
• 公開（公告）日: 2022-09-16
• 發明（設計）人: 張海;黃紅亮;夏吉喆
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01C21/16
• 分類號: G01C21/16
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 易卜

1.一種基于彎道的車輛慣性導航軌跡地圖匹配方法，其特征在于，具體步驟如下：

首先，針對某軍用車輛的當前位置，從路網地圖中確定該車輛所位于的道路編號；

然后，利用雙窗口法從車輛的實際行駛道路上，提取彎道路段和道路的特征向量；

具體過程如下：

首先，對車輛的實際行駛軌跡進行等距離插值，雙窗口中的長窗口內插值點集合為：P＝{p₁,p₂,...,p_i,...p_I}，短窗口的插值點集合為Q＝{q₁,q₂,...,q_j,...,q_J}；

然后，利用長窗口內插值點線性擬合直線l，同時利用短窗口內插值點線性擬合直線k；

接著，計算長窗口內各點到所擬合直線l的距離之和D，并判斷車輛是否處于直行狀態，如果是，利用兩擬合直線之間的夾角檢測車輛進入彎道路段的起始點和終止點；否則，車輛處于轉彎狀態時，不做處理；

距離之和D的計算公式為：

d(p_i,l)為點p_i到擬合直線l的距離；T_d為車輛狀態切換閾值；

所述的擬合直線準則為窗口內的點到所擬合直線的距離之和最小，具體為：

d(q_j,k)為點q_j到短窗口的點擬合直線k的距離；

兩擬合直線l和k之間的夾角計算公式如下：

式中k₁為直線l的斜率；k₂為直線k的斜率；

當θ角大于設定閾值θ'時，為檢測到的彎道路段起始點，即車輛進入彎道路段；當θ角小于等于閾值θ'時，為轉彎結束時的彎道路段終止點；

接著，將路網地圖中的對應編號路段也進行特征向量的提取，并與車輛實際彎道路段的特征向量，按最小均方根誤差進行最佳匹配，將匹配結果用于修正車輛的實際位置，修正后的車輛位置再次投影到車輛所行駛的道路上，從而提高車輛定位精度；

所述的提取道路特征向量的具體過程如下：

首先，對提取的彎道路段進行等距離插值，第n個插值點與第n+1個插值點構成的路段向量為V_n，以長窗口擬合直線l的方向為基準方向，基準方向向量V_b；

計算各相鄰插值點間的路段向量與基準方向向量的夾角，組成彎道路段的特征角向量F₀；

F₀＝[α₁,α₂,...α_n,...,α_N]^T

N為車輛軌跡特征角向量F₀的維度；夾角α_n為：

然后，將特征角向量變換為對應的正弦值，得到變換后的特征向量如下：

F＝[sin(α₁),sin(α₂),...,sin(α_N)]^T

最后，對變換后的特征向量采用中值濾波法進行濾波處理；

所述的最佳匹配具體過程為：

首先，根據車輛彎道路段的實際起止點位置，在路網地圖中選擇對應的候選道路路段并進行特征提取，得到候選道路的路段特征向量F'：

F'＝[sin(α'₁),sin(α'₂),...,sin(α'_n'),...,sin(α'_N')]^T；

N'為候選道路的路段特征向量F'的維度；N'≥N；

將候選道路的路段特征向量F'按照長度L進行劃分，得到各滑窗對應的向量：

F₁'＝{sin(α'₁),sin(α'₂),...,sin(α'_N/M)}

F₂'＝{sin(α'₂),sin(α'₃),...,sin(α'_[N/M]+1)}

...

F_m'＝{sin(α'_m),sin(α'_m+1),...,sin(α'_[N/M]+(m-1))}

...

然后，將車輛實際彎道的特征向量F切分為M個長度相等的特征子向量，各特征子向量分別為：

F₁＝{sin(α₁),sin(α₂),...,sin(α_N/M)}

F₂＝{sin(α_[N/M]+1),sin(α_[N/M]+2),...,sin(α_2N/M)}

...

F_m＝{sin(α_[(m-1)N/M]+1),sin(α_[(m-1)N/M]+2),...,sin(α_mN/M)}

...

F_M＝{sin(α_[(M-1)N/M]+1),sin(α_[(M-1)N/M]+2),...,sin(α_N)}

最后，依次選取各特征子向量采用分段滑窗匹配法，將每一個特征子向量在候選道路路段特征量向量F'內的所有滑窗向量進行逐一的滑動匹配，并計算各個滑窗匹配對應的均方根誤差；

針對特征子向量F_m與單個滑窗向量集合的均方根誤差計算公式如下：

sinα_f為特征子向量F_m中選擇的第f個元素；sinα'_f為單個滑窗向量集合中的第f個元素；

從各滑窗匹配對應的均方根誤差中選擇最小值，即為特征子向量F_m的匹配結果。

2.如權利要求1所述的一種基于彎道的車輛慣性導航軌跡地圖匹配方法，其特征在于，所述的利用均方根誤差值對車輛實際位置進行修正的過程如下：

首先，基于各滑窗匹配的均方根誤差值分別計算各匹配窗口的權重值；

第m個匹配窗口的權重值w_m的計算方法如下：

S_m為特征子向量F_m匹配的最小均方根誤差；

然后，對各匹配窗口分別賦予各自對應的車輛實際位置的誤差：{e₁,e₂,...e_m,...e_M}；

最后，計算最終的車輛位置誤差E，計算公式如下所示：

E＝w₁e₁+w₂e₂+...w_me_m+...w_Me_M。