1.一种用于小型地面载体的实时位姿估计系统,其特征在于,包括:当前载体位姿结果处理模块(1)、当前时刻环境栅格地图发布模块(2)、载体位姿历史矩阵更新模块(3)、载体运动参量估计模块(4)、下一时刻载体位姿预测模块(5)和激光SLAM扫描回调函数(6);
当前载体位姿结果处理模块(1),将获得的当前时刻载体位姿信息输出显示,同时提供给当前时刻栅格地图发布模块(2)和载体位姿历史矩阵更新模块(3);初始化时,当前时刻载体位姿信息由外部GNSS系统给定或者初始化位姿;非初始化时,当前时刻载体位姿信息由激光SLAM扫描回调函数(6)给出;
当前时刻环境栅格地图发布模块(2),初始化时,利用激光雷达的第一帧点云数据和当前时刻载体位姿信息发布初始化环境栅格至地图激光SLAM扫描回调函数(6);非初始化时,利用当前时刻激光雷达的点云数据与当前时刻载体位姿信息,发布当前时刻环境栅格地图至激光SLAM扫描回调函数(6);
载体位姿历史矩阵更新模块(3),根据当前时刻载体位姿信息,利用定权重或者退化权重方法对载体位姿历史矩阵进行数据更新,同时估计载体位姿结果处理迭代周期时间用于下一时刻载体位姿预测模块(5)处理;当载体位姿历史矩阵中的载体位姿数据数目到达设定的矩阵容量后,输出载体位姿历史矩阵到载体运动参量估计模块(4);所述矩阵容量设置为十个或者二十个迭代周期;
载体运动参量估计模块(4),根据载体位姿历史矩阵,在线下针对载体运动模型精确建模的基础上,通过最小二乘法或者Kalman滤波对载体的运动参量进行估计,包括运行状态即静止、左转、右转、直行的判别和运动速度变量即旋转半径、旋转角速率、直行速率的估计,将运动参量估计结果输出到下一时刻载体位姿预测模块(5);
下一时刻载体位姿预测模块(5),根据数据迭代周期与运动参量估计结果,结合载体运动模型,利用载体运动速度变量进行数据迭代周期时间长度的积分预测,进而获得下一时刻载体位姿预测结果,将下一时刻载体位姿预测结果输出至激光SLAM扫描回调函数(6);
激光SLAM扫描回调函数(6),对于下一时刻载体位姿预测结果,等待激光雷达下一时刻点云结果输出;当下一时刻点云结果输出时,利用当前时刻发布的栅格地图进行帧间匹配,帧间匹配的结果便是载体下一时刻载体位姿估计值,获得结果后再输出到当前载体位姿结果处理模块(1),完成闭环。
2.一种用于小型地面载体的实时位姿估计系统,其特征在于包括:当前载体位姿结果处理模块(1)、当前时刻环境栅格地图发布模块(2)、载体位姿历史矩阵更新模块(3)、载体运动参量估计模块(4)、下一时刻载体位姿预测模块(5)和激光SLAM扫描回调函数(6);
当前载体位姿结果处理模块(1),将获得的当前时刻载体位姿信息输出显示,同时提供给当前时刻栅格地图发布模块(2)和载体位姿历史矩阵更新模块(3);初始化时,当前时刻载体位姿信息由外部GNSS系统给定或者初始化位姿;非初始化时,当前时刻载体位姿信息由激光SLAM扫描回调函数(6)给出;
当前时刻环境栅格地图发布模块(2),初始化时,利用激光雷达的第一帧点云数据和当前时刻载体位姿信息发布初始化环境栅格至地图激光SLAM扫描回调函数(6);非初始化时,利用当前时刻激光雷达的点云数据与当前时刻载体位姿信息,发布当前时刻环境栅格地图至激光SLAM扫描回调函数(6);
载体位姿历史矩阵更新模块(3),根据当前时刻载体位姿信息,利用里程计与IMU惯性系统信息融合结果对当前时刻位姿进行平滑,平滑处理后的结果存入载体位姿历史矩阵,同时估计载体位姿结果处理迭代周期时间用于下一时刻载体位姿预测模块(5)处理;当载体位姿历史矩阵中的载体位姿数据数目到达设定的矩阵容量后,输出载体位姿历史矩阵到载体运动参量估计模块(4);所述设定的矩阵容量为十个或者二十个迭代周期;
载体运动参量估计模块(4),根据载体位姿历史矩阵,在线下针对载体运动模型精确建模的基础上,通过最小二乘法或者Kalman滤波对载体的运动参量进行估计,包括运行状态即静止、左转、右转、直行的判别和运动速度变量即旋转半径、旋转角速率、直行速率的估计;之后,将运动参量估计结果与惯性信息融合的估计结果进行加权处理,减小由地面载体颤动与非匀加速启动或制动带来的建图与定位偏差;最后,将运动参量估计结果输出到下一时刻载体位姿预测模块(5);
下一时刻载体位姿预测模块(5),根据数据迭代周期与运动参量估计结果,结合载体运动模型,利用载体运动速度变量进行数据迭代周期时间长度的积分预测,进而获得下一时刻载体位姿预测结果,将下一时刻载体位姿预测结果输出至激光SLAM扫描回调函数(6);
激光SLAM扫描回调函数(6),对于下一时刻载体位姿预测结果,等待激光雷达下一时刻点云结果输出;当下一时刻点云结果输出时,利用当前时刻发布的栅格地图进行帧间匹配,帧间匹配的结果便是载体下一时刻载体位姿估计值,获得结果后再输出到当前载体位姿结果处理模块(1),完成闭环。