【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)涉及室內(nèi)定位，尤其涉及一種基于led光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法、系統(tǒng)及終端。
技術(shù)介紹
1、在糧食進(jìn)出口和存儲(chǔ)過(guò)程中，標(biāo)準(zhǔn)化管理至關(guān)重要。目前，糧倉(cāng)管理主要依賴人工勞動(dòng)，這種方式重復(fù)性強(qiáng)，工人暴露于灰塵和糧食移動(dòng)中，導(dǎo)致顯著的健康和安全隱患。為了解決傳統(tǒng)人工管理的低效和安全問(wèn)題，糧倉(cāng)檢測(cè)車(chē)的應(yīng)用成為一個(gè)有前途的解決方案。其中，檢測(cè)車(chē)的精確定位對(duì)優(yōu)化任務(wù)質(zhì)量和整體生產(chǎn)力至關(guān)重要。然而，由于室內(nèi)環(huán)境缺乏gps信號(hào)，精確定位面臨挑戰(zhàn)?，F(xiàn)有的糧倉(cāng)檢測(cè)車(chē)大多依靠慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(inertialnavigation?system，ins)進(jìn)行定位，其工作原理是通過(guò)測(cè)量物體在慣性空間內(nèi)的加速度和角速度，并結(jié)合初始位置信息，推算出當(dāng)前位置。
2、然而，由于ins的工作原理是基于積分運(yùn)算，任何微小的測(cè)量誤差都會(huì)隨著時(shí)間推移不斷累積，最終導(dǎo)致嚴(yán)重的定位偏差，即“位置漂移”。因此，單純依靠ins進(jìn)行定位的糧倉(cāng)檢測(cè)車(chē)，其定位精度會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的增加而逐漸降低，難以滿足長(zhǎng)時(shí)間、高精度的定位需求。便衍生出了現(xiàn)有的超寬帶(ultra-wideband，uwb)和ins融合定位技術(shù)，該方案能夠提高定位準(zhǔn)確性，但其需要額外安裝基站，這無(wú)疑增加了重建成本，并容易受到電磁干擾的影響，從而影響實(shí)際應(yīng)用效果。
3、鑒于此，亟待提出一種適用于室內(nèi)工作、成本低且定位精度高的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)的目的在于提供一種基于led光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法、系統(tǒng)及終端
2、為達(dá)到上述目的，本專利技術(shù)采用如下技術(shù)方案：
3、第一方面，本專利技術(shù)提供一種基于led光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法，干散貨倉(cāng)中具有多個(gè)led光源；預(yù)先配置檢測(cè)車(chē)姿態(tài)角的閾值范圍；定位方法實(shí)時(shí)對(duì)檢測(cè)車(chē)進(jìn)行定位，定位方法包括：
4、s1.獲取檢測(cè)車(chē)的姿態(tài)角，判斷姿態(tài)角是否處于閾值范圍內(nèi)；若處于，則執(zhí)行s2；否則，執(zhí)行s3；
5、s2.基于led光源進(jìn)行定位，具體包括如下子步驟：
6、s20.采用不同頻率的光信號(hào)標(biāo)識(shí)每個(gè)led光源；
7、s21.解調(diào)檢測(cè)車(chē)接收到的光信號(hào)，基于解調(diào)出的光信號(hào)頻率確定發(fā)射該光信號(hào)的目標(biāo)led光源；
8、s22.計(jì)算檢測(cè)車(chē)與目標(biāo)led光源的距離，基于該距離獲得檢測(cè)車(chē)的led定位結(jié)果；
9、s23.確定初始濾波值，動(dòng)態(tài)調(diào)整led定位結(jié)果的狀態(tài)向量，對(duì)初始濾波值、led定位結(jié)果進(jìn)行濾波處理，獲得檢測(cè)車(chē)的定位結(jié)果；
10、s3.基于ins進(jìn)行定位，具體包括如下子步驟：
11、s30.確定檢測(cè)車(chē)的初始位置，獲取檢測(cè)車(chē)的線性加速度和角速度，對(duì)檢測(cè)車(chē)的初始位置、線性加速度和角速度進(jìn)行積分運(yùn)算，獲得檢測(cè)車(chē)的當(dāng)前速度和ins定位結(jié)果；
12、s31.確定初始濾波值，動(dòng)態(tài)調(diào)整當(dāng)前速度和ins定位結(jié)果的狀態(tài)向量，對(duì)初始濾波值、當(dāng)前速度、ins定位結(jié)果進(jìn)行濾波處理，獲得檢測(cè)車(chē)的定位結(jié)果。
13、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，s23及s31均基于卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)，初始濾波值為上一時(shí)刻檢測(cè)車(chē)的定位結(jié)果。
14、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，s22具體包括：
15、s220.采用下式計(jì)算檢測(cè)車(chē)與目標(biāo)led光源的距離：
16、
17、式中，m表示蘭伯特輻射階數(shù)，a表示光電二極管的等效接收面積，φ表示入射光與光電二極管表面法線之間的角度，θ表示led光源的出射光角度，ts表示led光信號(hào)在光電二極管處的透射率，p0表示從led光源到光電二極管的接收信號(hào)功率，pr表示光電二極管經(jīng)過(guò)光學(xué)材料后的接收功率；
18、s221.令將s220中的求解過(guò)程轉(zhuǎn)化為如下目標(biāo)函數(shù)：
19、
20、式中，s(x,y)表示檢測(cè)車(chē)的位置坐標(biāo)，n表示led光源的數(shù)量；
21、s222.預(yù)設(shè)迭代次數(shù)，采用擬牛頓算法求解上述目標(biāo)函數(shù)的梯度和海森矩陣，并對(duì)led定位結(jié)果進(jìn)行更新迭代，當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)時(shí)，停止迭代，獲得最終的led定位結(jié)果。
22、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，濾波處理，包括預(yù)測(cè)過(guò)程和更新過(guò)程；
23、預(yù)測(cè)過(guò)程采用如下方法實(shí)現(xiàn)：
24、xk,k-1＝fk,k-1xk-1，
25、
26、式中，k表示k時(shí)刻，xk-1是k-1時(shí)刻的狀態(tài)向量，xk,k-1是k時(shí)刻的狀態(tài)向量預(yù)測(cè)值，fk,k-1是k時(shí)刻的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，pk,k-1表示k時(shí)刻協(xié)方差矩陣的預(yù)測(cè)，qk-1表示k-1時(shí)刻的過(guò)程噪聲協(xié)方差矩陣；
27、更新過(guò)程采用如下方法實(shí)現(xiàn)：
28、
29、xk＝xk,k-1+kk(zk-hkxk-1)，
30、
31、式中，hk表示卡爾曼增益，zk表示測(cè)量向量，hk表示觀測(cè)矩陣，rk表示測(cè)量噪聲協(xié)方差矩陣，xk為最終更新的狀態(tài)向量，pk為k時(shí)刻的條件誤差協(xié)方差矩陣。
32、第二方面，本專利技術(shù)提供一種基于led光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位系統(tǒng)，包括：慣性導(dǎo)航模塊、led定位模塊及基于姿態(tài)角的可變狀態(tài)維度卡爾曼濾波器模塊；
33、慣性導(dǎo)航模塊安裝于檢測(cè)車(chē)上，用于獲取檢測(cè)車(chē)的線性加速度和角速度，對(duì)檢測(cè)車(chē)的初始位置、線性加速度和角速度進(jìn)行積分運(yùn)算，獲得檢測(cè)車(chē)的當(dāng)前速度、姿態(tài)角和ins定位結(jié)果；
34、led定位模塊用于解調(diào)接收到的光信號(hào)，基于解調(diào)出的光信號(hào)頻率確定發(fā)射該光信號(hào)的目標(biāo)led光源，計(jì)算檢測(cè)車(chē)與目標(biāo)led光源的距離，獲得檢測(cè)車(chē)的led定位結(jié)果；
35、基于姿態(tài)角的可變狀態(tài)維度卡爾曼濾波器模塊用于切換定位方法，確定初始濾波值并對(duì)初始濾波值、該定位方法輸出的結(jié)果進(jìn)行濾波處理，獲得檢測(cè)車(chē)的定位結(jié)果。
36、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，慣性導(dǎo)航模塊包括測(cè)量單元和ins定位單元；
37、測(cè)量單元包括加速度計(jì)和陀螺儀，加速度計(jì)用于獲取檢測(cè)車(chē)的線性加速度，陀螺儀用于獲取檢測(cè)車(chē)的角速度；
38、ins定位單元用于對(duì)檢測(cè)車(chē)的初始位置、線性加速度和角速度進(jìn)行積分運(yùn)算，獲得檢測(cè)車(chē)的當(dāng)前速度、ins定位結(jié)果和姿態(tài)角。
39、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，led定位模塊包括n個(gè)led光源、通信單元和led定位單元，n大于等于3；
40、通信單元包括調(diào)制器、光電二極管和解調(diào)器，調(diào)制器用于采用不同頻率的光信號(hào)標(biāo)識(shí)每個(gè)led光源；光電二極管用于接收光信號(hào)；解調(diào)器用于解調(diào)接收到的光信號(hào)，基于解調(diào)出的光信號(hào)頻率確定發(fā)射該光信號(hào)的目標(biāo)led光源；
41、led定位單元用于計(jì)算檢測(cè)車(chē)與目標(biāo)led光源的距離，獲得檢測(cè)車(chē)的led定位結(jié)果。
42、作為一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，基于姿態(tài)角的可變狀態(tài)維度卡爾曼濾波器模塊包括模式切換單元和數(shù)據(jù)濾波單元；
43、本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
1.一種基于LED光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法，其特征在于，所述干散貨倉(cāng)中具有多個(gè)LED光源；預(yù)先配置檢測(cè)車(chē)姿態(tài)角的閾值范圍；定位方法實(shí)時(shí)對(duì)檢測(cè)車(chē)進(jìn)行定位，所述定位方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LED光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法，其特征在于，所述S23及S31均基于卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)，所述初始濾波值為上一時(shí)刻檢測(cè)車(chē)的定位結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LED光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法，其特征在于，所述S22具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于LED光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法，其特征在于，所述濾波處理，包括預(yù)測(cè)過(guò)程和更新過(guò)程；
5.一種基于LED光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位系統(tǒng)，其特征在于，包括：慣性導(dǎo)航模塊、LED定位模塊及基于姿態(tài)角的可變狀態(tài)維度卡爾曼濾波器模塊；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于LED光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述慣性導(dǎo)航模塊包括測(cè)量單元和INS定位單元；
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于LED光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述LED定位模塊包括N個(gè)L
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于LED光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述基于姿態(tài)角的可變狀態(tài)維度卡爾曼濾波器模塊包括模式切換單元和數(shù)據(jù)濾波單元；
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的基于LED光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位系統(tǒng)，其特征在于，所述光電二極管安裝于檢測(cè)車(chē)上位于所述慣性導(dǎo)航模塊正上方的位置。
10.一種終端，其特征在于，包括處理器以及與處理器耦合的通信接口，處理器用于運(yùn)行計(jì)算機(jī)程序或指令，以實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的基于LED光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法。
...【技術(shù)特征摘要】
1.一種基于led光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法，其特征在于，所述干散貨倉(cāng)中具有多個(gè)led光源；預(yù)先配置檢測(cè)車(chē)姿態(tài)角的閾值范圍；定位方法實(shí)時(shí)對(duì)檢測(cè)車(chē)進(jìn)行定位，所述定位方法包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于led光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法，其特征在于，所述s23及s31均基于卡爾曼濾波算法實(shí)現(xiàn)，所述初始濾波值為上一時(shí)刻檢測(cè)車(chē)的定位結(jié)果。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于led光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法，其特征在于，所述s22具體包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于led光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位方法，其特征在于，所述濾波處理，包括預(yù)測(cè)過(guò)程和更新過(guò)程；
5.一種基于led光源的干散貨倉(cāng)檢測(cè)車(chē)定位系統(tǒng)，其特征在于，包括：慣性導(dǎo)航模塊、led定位模塊及基于姿態(tài)角的可變狀態(tài)維度卡爾曼濾波器模塊；
6.根據(jù)權(quán)利要求5所...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：閆磊，劉靜雅，馬捧濤，張文宇，張靈敏，韓萌，耿玉，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：東北大學(xué)秦皇島分校，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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