[发明专利]一种基于高精度GNSS实时协同定位的ROS机器人导航方法

说明书

本发明提出一种基于高精度GNSS实时协同定位的ROS机器人导航方法，所述ROS是机器人操作系统，将高精度GNSS定位模块整合到ROS中；将GNSS定位结果转化到UTM坐标系中，并将UTM坐标框架加入到ROS的坐标转换树中，实现全局坐标和局部坐标之间的连接；通过高精度GNSS定位结果和雷达定位结果对机器人自身里程计进行校正，实现机器人全局定位。应用本发明可使得在有GNSS信号的区域得到低成本的高精度导航数据，并且针对单一传感器无法获得连续稳定的定位信息问题，一方面在GNSS信号薄弱地区存在定位偏差时，使用雷达定位结果，另一方面在雷达数据存在噪声干扰时，用GNSS数据进行定位修正。使得系统定位精度增高，鲁棒性增强，适用性提高。

技术领域

本发明描述了一种基于ROS的机器人使用高精度BDS/GPS和雷达多传感器实时协同定位与导航技术，属于机器人自主导航定位技术领域。

背景技术

基于机器人操作系统(ROS)的室外机器人具有实时导航与定位能力，在3D环境重建、巡逻与救援等领域应用广泛。机器人载体通过自身携带的传感器在完全陌生的环境下通过感知到的信息估计自身的运动并实时的构建周围环境地图，为进一步的避障和路径规划等任务奠定基础。一方面，现有基于ROS的机器人都缺乏高精度GNSS定位功能的直接支持，本发明将高精度GNSS定位模块整合到基于ROS的机器人中。另一方面，由于室外的建筑物阻挡或反射等情形会导致GNSS存在多径误差影响和非视线情景，而雷达可以通过实时的点云扫面匹配解算出载体位姿，其定位不受信号的影响，一般方法把两者定位互相作为备份，以提供持续可靠的定位，本发明以里程计运动模型作为系统状态方程，以两个定位结果作为量测方程，通过粒子滤波算法得到鲁棒性更强的定位结果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于GNSS和激光雷达的实时高精度协同定位与导航方法，首先，该方法整合高精度GNSS定位模块到ROS中，能在ROS中提供实时的高精度GNSS定位结果，为户外机器人提供全局定位；其次，利用激光雷达在ROS中发布的定位信息，与GNSS发布的信息进行融合，以提升定位精度并增强适用性。

本发明所采用的技术方案提供一种基于高精度GNSS实时协同定位的ROS机器人导航方法，所述ROS是机器人操作系统，将高精度GNSS定位模块整合到ROS中；将GNSS定位结果转化到UTM坐标系中，并将UTM坐标框架加入到ROS的坐标转换树中，实现全局坐标和局部坐标之间的连接；通过高精度GNSS定位结果对机器人自身里程计进行校正，实现机器人全局定位。

而且，结合GNSS与雷达进行室外机器人的协同定位与导航。

而且，在GNSS信号受多径误差影响和非视线情景时，采用雷达定位代替GNSS定位；在GNSS信号良好时，GNSS定位结果作为雷达点云解算的全局初始位姿，使雷达在室外具有全局定位能力，同时GNSS定位结果对雷达定位结果与待选粒子点云进行最小距离判断计算，滤除受噪声干扰的粒子点云，使得定位精度提高。

而且，所述将高精度GNSS定位模块整合到ROS中，实现方式为，在GNSS定位模块中建立广域改正数据接收节点、串口数据读取节点和广域高精度定位算法解算RTK节点，

在广域改正数据接收节点中使用TCP客户端连接广域播发数据服务器，接收精密卫星轨道、精密卫星钟差以及电离层改正数据，之后经过解析，并按照ROS中的数据格式进行封装并发布给广域高精度定位算法；

GNSS定位芯片接收到的卫星数据会通过串口传出，通过串口数据读取节点读取数据，进行解析，并进行ROS消息格式封装后也发布给广域高精度定位算法；

广域高精度定位算法开始执行，实时计算出当前的高精度定位结果。