[发明专利]基于残差建模和GNSS组合惯性导航系统的高精度定位系统

权利要求书

1.基于残差建模和GNSS组合惯性导航系统的高精度定位系统，其特征在于，包括预处理模块、点云配准模块和重定位模块；预处理模块、点云配准模块和重定位模块依次连接；

数据预处理模块用于特征计算和语义筛选；特征计算将点云转换为深度图，根据深度图快速计算法向量、曲率几何信息；语义筛选根据几何信息，将点云分为地面点云和障碍物点云，根据定位需求调整地面点和障碍物点的比例；

点云配准模块用于残差计算、目标函数构建、目标函数求解；残差计算通过最近邻搜索建立当前帧点云和地图点云之间的对应关系，使用基于双向点到面距离的残差模型提升定位算法性能；目标函数构建将残差分布建模为混合概率模型，并将GNSS惯性导航系统中的IMU作为刚性变换先验，构建出对遮挡、动态障碍物鲁棒的目标函数；目标函数求解通过期望最大化框架，将隐变量、残差分布参数和刚性变换解耦，并高效交替优化求解；

重定位模块用于质量分数计算和配准参数重置；质量分数计算模块根据定位的残差向量评估点云配准算法的可靠性；当可靠性较低时，配准参数重置模块对点云配准算法中的IMU信息和最大迭代次数进行调整，并将点云配准算法中的初始刚体变换设置为GNSS组合惯性导航系统中的GPS。

2.根据权利要求1所述的基于残差建模和GNSS组合惯性导航系统的高精度定位系统，其特征在于，数据预处理模块具体过程如下：

特征计算模块将原始的无序点云表示为深度图的形式N_L是激光雷达的线束，N_θ是每线激光束按水平角平分，D是深度图的通道数；针对每个点x_i，在深度图上构造其上下左右的邻域该点的法向量计算如下：

针对每个点x_i，为该点构造其左右邻域该点的曲率计算如下：

c_i＝||∑x_k/N₂-x_i||₂

语义筛选模块根据曲率构建地面点云和障碍物点云其中τ是阈值参数；假设点云需降采样为N₃个点，障碍物点的比例设置为r,0＜r≤1，则用于定位的点云生成如下：在中随机采样rN₃个点，在中随机采样(1-r)N₃个点，将上述采样后的点云合并为新的

3.根据权利要求1所述的基于残差建模和GNSS组合惯性导航系统的高精度定位系统，其特征在于，残差计算具体过程如下：

将当前帧预处理后的点云表示为其中x_m表示三维点，n_m,X表示法向量，高精度三维点云地图表示为对应关系计算通过最近邻搜索得到，记作二元索引对应关系表示和对应于空间上的同一个点，将点云和对应关系定义为数据项设待求刚性变换包含旋转矩阵R和平移t，定义根据对应关系计算残差如下：

矩阵M_i＝I时，残差对应于点到点距离；代表点到面距离；采用双向点到面距离以增强点云配准算法的性能，即两个点集的点到面距离的平方和：