CN111623767A - Imu伪数据的生成方法、装置、电子设备及存储介质 - Google Patents

Imu伪数据的生成方法、装置、电子设备及存储介质 Download PDF

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Abstract

本申请公开了IMU伪数据的生成方法、装置、电子设备及存储介质，涉及自动驾驶领域。具体实现方案为：采集车辆的四个车轮的速度；基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析IMU在车体坐标系下的速度和角速度；基于IMU和车辆之间的安装关系、以及IMU在车体坐标系下的速度和角速度，生成IMU在IMU坐标系下的加速度和角速度。本申请的技术方案，基于四个车轮的轮速，再结合车辆的轮距和轴距，便可以生成能够替代IMU输出数据的IMU伪数据，与现有技术相比，能够避免***冗余，降低***成本。而且本申请能够准确、有效地弥补IMU数据丢失时间内的IMU数据，有效地保证无人车的定位***的稳定运行。

Description

IMU伪数据的生成方法、装置、电子设备及存储介质
技术领域
本申请涉及计算机技术领域，尤其涉及自动驾驶领域，具体涉及一种IMU伪数据的生成方法、装置、电子设备及存储介质。
背景技术
在无人车自动驾驶运行过程中，需要定位***实时输出连续高频率且精确的定位结果，以确保路径规划以及感知模块等的正常工作。其中高频率且连续的定位结果离不开惯性测量仪(Inertial Measurement Unit；IMU)，IMU是一种实时测量载体三维运动加速度和角速度的传感器，可以利用其测量数据通过惯性导航方程求解得到无人车在导航坐标系下的姿态位置和速度。
IMU在工作中具有两个十分关键的特性：第一是更新频率高，工作频率可以达到100Hz以上；第二是短时间内的推算精度高，不会有太大的误差，因此无人车的定位***能输出连续且高频率的定位结果。但是IMU受制造水平或硬件原因，在工作时会有一定的概率出现丢数(如连续丢多个IMU数据)和数据中断(如200ms以上无IMU数据输出)情况，一旦出现，无人车的定位***将受到严重影响，无法输出高频率且连续的定位结果，进而直接影响无人车的定位***的稳定运行。为了避免上述情况的发生，现有技术通过多增加IMU数量的方式来实现IMU的冗余备份。
但是，现有的通过增加IMU数量的方式，会造成***冗余，而且会增加***成本。
发明内容
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种IMU伪数据的生成方法、装置、电子设备及存储介质，用于生成IMU的伪数据，能够在短时间内替代IMU输出的真实数据，参与定位计算，保证定位***的稳定性。
根据第一方面，提供了一种惯性测量仪伪数据的生成方法，包括：
采集车辆的四个车轮的速度；
基于所述车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析所述惯性测量仪在车体坐标系下的速度和角速度；
基于惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的所述速度和所述角速度，生成所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的加速度和角速度。
第二方面，本申请还提供一种惯性测量仪伪数据的生成装置，包括：
采集模块，用于采集车辆的四个车轮的速度；
分析模块，用于基于所述车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析所述惯性测量仪在车体坐标系下的速度和角速度；
生成模块，用于基于惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的所述速度和所述角速度，生成所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的加速度和角速度。
第三方面，本申请还提供一种电子设备，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上所述的方法。
第四方面，本申请还提供一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行如上所述的方法。
本申请的IMU伪数据的生成方法、装置、电子设备及存储介质，通过采集车辆的四个车辆的速度；基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析IMU在车体坐标系下的速度和角速度；基于IMU和车辆之间的安装关系、以及IMU在车体坐标系下的速度和角速度，生成IMU在IMU坐标系下的加速度和角速度，与现有技术相比，不用增加多个IMU，而基于四个车轮的轮速，再结合车辆的轮距和轴距，便可以生成能够替代IMU输出数据的IMU伪数据，能够避免***冗余，降低***成本。而且本申请生成的IMU伪数据，能够准确、有效地弥补IMU数据丢失时间内的IMU数据，有效地保证无人车的定位***的稳定运行，进而保证无人车的安全运行。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
附图用于更好地理解本方案，不构成对本申请的限定。其中：
图1是根据本申请第一实施例的示意图；
图2是根据本申请第二实施例的示意图；
图3是根据本申请第三实施例的示意图；
图4是本申请提供的无人车车辆行驶示意图；
图5是根据本申请第四实施例的示意图；
图6是本申请提供的IMU在无人车的车辆上的俯视安装位置示意图；
图7是根据本申请第五实施例的示意图；
图8是根据本申请第六实施例的示意图；
图9是用来实现本申请实施例的IMU伪数据的生成方法的电子设备的框图。
具体实施方式
以下结合附图对本申请的示范性实施例做出说明，其中包括本申请实施例的各种细节以助于理解，应当将它们认为仅仅是示范性的。因此，本领域普通技术人员应当认识到，可以对这里描述的实施例做出各种改变和修改，而不会背离本申请的范围和精神。同样，为了清楚和简明，以下的描述中省略了对公知功能和结构的描述。
图1是根据本申请第一实施例的示意图，如图1所示，本实施例介绍一种IMU伪数据的生成方法，具体可以包括如下步骤：
S101、采集车辆的四个车轮的速度；
S102、基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析IMU在车体坐标系下的速度和角速度；
S103、基于IMU和车辆之间的安装关系、以及IMU在车体坐标系下的速度和角速度，生成IMU在IMU坐标系下的加速度和角速度。
本实施例的IMU伪数据的生成方法的执行主体为IMU伪数据的生成装置，该IMU伪数据的生成装置可以设置在无人驾驶车的车辆的定位***中，以在IMU出现丢数或者数据中断时，能够及时生成IMU伪数据，以替代IMU输出的真实数据，保证定位***的稳定运行。
本实施例中IMU数据指的是IMU在工作时输出的数据，而IMU在工作时输出的数据为该IMU的运动投影到IMU坐标系下的输出数据。其中IMU的运动指的就是IMU这个器件相对于惯性坐标系的运动，该惯性坐标系是静止不动的。实际应用中，该IMU数据指的是该IMU相对于惯性坐标系，在IMU坐标系下的加速度和角速度。
本实施例中生成的IMU伪数据，之所以称之为伪数据，是因为其本身不是IMU真实输出的数据，而是根据本实施例的技术方案生成的、能够替代IMU输出数据的伪数据。
在步骤S101中，具体可以采用轮速计采集四个车轮的速度。实际应用场景中，可以对应于每个车轮，均可以采用轮速计，实时采集车轮的速度。
在无人车中，IMU与车辆固定连接，在车体坐标系下，IMU的运动与车辆的运动始终一致。在步骤S102中，基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析IMU在车体坐标系下的速度和角速度，可以通过分析该情况下车辆在车体坐标系下的速度和角速度来实现。本实施例中，车辆在行驶时，最主要表现为车轮的转动，因此，可以通过四个车轮的速度，再结合两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距等固定参数，遵照车辆的运动学原理，采用数学计算的方式，便可以能够一起分析出车辆在车体坐标系下的速度和角速度。其中前后轮之间的轴距必须要是一侧方向的前后轮，如左前后和左后轮之间的轴距，或者右前轮和右后轮之间的轴距。
另外，IMU安装在车辆上，必然与车辆存在一定的安装关系，如安装角度或者安装位置等等。进一步地，本实施例中，还可以根据IMU与车辆之间的安装关系，以及分析出的IMU在车体坐标系下的速度和角速度，再参照IMU坐标系和车体坐标系的映射关系，采用数学计算的方式，可以生成IMU在IMU坐标系下的加速度和速度，该IMU在IMU坐标系下的加速度和速度即表示IMU的运动在IMU坐标系下的加速度和速度，即IMU的伪数据。
而且经过理论分析，在短时间内、车辆姿态未变化的情况下，本申请生成的IMU伪数据与理论上与IMU的真实数据是一样的。所以经过实验证明，在车辆直行的场景中，本实施例的伪IMU数据可以支持10s左右的IMU数据的丢失，在车辆转弯的情况下，本实施例的伪IMU数据可以支持5s左右的IMU数据的丢失。
本实施例的IMU伪数据的生成方法，通过采集车辆的四个车辆的速度；基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析IMU在车体坐标系下的速度和角速度；基于IMU和车辆之间的安装关系、以及IMU在车体坐标系下的速度和角速度，生成IMU在IMU坐标系下的加速度和角速度，与现有技术相比，本实施例不用增加多个IMU，而基于四个车轮的轮速，再结合车辆的轮距和轴距，便可以生成能够替代IMU输出数据的IMU伪数据，能够避免***冗余，降低***成本。而且本实施例生成的IMU伪数据，能够准确、有效地弥补IMU数据丢失时间内的IMU数据，有效地保证无人车的定位***的稳定运行，进而保证无人车的安全运行。
图2是根据本申请第二实施例的示意图，本实施例的IMU伪数据的生成方法，在上述图1所示实施例的技术方案的基础上，进一步更加详细地描述本申请的技术方案。如图2所示，本实施例的IMU伪数据的生成方法，具体可以包括如下步骤：
S201、采用轮速计采集车辆的四个车轮的速度；
具体地，为每个车轮配置一个轮速计，实时采集对应车轮上的速度。
S202、基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，获取IMU在车体坐标系下的速度；
在车体坐标系下，IMU与车辆的车体是相对固定的，具体可以计算车辆在车体坐标系下的速度。车体坐标系的原点可以为车辆的车体的质心，该质心为车体上的一个点，或者也可以不落在车体上。或者车体坐标系的原点也可以为车体上的其他点。在确定车体坐标系后，可以基于车辆的四个车轮的速度、车辆上的轮距以及轴距，参考车辆的运动学原理以及数学计算，可以获取到车辆在车体坐标系下的速度。
S203、基于车辆的两个同排车轮之间的轮距以及两个后轮中各车轮的速度，获取IMU在车体坐标系下的角速度；
同理，获取IMU在车体坐标系下的角速度，也可以用过获取车辆在车体坐标下的角速度来获取。同样根据车辆的轮距以及两个后轮中各车轮的速度，参考车辆的运动学原理以及数学计算，可以获取到车辆在车体坐标系下的速度。
本实施例的步骤S202和S203为上述图1所示实施例的步骤S102的一种实现方式。
S204、根据IMU和车辆之间的安装关系、以及IMU在车体坐标系下的角速度，获取IMU在IMU坐标系下的角速度；
基于上述得到的IMU在车体坐标系下的角速度，可以根据IMU在车辆上的安装关系，实现车体坐标系与IMU坐标系的转换，获取到IMU在IMU坐标系下的角速度。
S205、根据IMU和车辆之间的安装关系，以及IMU在车体坐标系下的速度，获取IMU在IMU坐标系下的加速度。
同理，根据上述IMU在车体坐标系下的速度，可以根据IMU在车辆上的安装关系，实现车体坐标系与IMU坐标系的转换，可以获取到IMU在IMU坐标系下的速度。另外，可以参考加速度的获取方式，即单位时间内速度的变化量，可以获取到IMU在IMU坐标系下的加速度。
本实施例的步骤S204和S205为上述图1所示实施例的步骤S103的一种实现方式。
本实施例的IMU伪数据的生成方法，通过采用上述技术方案，可以实现基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，可以获取到IMU的运动投在IMU坐标系下的加速度和角速度，以实现伪IMU数据的生成，整个生成过程基于车辆运动学原理，并采用数学计算方法，能够保证生成的伪IMU数据的准确性，进而能够在IMU数据丢失时间内代替丢失IMU的数据，参与定位运算，有效地保证无人车的定位***的稳定运行，进而保证无人车的安全运行。
进一步地，图3是根据本申请第三实施例的示意图，如图3所示，具体为上述图2所述实施例中的步骤S202基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，获取IMU在车体坐标系下的速度的一种具体实现方式，具体可以包括如下步骤：
S301、根据车辆的两个前轮的速度，计算位于车辆的两个前轮的中心点的虚拟转向轮的速度；
本实施例，具体可以结合图4所示的无人车车辆行驶示意图来介绍。如图4所示，其中A、B、C、D分别表示车辆的左前轮，右前轮，左后轮和右后轮。
基于车辆运动学模型对四轮轮速计进行建模，对于常规的车辆，后轮一般是非转向轮，前轮是转向轮，在车转弯的过程中，前轮会有一个偏转角
Figure BDA0002446803770000073
如图4所示，O1为车辆的两个前轮A和B的中心点，可以假设O1处设置有虚拟转向轮，该虚拟转向轮O1的速度VD，近似等于左前轮A的速度V前左和右前轮B的速度V前右的均值，即：
Figure BDA0002446803770000071
即VD＝Vwheel。
S302、根据车辆的两个后轮的速度以及两个后轮之间的轮距，计算车辆的航向角变化率；
继续参考上述图4，O2为车辆的两个后轮左后轮C和右后轮D的中心点，可以认为在O2点处也有一个非转向虚拟后轮。根据车辆转向原理，车辆转弯时虚拟转向轮与虚拟非转向轮的行驶轨迹为同心圆弧，如图4所示，可以取同心圆弧的转弯半径为R，圆心为O。设车辆的航向角变化率ω，左后轮C和右后轮D可以采用如下公式表示：
Figure BDA0002446803770000072
其中l轮距表示左后轮C和右后轮D之间的轮距。
基于上述公式(2)，即得到车辆的航向角变化率ω可以表示为如下公式：
Figure BDA0002446803770000081
S303、根据虚拟转向轮的速度和航向角变化率，计算车辆的转弯半径；
对应地，参考上述公式，转弯半径R可以表示为：
Figure BDA0002446803770000082
S304、根据车辆的前后轮之间的轴距以及转弯半径，计算转向角；
结合上述公式求得的车辆的转弯半径、以及车辆的轴距l轴距如图4中右前轮B和右后轮D之间的距离，即可得到车辆的转向角
Figure BDA0002446803770000088
表示如下：
Figure BDA0002446803770000083
参考图4，根据三角形的原理，由于VD垂直于OO1，O1 O2垂直于OO2，所以∠OO1 O2+∠O1 OO2＝90度，而
Figure BDA0002446803770000084
度，所以
Figure BDA0002446803770000085
Figure BDA0002446803770000086
S305、根据虚拟转向轮的速度以及转向角，计算IMU在车体坐标系下的速度。
由转向角
Figure BDA0002446803770000089
可以得到虚拟转向轮O1的速度Vwheel在车体坐标系下的投影，可以表示为：
Figure BDA0002446803770000087
由于车辆与IMU为固定连接，所以IMU在车体坐标系下的速度表示为上述公式(6)所示的表示。
基于上述图3所示实施例，其中上述图2所示实施例中的步骤S203基于车辆的两个后轮之间的轮距以及两个后轮中各车轮的速度，获取IMU在车体坐标系下的角速度，具体可以先按照上述步骤S302，获取车辆的航向角变化率；然后基于车辆的航向角变化率，确定IMU在车体坐标系下的角速度。
例如，基于上述公式(3)所得的车辆的航向角变化率ω，可以得到，可得车辆的角速度投影到车体坐标系可近似为
Figure BDA0002446803770000091
由于车辆与IMU为固定连接，所以IMU在车体坐标系下的角速度即可以采用上述公式(7)所示的表示。
进一步地，此时对应的上述图2所示实施例中的步骤S204具体可以为根据IMU与车辆之间的安装角度、以及IMU在车体坐标系下的角速度，计算IMU在IMU坐标系下的角速度。
例如，假设IMU与车辆存在安装角，其安装角转换成方向余弦矩阵，可以表示为
Figure BDA0002446803770000092
可以称之为安装角的转换特征表达。基于该安装角的转换特征表达，可以实现将车体坐标系下的角速度投影到IMU坐标系下的角速度，即生成的伪IMU数据中的角速度
Figure BDA0002446803770000093
可以表示为：
Figure BDA0002446803770000094
通过采用如上公式(8)可以得到伪IMU数据中的角速度，该计算过程简单，方便、准确，能够得到准确地IMU运动在IMU坐标系下的角速度值。
本实施例的IMU伪数据的生成方法，通过采用上述方式可以简单、方便、准确计算出IMU在车体坐标系下的速度以及角速度，进而能够有效地提高后续伪IMU数据中的加速度和角速度的生成的准确性。
图5是根据本申请第四实施例的示意图，如图5所示，具体为上述图2所述实施例中的步骤S205根据IMU和车辆之间的安装关系，以及IMU在车体坐标系下的速度，获取IMU在IMU坐标系下的加速度的一种具体实现方式，具体可以包括如下步骤：
S501、根据IMU在车辆上的安装位置、以及IMU在车体坐标系下的速度，获取车辆的IMU所在的位置上的速度；
S502、根据IMU与车辆之间的安装角度、以及车辆的IMU所在的位置上的速度，获取IMU在IMU坐标系下的速度；
S503、根据预设时间间隔内IMU的连续两个在IMU坐标系下的速度，计算IMU在IMU坐标系下的加速度。
由于车辆行驶时，IMU与车辆的车体上的垂向安装误差对其速度影响很小，这里暂不考虑，主要考虑IMU相对于车辆的车体的水平误差，IMU在无人车的车辆上的俯视安装位置如上图6所示，设IMU距离CD轮中轴线水平方向距离为dx，距离AB连线竖直方向距离为dy，则可以得到在车辆上IMU所在位置处的速度在车体坐标系下的投影
Figure BDA0002446803770000101
可以表示为：
Figure BDA0002446803770000102
同样考虑IMU与车辆存在安装角，将IMU在车体坐标系下的速度投影到IMU坐标系下，可以表示为：
Figure BDA0002446803770000103
设当前时刻为k，对应的IMU速度在IMU坐标系下的投影为
Figure BDA0002446803770000104
具体可以表示为：
Figure BDA0002446803770000105
其中：Vwheel(k)表示k时刻车辆的在车体坐标系下的速度，由于在车辆坐标系下，车辆与IMU相对固定，也可以说是IMU在车辆坐标系下的速度。
Figure BDA0002446803770000106
表示k时刻车辆的转向角，ω(k)表示k时刻车辆的航向角变化率ω。
基于上述公式(11)，结合k时刻
Figure BDA0002446803770000107
与前一时刻k-1通过相同方式计算的速度
Figure BDA0002446803770000108
除以时间间隔Δt，并补偿IMU在Z轴方向的地球重力加速度gb，得到此刻对应的伪IMU数据中的加速度
Figure BDA0002446803770000109
可以表示为：
Figure BDA00024468037700001010
其中gb可以从IMU丢失前的加速度输出
Figure BDA00024468037700001011
中z轴方向获取。
由上述公式(8)和公式(12)，即得到伪IMU数据的加速度
Figure BDA00024468037700001012
和角速度
Figure BDA00024468037700001013
当实际的IMU出现丢数或者中断时，则此时使用四轮轮速计，生成的伪IMU数据参与定位解算，即可最大限度上在不降低输出频率的基础上输出定位结果，增强车辆定位***的鲁棒性。
本实施例的IMU伪数据的生成方法，能够根据IMU在车辆上的安装位置、安装角度以及IMU在车体坐标系下的速度，最终获取IMU在IMU坐标系下的加速度，整个计算过程遵照车辆的运动学原理，按照数学计算方法来实现，能够有效地保证生成的伪IMU数据中的加速度的准确性。
图7是根据本申请第五实施例的示意图。如图7所示，本实施例的IMU伪数据的生成装置700，包括：
采集模块701，用于采集车辆的四个车轮的速度；
分析模块702，用于基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析IMU在车体坐标系下的速度和角速度；
生成模块703，用于基于IMU和车辆之间的安装关系、以及IMU在车体坐标系下的速度和角速度，生成IMU在IMU坐标系下的加速度和角速度。
本实施例的IMU伪数据的生成装置700，通过采用上述模块实现IMU伪数据的生成的实现原理以及技术效果与上述相关方法实施例的实现相同，详细可以参考上述相关方法实施例的记载，在此不再赘述。
图8是根据本申请第六实施例的示意图。如图8所示，本实施例的IMU伪数据的生成装置700，在上述图7所示实施例的技术方案的基础上进一步更加详细地介绍本申请的技术方案。
本实施例的IMU伪数据的生成装置700中，分析模块702，包括：
速度获取单元7021，用于基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，获取IMU在车体坐标系下的速度；
角速度获取单元7022，用于基于车辆的两个后轮之间的轮距以及两个后轮中各车轮的速度，获取IMU在车体坐标系下的角速度。
进一步可选地，本实施例的IMU伪数据的生成装置700中，速度获取单元7021用于：
根据车辆的两个前轮的速度，计算位于车辆的两个前轮的中心点的虚拟转向轮的速度；
根据车辆的两个后轮的速度以及两个后轮之间的轮距，计算车辆的航向角变化率；
根据虚拟转向轮的速度和航向角变化率，计算车辆的转弯半径；
根据车辆的前后轮之间的轴距以及转弯半径，计算转向角；
根据虚拟转向轮的速度以及转向角，计算IMU在车体坐标系下的速度。
进一步可选地，本实施例的IMU伪数据的生成装置700中，角速度获取单元7022用于：
根据车辆的两个后轮之间的轮距以及两个后轮中各轮的速度，计算车辆的航向角变化率；
基于车辆的航向角变化率，确定IMU在车体坐标系下的角速度。
进一步可选地，本实施例的IMU伪数据的生成装置700中，生成模块703，包括：
角速度生成单元7031，用于根据IMU和车辆之间的安装关系、以及IMU在车体坐标系下的角速度，获取IMU在IMU坐标系下的角速度；
加速度生成单元7032，用于根据IMU和车辆之间的安装关系，以及IMU在车体坐标系下的速度，获取IMU在IMU坐标系下的加速度。
进一步可选地，本实施例的IMU伪数据的生成装置700中，角速度生成单元7031，用于：
根据IMU与车辆之间的安装角度、以及IMU在车体坐标系下的角速度，计算IMU在IMU坐标系下的角速度。
进一步可选地，本实施例的IMU伪数据的生成装置700中，加速度生成单元7032，用于：
根据IMU在车辆上的安装位置、以及IMU在车体坐标系下的速度，获取IMU的IMU所在的位置上的速度；
根据IMU与车辆之间的安装角度、以及IMU的IMU所在的位置上的速度，获取IMU在IMU的坐标系下的速度；
根据预设时间间隔内IMU的连续两个IMU在车体坐标系下在IMU坐标系下的速度，计算IMU在IMU坐标系下的加速度。
本实施例的IMU伪数据的生成装置700，通过采用上述模块实现IMU伪数据的生成的实现原理以及技术效果与上述相关方法实施例的实现相同，详细可以参考上述相关方法实施例的记载，在此不再赘述。
根据本申请的实施例，本申请还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。
如图9所示，是根据本申请实施例的实现IMU伪数据的生成方法的电子设备的框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本申请的实现。
如图9所示，该电子设备包括：一个或多个处理器901、存储器902，以及用于连接各部件的接口，包括高速接口和低速接口。各个部件利用不同的总线互相连接，并且可以被安装在公共主板上或者根据需要以其它方式安装。处理器可以对在电子设备内执行的指令进行处理，包括存储在存储器中或者存储器上以在外部输入/输出装置(诸如，耦合至接口的显示设备)上显示GUI的图形信息的指令。在其它实施方式中，若需要，可以将多个处理器和/或多条总线与多个存储器和多个存储器一起使用。同样，可以连接多个电子设备，各个设备提供部分必要的操作(例如，作为服务器阵列、一组刀片式服务器、或者多处理器***)。图9中以一个处理器901为例。
存储器902即为本申请所提供的非瞬时计算机可读存储介质。其中，所述存储器存储有可由至少一个处理器执行的指令，以使所述至少一个处理器执行本申请所提供的IMU伪数据的生成方法。本申请的非瞬时计算机可读存储介质存储计算机指令，该计算机指令用于使计算机执行本申请所提供的IMU伪数据的生成方法。
存储器902作为一种非瞬时计算机可读存储介质，可用于存储非瞬时软件程序、非瞬时计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的IMU伪数据的生成方法对应的程序指令/模块(例如，附图7和8所示的相关模块及单元)。处理器901通过运行存储在存储器902中的非瞬时软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例中的IMU伪数据的生成方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作***、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储实现IMU伪数据的生成方法的电子设备的使用所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非瞬时存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非瞬时固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至实现IMU伪数据的生成方法的电子设备。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
实现IMU伪数据的生成方法的电子设备还可以包括：输入装置903和输出装置904。处理器901、存储器902、输入装置903和输出装置904可以通过总线或者其他方式连接，图9中以通过总线连接为例。
输入装置903可接收输入的数字或字符信息，以及产生与实现IMU伪数据的生成方法的电子设备的用户设置以及功能控制有关的键信号输入，例如触摸屏、小键盘、鼠标、轨迹板、触摸板、指示杆、一个或者多个鼠标按钮、轨迹球、操纵杆等输入装置。输出装置904可以包括显示设备、辅助照明装置(例如，LED)和触觉反馈装置(例如，振动电机)等。该显示设备可以包括但不限于，液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器和等离子体显示器。在一些实施方式中，显示设备可以是触摸屏。
此处描述的***和技术的各种实施方式可以在数字电子电路***、集成电路***、专用ASIC(专用集成电路)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程***上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储***、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储***、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。
这些计算程序(也称作程序、软件、软件应用、或者代码)包括可编程处理器的机器指令，并且可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。如本文使用的，术语“机器可读介质”和“计算机可读介质”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何计算机程序产品、设备、和/或装置(例如，磁盘、光盘、存储器、可编程逻辑装置(PLD))，包括，接收作为机器可读信号的机器指令的机器可读介质。术语“机器可读信号”指的是用于将机器指令和/或数据提供给可编程处理器的任何信号。
为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的***和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。
可以将此处描述的***和技术实施在包括后台部件的计算***(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算***(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算***(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的***和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算***中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将***的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。
计算机***可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。
根据本申请实施例的技术方案，通过采集车辆的四个车辆的速度；基于车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析IMU在车体坐标系下的速度和角速度；基于IMU和车辆之间的安装关系、以及IMU在车体坐标系下的速度和角速度，生成IMU在IMU坐标系下的加速度和角速度，与现有技术相比，不用增加多个IMU，而基于四个车轮的轮速，再结合车辆的轮距和轴距，便可以生成能够替代IMU输出数据的IMU伪数据，能够避免***冗余，降低***成本。而且本申请生成的IMU伪数据，能够准确、有效地弥补IMU数据丢失时间内的IMU数据，有效地保证无人车的定位***的稳定运行，进而保证无人车的安全运行。
进一步地，根据本申请实施例的技术方案，可以简单、方便、准确计算出IMU在车体坐标系下的速度以及角速度，进而能够有效地提高后续伪IMU数据中的加速度和角速度的生成的准确性。
进一步地，根据本申请实施例的技术方案，能够根据IMU在车辆上的安装位置、安装角度以及IMU在车体坐标系下的速度，最终获取IMU在IMU坐标系下的加速度，整个计算过程遵照车辆的运动学原理，按照数学计算方法来实现，能够有效地保证生成的伪IMU数据中的加速度的准确性。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本申请中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本申请公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本申请保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本申请的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请保护范围之内。

Claims (16)

1.一种惯性测量仪伪数据的生成方法，其特征在于，包括：
采集车辆的四个车轮的速度；
基于所述车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析所述惯性测量仪在车体坐标系下的速度和角速度；
基于惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的所述速度和所述角速度，生成所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的加速度和角速度。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于所述车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析所述惯性测量仪在车体坐标系下的速度和角速度，包括：
基于所述车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的所述轴距以及各车轮的速度，获取所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的速度；
基于所述车辆的两个后轮之间的所述轮距以及两个后轮中各车轮的速度，获取所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的角速度。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的所述轴距以及各车轮的速度，获取所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的速度，包括：
根据所述车辆的两个前轮的速度，计算位于所述车辆的两个前轮的中心点的虚拟转向轮的速度；
根据所述车辆的两个后轮的速度以及两个后轮之间的轮距，计算所述车辆的航向角变化率；
根据所述虚拟转向轮的速度和所述航向角变化率，计算所述车辆的转弯半径；
根据所述车辆的前后轮之间的轴距以及所述转弯半径，计算转向角；
根据所述虚拟转向轮的速度以及所述转向角，计算所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的速度。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，基于所述车辆的两个后轮之间的所述轮距以及两个后轮中各车轮的速度，获取所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的角速度，包括：
根据所述车辆的两个后轮之间的轮距以及两个后轮中各轮的速度，计算所述车辆的航向角变化率；
基于所述车辆的航向角变化率，确定所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的角速度。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，基于惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的所述速度和所述角速度，生成所述惯性测量仪坐标系下的加速度和角速度，包括：
根据所述惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的角速度，获取所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的角速度；
根据所述惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系，以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的速度，获取所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的加速度。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的角速度，获取所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的角速度，包括：
根据所述惯性测量仪与所述车辆之间的安装角度、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的角速度，计算所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的角速度。
7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的速度，获取所述惯性测量仪在所述惯性测量仪的坐标系下的加速度，包括：
根据所述惯性测量仪在所述车辆上的安装位置、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的速度，获取所述惯性测量仪的所述惯性测量仪所在的位置上的速度；
根据所述惯性测量仪与所述车辆之间的安装角度、以及所述惯性测量仪的所述惯性测量仪所在的位置上的速度，获取所述惯性测量仪在所述惯性测量仪的坐标系下的速度；
根据预设时间间隔内所述惯性测量仪的连续两个IMU在车体坐标系下在所述惯性测量仪坐标系下的速度，计算所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的加速度。
8.一种惯性测量仪伪数据的生成装置，其特征在于，包括：
采集模块，用于采集车辆的四个车轮的速度；
分析模块，用于基于所述车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的轴距以及各车轮的速度，分析所述惯性测量仪在车体坐标系下的速度和角速度；
生成模块，用于基于惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的所述速度和所述角速度，生成所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的加速度和角速度。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述分析模块，包括：
速度获取单元，用于基于所述车辆的四个车轮中两个同排车轮之间的轮距、前后轮之间的所述轴距以及各车轮的速度，获取所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的速度；
角速度获取单元，用于基于所述车辆的两个后轮之间的所述轮距以及两个后轮中各车轮的速度，获取所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的角速度。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述速度获取单元，用于：
根据所述车辆的两个前轮的速度，计算位于所述车辆的两个前轮的中心点的虚拟转向轮的速度；
根据所述车辆的两个后轮的速度以及两个后轮之间的轮距，计算所述车辆的航向角变化率；
根据所述虚拟转向轮的速度和所述航向角变化率，计算所述车辆的转弯半径；
根据所述车辆的前后轮之间的轴距以及所述转弯半径，计算转向角；
根据所述虚拟转向轮的速度以及所述转向角，计算所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的速度。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述角速度获取单元，用于：
根据所述车辆的两个后轮之间的轮距以及两个后轮中各轮的速度，计算所述车辆的航向角变化率；
基于所述车辆的航向角变化率，确定所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的角速度。
12.根据权利要求8-11任一所述的装置，其特征在于，所述生成模块，包括：
角速度生成单元，用于根据所述惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的角速度，获取所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的角速度；
加速度生成单元，用于根据所述惯性测量仪和所述车辆之间的安装关系，以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的速度，获取所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的加速度。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述角速度生成单元，用于：
根据所述惯性测量仪与所述车辆之间的安装角度、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的角速度，计算所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的角速度。
14.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述加速度生成单元，用于：
根据所述惯性测量仪在所述车辆上的安装位置、以及所述惯性测量仪在所述车体坐标系下的速度，获取所述惯性测量仪的所述惯性测量仪所在的位置上的速度；
根据所述惯性测量仪与所述车辆之间的安装角度、以及所述惯性测量仪的所述惯性测量仪所在的位置上的速度，获取所述惯性测量仪在所述惯性测量仪的坐标系下的速度；
根据预设时间间隔内所述惯性测量仪的连续两个IMU在车体坐标系下在所述惯性测量仪坐标系下的速度，计算所述惯性测量仪在所述惯性测量仪坐标系下的加速度。
15.一种电子设备，其特征在于，包括：
至少一个处理器；以及
与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，
所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-7中任一项所述的方法。
16.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行权利要求1-7中任一项所述的方法。
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