运行速度确定方法、装置、加速度传感器及存储介质与流程

本技术涉及信号处理，特别涉及一种运行速度确定方法、装置、加速度传感器及存储介质。

背景技术：

1、mems（micro-electro-mechanical system，微机电系统）加速度计因其具有体积小、成本低、功耗低等优势，被广泛应用于轨道列车运动状态监测、惯性导航、车体振动分析等领域。以利用mems加速度计对轨道列车进行测速为例，相关技术为实现轨道列车测速，不但需要人工干预而且需搭配外部设备，存在成本高、操作流程复杂等问题。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种运行速度确定方法、装置、加速度传感器及存储介质。所述技术方案如下所示。

2、一方面，提供了一种运行速度确定方法，应用于加速度传感器，所述方法包括：

3、在车辆运行时采集第一时长的加速度数据；

4、将所述第一时长的加速度数据由传感器坐标系转换至导航坐标系，得到转换后的所述第一时长的加速度数据；

5、基于标准重力加速度和所述加速度传感器的零偏估计向量，对转换后的所述第一时长的加速度数据进行修正，得到所述车辆在运行方向上的第一加速度数据；所述零偏估计向量为所述加速度传感器的零偏误差估计结果；

6、基于所述第一加速度数据，确定所述车辆当前的运行速度。

7、在一些实施例中，所述将所述第一时长的加速度数据由传感器坐标系转换至导航坐标系，得到转换后的所述第一时长的加速度数据，包括：

8、基于所述第一时长的加速度数据，确定所述加速度传感器的安装姿态角；

9、基于所述安装姿态角，构建旋转矩阵；

10、通过所述旋转矩阵，将所述第一时长的加速度数据由所述传感器坐标系转换至所述导航坐标系，得到转换后的所述第一时长的加速度数据。

11、在另一些实施例中，所述第一时长的加速度数据包括与第一数量个采样时刻对应的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度；

12、所述基于所述第一时长的加速度数据，确定所述加速度传感器的安装姿态角，包括：

13、基于所述第一数量个横向加速度，获取第一均值；

14、基于所述第一数量个纵向加速度，获取第二均值；

15、基于所述第一数量个竖向加速度，获取第三均值；

16、基于所述第一均值、所述第二均值和所述第三均值，获取重力矢量；

17、基于所述重力矢量，确定所述加速度传感器的俯仰角和横滚角，得到所述安装姿态角。

18、在另一些实施例中，所述基于所述安装姿态角，构建旋转矩阵，包括：

19、获取所述加速度传感器的俯仰角的正弦值和余弦值；

20、获取所述加速度传感器的横滚角的正弦值和余弦值；

21、基于所述俯仰角的正弦值和余弦值、所述横滚角的正弦值和余弦值，构建所述旋转矩阵。

22、在另一些实施例中，所述方法还包括：

23、在满足预设条件的情况下，重新执行所述构建旋转矩阵的步骤；

24、其中，所述预设条件包括以下一项或多项：

25、所述车辆被判定为处于停车状态但确定出的运行速度大于速度阈值；

26、所述车辆的运行速度相对于时间的变化梯度大于所述标准重力加速度；

27、所述车辆的历史运行速度呈单调递增趋势或单调递减趋势。

28、在另一些实施例中，所述基于标准重力加速度和所述加速度传感器的零偏估计向量，对转换后的所述第一时长的加速度数据进行修正，得到所述车辆在运行方向上的第一加速度数据，包括：

29、基于所述标准重力加速度，从转换后的所述第一时长的加速度数据中去除重力分量，得到所述车辆在所述运行方向上的第二加速度数据；

30、基于所述零偏估计向量，对所述第二加速度数据进行修正，得到所述第一加速度数据。

31、在另一些实施例中，转换后的所述第一时长的加速度数据包括与第一数量个采样时刻对应的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度；所述基于所述标准重力加速度，从转换后的所述第一时长的加速度数据中去除重力分量，得到所述车辆在所述运行方向上的第二加速度数据，包括：

32、在保持所述第一数量个横向加速度和所述第一数量个纵向加速度不变的情况下，基于所述标准重力加速度，从所述第一数量个竖向加速度中去除所述重力分量，得到所述第二加速度数据。

33、在另一些实施例中，所述零偏估计向量包括横向零偏估计值、纵向零偏估计值和竖向零偏估计值；

34、所述基于所述零偏估计向量，对所述第三加速度数据进行修正，得到所述第一加速度数据，包括：

35、对于所述第一数量个采样时刻中的任一个采样时刻，获取在所述采样时刻采集的横向加速度与所述横向零偏估计值的第一差值；

36、获取在所述采样时刻采集的纵向加速度与所述纵向零偏估计值的第二差值；

37、获取在所述采样时刻采集且去除所述重力分量后的竖向加速度与所述竖向零偏估计值的第三差值；

38、将所述第一差值、所述第二差值和所述第三差值，作为所述车辆在所述采样时刻修正后的加速度数据。

39、在另一些实施例中，所述方法还包括：

40、在所述车辆静止时采集第二时长的加速度数据；

41、将所述第二时长的加速度数据由所述传感器坐标系转换至所述导航坐标系，得到转换后的所述第二时长的加速度数据；

42、基于所述标准重力加速度，从转换后的所述第二时长的加速度数据中去除重力分量，得到所述车辆在所述运行方向上的第三加速度数据；

43、基于所述第三加速度数据，确定所述零偏估计向量的当前实测值；

44、基于平滑系数、所述零偏估计向量的历史值以及所述零偏估计向量的当前实测值，更新所述零偏估计向量。

45、在另一些实施例中，所述第三加速度数据包括与第二数量个采样时刻对应的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度；所述基于所述第三加速度数据，确定所述零偏估计向量的当前实测值，包括：

46、将所述第二数量个横向加速度的均值，作为所述零偏估计向量当前的横向实测值；

47、将所述第二数量个纵向加速度的均值，作为所述零偏估计向量当前的纵向实测值；

48、将所述第二数量个竖向加速度的均值，作为所述零偏估计向量当前的竖向实测值。

49、在另一些实施例中，所述方法还包括：

50、在满足预设条件的情况下，重新执行更新所述零偏估计向量的步骤；

51、其中，所述预设条件包括以下一项或多项：

52、所述车辆被判定为处于停车状态但确定出的运行速度大于速度阈值；

53、所述车辆的运行速度相对于时间的变化梯度大于所述标准重力加速度；

54、所述车辆的历史运行速度呈单调递增趋势或单调递减趋势。

55、在另一些实施例中，所述基于所述第一加速度数据，确定所述车辆当前的运行速度，包括：

56、基于所述车辆当前运行路段的振动噪声特性，对所述第一加速度数据进行滤波，得到滤波后的所述第一加速度数据；

57、基于滤波后的所述第一加速度数据，确定所述车辆当前的运行速度。

58、在另一些实施例中，所述基于所述车辆当前运行路段的振动噪声特性，对所述第一加速度数据进行滤波，得到滤波后的所述第一加速度数据，包括：

59、在所述车辆运行时采集第三时长的加速度数据；

60、基于所述第三时长的加速度数据，确定所述车辆当前运行路段的振动强度；

61、基于所述振动强度，对所述第一加速度数据进行滤波，得到滤波后的所述第一加速度数据。

62、在另一些实施例中，所述第三时长的加速度数据包括与第三数量个采样时刻对应的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度；

63、所述基于所述第三时长的加速度数据，确定所述车辆当前运行路段的振动强度，包括：

64、基于所述第三数量个横向加速度，获取第四均值；

65、基于所述第三数量个纵向加速度，获取第五均值；

66、基于所述第三数量个竖向加速度，获取第六均值；

67、基于所述第三数量个横向加速度、所述第三数量个纵向加速度、所述第三数量个竖向加速度、所述第四均值、所述第五均值和所述第六均值，获取加速度方差；

68、对所述加速度方差进行归一化，得到所述车辆当前运行路段的振动强度。

69、在另一些实施例中，所述基于所述振动强度，对所述第一加速度数据进行滤波，得到滤波后的所述第一加速度数据，包括：

70、基于所述振动强度，确定滤波器的截止频率；

71、基于所述截止频率，更新所述滤波器的滤波器系数；

72、通过更新后的滤波器，对所述第一加速度数据进行滤波，得到滤波后的所述第一加速度数据。

73、在另一些实施例中，所述基于所述振动强度，确定滤波器的截止频率，包括：

74、响应于所述振动强度大于第一振动强度阈值，将所述截止频率调整为第一频率；

75、响应于所述振动强度小于第二振动强度阈值，将所述截止频率调整为第二频率；其中，所述第二频率大于所述第一频率；

76、响应于所述振动强度大于或等于所述第一振动强度阈值、且小于或等于所述第二振动强度阈值，基于所述第一频率和所述第二频率进行线性插值，得到所述截止频率。

77、在另一些实施例中，所述基于所述第一频率和所述第二频率进行线性插值，得到所述截止频率，包括：

78、基于所述振动强度确定线性插值系数；

79、基于所述线性插值系数、所述第一频率和所述第二频率进行线性插值，得到所述截止频率。

80、另一方面，还提供了一种运行速度确定装置，应用于加速度传感器，所述装置包括：

81、数据采集模块，用于在车辆运行时采集第一时长的加速度数据；

82、数据处理模块，用于将所述第一时长的加速度数据由传感器坐标系转换至导航坐标系，得到转换后的所述第一时长的加速度数据；

83、所述数据处理模块，还用于基于标准重力加速度和所述加速度传感器的零偏估计向量，对转换后的所述第一时长的加速度数据进行修正，得到所述车辆在所述运行方向上的第一加速度数据；所述零偏估计向量为所述加速度传感器的零偏误差估计结果；

84、速度确定模块，用于基于所述第一加速度数据，确定所述车辆当前的运行速度。

85、在一些实施例中，所述数据处理模块包括：

86、安装姿态确定单元，用于基于所述第一时长的加速度数据，确定所述加速度传感器的安装姿态角；

87、旋转矩阵构建单元，用于基于所述安装姿态角，构建旋转矩阵；

88、坐标转换单元，用于通过所述旋转矩阵，将所述第一时长的加速度数据由所述传感器坐标系转换至所述导航坐标系，得到转换后的所述第一时长的加速度数据。

89、在另一些实施例中，所述第一时长的加速度数据包括与第一数量个采样时刻对应的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度；

90、所述安装姿态确定单元，用于：

91、基于所述第一数量个横向加速度，获取第一均值；

92、基于所述第一数量个纵向加速度，获取第二均值；

93、基于所述第一数量个竖向加速度，获取第三均值；

94、基于所述第一均值、所述第二均值和所述第三均值，获取重力矢量；

95、基于所述重力矢量，确定所述加速度传感器的俯仰角和横滚角，得到所述安装姿态角。

96、在另一些实施例中，所述旋转矩阵构建单元，用于：

97、获取所述加速度传感器的俯仰角的正弦值和余弦值；

98、获取所述加速度传感器的横滚角的正弦值和余弦值；

99、基于所述俯仰角的正弦值和余弦值、所述横滚角的正弦值和余弦值，构建所述旋转矩阵。

100、在另一些实施例中，所述装置还包括：

101、修正模块，用于在满足预设条件的情况下，触发所述旋转矩阵构建单元重新执行所述构建旋转矩阵的步骤；其中，所述预设条件包括以下一项或多项：

102、所述车辆被判定为处于停车状态但确定出的运行速度大于速度阈值；

103、所述车辆的运行速度相对于时间的变化梯度大于所述标准重力加速度；

104、所述车辆的历史运行速度呈单调递增趋势或单调递减趋势。

105、在另一些实施例中，所述数据采集模块，还用于在所述车辆静止时采集第二时长的加速度数据；

106、所述数据处理模块，还用于：

107、将所述第二时长的加速度数据由所述传感器坐标系转换至所述导航坐标系，得到转换后的所述第二时长的加速度数据；

108、基于所述标准重力加速度，从转换后的所述第二时长的加速度数据中去除重力分量，得到所述车辆在所述运行方向上的第三加速度数据；

109、基于所述第三加速度数据，确定所述零偏估计向量的当前实测值；

110、基于平滑系数、所述零偏估计向量的历史值以及所述零偏估计向量的当前实测值，更新所述零偏估计向量。

111、在另一些实施例中，所述第三加速度数据包括与第二数量个采样时刻对应的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度；

112、所述数据处理模块，还用于：

113、将所述第二数量个横向加速度的均值，作为所述零偏估计向量当前的横向实测值；

114、将所述第二数量个纵向加速度的均值，作为所述零偏估计向量当前的纵向实测值；

115、将所述第二数量个竖向加速度的均值，作为所述零偏估计向量当前的竖向实测值。

116、在另一些实施例中，所述装置还包括：

117、修正模块，用于在满足预设条件的情况下，触发所述数据处理模块重新执行更新所述零偏估计向量的步骤；其中，所述预设条件包括以下一项或多项：

118、所述车辆被判定为处于停车状态但确定出的运行速度大于速度阈值；

119、所述车辆的运行速度相对于时间的变化梯度大于所述标准重力加速度；

120、所述车辆的历史运行速度呈单调递增趋势或单调递减趋势。

121、在另一些实施例中，所述处理模块包括：去重力单元和零偏补偿单元；

122、所述去重力单元，用于基于所述标准重力加速度，从转换后的所述第一时长的加速度数据中去除重力分量，得到所述车辆在所述运行方向上的第二加速度数据；

123、所述零偏补偿单元，用于基于所述零偏估计向量，对所述第二加速度数据进行修正，得到所述第一加速度数据。

124、在另一些实施例中，转换后的所述第一时长的加速度数据包括与第一数量个采样时刻对应的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度；

125、所述去重力单元，用于：

126、在保持所述第一数量个横向加速度和所述第一数量个纵向加速度不变的情况下，基于所述标准重力加速度，从所述第一数量个竖向加速度中去除所述重力分量，得到所述第二加速度数据。

127、在另一些实施例中，所述零偏估计向量包括横向零偏估计值、纵向零偏估计值和竖向零偏估计值；

128、所述零偏补偿单元，用于：

129、对于所述第一数量个采样时刻中的任一个采样时刻，获取在所述采样时刻采集的横向加速度与所述横向零偏估计值的第一差值；

130、获取在所述采样时刻采集的纵向加速度与所述纵向零偏估计值的第二差值；

131、获取在所述采样时刻采集且去除所述重力分量后的竖向加速度与所述竖向零偏估计值的第三差值；

132、将所述第一差值、所述第二差值和所述第三差值，作为所述车辆在所述采样时刻修正后的加速度数据。

133、在另一些实施例中，所述数据处理模块还包括：滤波单元；

134、所述滤波单元，用于基于所述车辆当前运行路段的振动噪声特性，对所述第一加速度数据进行滤波，得到滤波后的所述第一加速度数据；

135、所述速度确定模块，用于基于滤波后的所述第一加速度数据，确定所述车辆当前的运行速度。

136、在另一些实施例中，所述数据采集模块，还用于在所述车辆运行时采集第三时长的加速度数据；

137、所述滤波单元，用于基于所述第三时长的加速度数据，确定所述车辆当前运行路段的振动强度；基于所述振动强度，对所述第一加速度数据进行滤波，得到滤波后的所述第一加速度数据。

138、在另一些实施例中，所述第三时长的加速度数据包括与第三数量个采样时刻对应的横向加速度、纵向加速度和竖向加速度；所述滤波单元，用于：

139、基于所述第三数量个横向加速度，获取第四均值；

140、基于所述第三数量个纵向加速度，获取第五均值；

141、基于所述第三数量个竖向加速度，获取第六均值；

142、基于所述第三数量个横向加速度、所述第三数量个纵向加速度、所述第三数量个竖向加速度、所述第四均值、所述第五均值和所述第六均值，获取加速度方差；

143、对所述加速度方差进行归一化，得到所述车辆当前运行路段的振动强度。

144、在另一些实施例中，所述滤波单元，用于：

145、基于所述振动强度，确定滤波器的截止频率；

146、基于所述截止频率，更新所述滤波器的滤波器系数；

147、通过更新后的滤波器，对所述第一加速度数据进行滤波，得到滤波后的所述第一加速度数据。

148、在另一些实施例中，所述滤波单元，用于：

149、响应于所述振动强度大于第一振动强度阈值，将所述截止频率调整为第一频率；

150、响应于所述振动强度小于第二振动强度阈值，将所述截止频率调整为第二频率；其中，所述第二频率大于所述第一频率；

151、响应于所述振动强度大于或等于所述第一振动强度阈值、且小于或等于所述第二振动强度阈值，基于所述第一频率和所述第二频率进行线性插值，得到所述截止频率。

152、在另一些实施例中，所述滤波单元，用于：

153、基于所述振动强度确定线性插值系数；

154、基于所述线性插值系数、所述第一频率和所述第二频率进行线性插值，得到所述截止频率。

155、另一方面，提供了一种加速度传感器，所述加速度传感器包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序代码，所述计算机程序代码由所述处理器加载并执行，以实现上述运行速度确定方法。

156、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序代码，所述计算机程序代码由加速度传感器的处理器加载并执行，以实现上述运行速度确定方法。

157、另一方面，提供了一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序代码，所述计算机程序代码存储在计算机可读存储介质中，加速度传感器的处理器从计算机可读存储介质读取所述计算机程序代码，所述处理器执行所述计算机程序代码，使得所述加速度传感器执行上述运行速度确定方法。

158、对于车辆测速场景，本技术实施例实现了由加速传感器独立执行的测速方案。即，加速度数据采集，加速度数据坐标系转换，基于标准重力加速度和零偏估计向量，对转换后的加速度数据进行修正，基于修正后的加速度数据确定车辆运行速度等步骤均由加速度传感器独立执行，不但无需人工干预而且无需搭配外部设备，即无需人工进行加速度传感器标定，也无需云端服务器或上位机支持。该方案不但降低了车辆测速成本、简化了整体操作流程，而且依托坐标系转换与加速度数据修正等实现了资源受限条件下的高精度测速，普适性强。