CN109901183A - 一种提高激光雷达全天候测距精度和可靠性的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高激光雷达全天候测距精度和可靠性的方法，通过激光雷达与毫米波雷达对目标点进行联合距离探测，利用校准装置对激光雷达和毫米波雷达探测到的目标信息进行计算处理，得到激光雷达与目标点的校准距离，实现校准，确保激光雷达在雨、雪、雾、霾、尘、烟等恶劣环境下也能精确探测目标点的距离，有效提高激光雷达的探测精度和探测数据的可靠性。

Description

一种提高激光雷达全天候测距精度和可靠性的方法

技术领域

本发明涉及一种提高激光雷达在全天候条件下测距精度和可靠性的实现方法。

背景技术

激光雷达由于具备快速精确获取目标三维空间信息的能力而被广泛应用于自动驾驶、测绘、制导等领域。随着无人驾驶技术的兴起，激光雷达已成为自动驾驶无人车上的重要传感器和感知手段。

尽管激光雷达具备测距精度高、分辨率高等优点，激光雷达在无人驾驶应用场景中仍然存在感知适应性不足的问题，比如在雨、雪、雾、霾、尘、烟等恶劣环境下，其性能会受到很大影响，无法实现全天候工作；激光雷达也容易受到自然光或热辐射的影响，在自然光强烈或辐射区域时，其性能会急剧下降。此外，当前的无人驾驶系统一般配备多颗激光雷达，而多颗激光雷达同时工作存在相互干扰的问题，容易使激光雷达无法区分接收到的回波信号是否属于自己，从而导致错误的测距结果而引发严重的交通事故。因此，提高激光雷达在全天候条件下的测距精度和可靠性对于激光雷达在无人驾驶中的应用是十分重要的。

毫米波雷达作为无人驾驶汽车上常用的一种传感器，与激光雷达相比，具有探测距离远、搜索区域大、穿透力强、成本低等特点，可在全天候、全天时下实现对目标的探测。

由于车载毫米波雷达具有一定的成本优势,激光雷达通过引入毫米波雷达作为辅助探测手段，可以在投入较低成本的前提下，有效提高激光雷达在全天候、全天时条件下的测距精度和可靠性。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种提高激光雷达全天候测距精度和可靠性的方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种提高激光雷达全天候测距精度和可靠性的方法，它包括以下步骤：

步骤S1、拟定一个目标点，利用激光雷达和毫米波雷达分别探测目标点的坐标信息。

步骤S2、将激光雷达坐标系下和毫米波雷达坐标系下探测到的目标点的坐标信息同时转换至校准装置所在的坐标系下，所述校准装置分别与所述激光雷达和毫米波雷达电连接，用于对所述激光雷达和毫米波雷达所获取的数据信息进行处理。

步骤S3、将激光雷达和毫米波雷达的坐标信息同时转换至校准装置所在的坐标系下。

步骤S4、所述校准装置根据毫米波雷达探测到的目标点的坐标信息，以及激光雷达和毫米波雷达的坐标信息，通过计算处理，分别得到所述毫米波雷达与目标点两者之间的距离l₁、激光雷达与毫米波雷达两者之间的距离l₂、激光雷达与目标点两者之间的距离l’以及l₁与l₂之间的夹角α。

步骤S5、所述校准装置根据得到的l₁、l₂以及l₁与l₂之间的夹角α的值，计算得到所述激光雷达与目标点的基准距离l₃。

步骤S6、所述校准装置将所述激光雷达与目标点的基准距离l₃与激光雷达与目标点两者之间的距离l’进行校准，并输出激光雷达与目标点的最终探测距离l₀，校准步骤如下：若l₃等于l’，则输出l₀＝l’；反之，则输出l₀＝l₃。

所述步骤S2中，所述激光雷达和毫米波雷达在探测目标点的坐标信息时均采用二维极坐标系(ρ，θ)，其中ρ是目标点的距离信息，θ是目标点的方位角，所述校准装置采用空间直角坐标系(X，Y，Z)，二维极坐标系(ρ，θ)到校准装置的空间直角坐标系(X，Y，Z)的变换公式如下：

其中，R是旋转矩阵，t是平移矩阵，O是一行两列的零矩阵，O^T是O矩阵的转置，本实施例中，旋转矩阵R和平移矩阵t均可通过(张正友)标定法计算得到。

所述步骤S3中，所述激光雷达和毫米波雷达的坐标信息属于GPS坐标系，所述校准装置所在的坐标系属于空间直角坐标系(X，Y，Z)，GPS坐标系到空间直角坐标系(X，Y，Z)的变换公式如下：

其中，N为卯酉圈的半径，a为地球椭球的长半轴；

b为地球椭球的短半轴；

B为大地纬度；

L为大地经度；

H为大地高。

本发明的有益效果是：本发明通过激光雷达与毫米波雷达对目标点进行距离探测，利用校准装置对激光雷达和毫米波雷达的坐标信息以及探测到的目标点的坐标信息进行计算处理，得到激光雷达与目标点的校准距离，并通过该校准距离与激光雷达的探测距离进行比较，实现校准，确保激光雷达在雨、雪、雾、霾、尘、烟等恶劣环境下也能准确探测目标点的距离，有效提高激光雷达的探测精度和探测数据的可靠性。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的操作流程图。

具体实施方式

参照图1、图2，一种提高激光雷达全天候测距精度和可靠性的方法，它包括以下步骤：

步骤S1、拟定一个目标点，利用激光雷达和毫米波雷达分别探测目标点的坐标信息。

步骤S2、将激光雷达坐标系下和毫米波雷达坐标系下探测到的目标点的坐标信息同时转换至校准装置所在的坐标系下，所述校准装置(电脑主机或单片机)分别与所述激光雷达和毫米波雷达电连接，用于对所述激光雷达和毫米波雷达所获取的数据信息进行处理，以实现激光雷达和毫米波雷达的时空同步，具体地，本实施例中，所述激光雷达和毫米波雷达在探测目标点的坐标信息时均采用二维极坐标系(ρ，θ)，其中ρ是目标点的距离信息，θ是目标点的方位角，所述校准装置采用空间直角坐标系(X，Y，Z)，二维极坐标系(ρ，θ)到校准装置的空间直角坐标系(X，Y，Z)的变换公式如下：

其中，R是旋转矩阵，t是平移矩阵，O是一行两列的零矩阵，O^T是O矩阵的转置。

步骤S3、将激光雷达和毫米波雷达的坐标信息同时转换至校准装置所在的坐标系下，与步骤S2相同，通过实现时空同步，将激光雷达和毫米波雷达的坐标信息转换至校准装置所在的坐标系的坐标信息，方便校准装置进行计算处理，具体地，本实施例中，所述激光雷达和毫米波雷达的坐标信息属于GPS坐标系，所述校准装置所在的坐标系属于空间直角坐标系(X，Y，Z)，GPS坐标系到空间直角坐标系(X，Y，Z)的变换公式如下：

其中，N为卯酉圈的半径，a为地球椭球的长半轴；

b为地球椭球的短半轴；

B为大地纬度；

L为大地经度；

H为大地高。

步骤S4、所述校准装置根据毫米波雷达探测到的目标点的坐标信息，以及激光雷达和毫米波雷达的坐标信息，通过计算处理，分别得到所述毫米波雷达与目标点两者之间的距离l₁、激光雷达与毫米波雷达两者之间的距离l₂、激光雷达与目标点两者之间的距离l’以及l₁与l₂之间的夹角α。

步骤S5、所述校准装置根据得到的l₁、l₂以及l₁与l₂之间的夹角α的值，利用余弦定理，计算得到所述激光雷达与目标点的基准距离l₃。

步骤S6、所述校准装置将所述激光雷达与目标点的基准距离l₃与激光雷达与目标点两者之间的距离l’进行校准，并输出激光雷达与目标点的最终探测距离l₀，校准步骤如下：若l₃等于l’，则输出l₀＝l’；反之，则输出l₀＝l₃。

本发明在激光雷达探测距离的情况下，通过引入毫米波雷达作为辅助探测手段，校准激光雷达的探测结果，从而提高激光雷达在恶劣环境下的测距精度，且本发明的校准算法计算简单，易于实现，可以在投入较低成本的前提下，有效弥补了已有研究中对激光雷达在全天候下测距精度和可靠性研究的不足。

以上的实施方式不能限定本发明创造的保护范围，专业技术领域的人员在不脱离本发明创造整体构思的情况下，所做的均等修饰与变化，均仍属于本发明创造涵盖的范围之内。

Claims (3)

1.一种提高激光雷达全天候测距精度和可靠性的方法，其特征在于，它包括以下步骤：

步骤S1、拟定一个目标点，利用激光雷达和毫米波雷达分别探测目标点的坐标信息；

步骤S2、将激光雷达坐标系下和毫米波雷达坐标系下探测到的目标点的坐标信息同时转换至校准装置所在的坐标系下，所述校准装置分别与所述激光雷达和毫米波雷达电连接，用于对所述激光雷达和毫米波雷达所获取的数据信息进行处理；

步骤S3、将激光雷达和毫米波雷达的坐标信息同时转换至校准装置所在的坐标系下；

步骤S4、所述校准装置根据毫米波雷达探测到的目标点的坐标信息，以及激光雷达和毫米波雷达的坐标信息，通过计算处理，分别得到所述毫米波雷达与目标点两者之间的距离l₁、激光雷达与毫米波雷达两者之间的距离l₂、激光雷达与目标点两者之间的距离l^’以及l₁与l₂之间的夹角α；

步骤S5、所述校准装置根据得到的l₁、l₂以及l₁与l₂之间的夹角α的值，计算得到所述激光雷达与目标点的基准距离l₃；

步骤S6、所述校准装置将所述激光雷达与目标点的基准距离l₃与激光雷达与目标点两者之间的距离l^’进行校准，并输出激光雷达与目标点的最终探测距离l₀，校准步骤如下：

若l₃等于l^’，则输出l₀=l^’；反之，则输出l₀=l₃。

2.根据权利要求1所述的提高激光雷达全天候测距精度和可靠性的方法，其特征在于所述步骤S2中，所述激光雷达和毫米波雷达在探测目标点的坐标信息时均采用二维极坐标系（ρ，θ），其中ρ是目标点的距离信息，θ是目标点的方位角，所述校准装置采用空间直角坐标系（X，Y，Z），二维极坐标系（ρ，θ）到校准装置的空间直角坐标系（X，Y，Z）的变换公式如下：

，

其中，R是旋转矩阵，t是平移矩阵，O是一行两列的零矩阵，O ^T 是O矩阵的转置。

3.根据权利要求1所述的提高激光雷达全天候测距精度和可靠性的方法，其特征在于所述步骤S3中，所述激光雷达和毫米波雷达的坐标信息属于GPS坐标系，所述校准装置所在的坐标系属于空间直角坐标系（X，Y，Z），GPS坐标系到空间直角坐标系（X，Y，Z）的变换公式如下：

，

其中，N为卯酉圈的半径，，，

a为地球椭球的长半轴；

b为地球椭球的短半轴；

B为大地纬度；

L为大地经度；

H为大地高。