[發(fā)明專利]基于姿態(tài)傳感器和GNSS的無人船激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)校正方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010581384.6
• 申請(qǐng)日: 2020-06-23
• 公開（公告）號(hào): CN111708038B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王新雅;徐燕;王南南;袁敏;倪侃俊;錢偉;張國(guó)興
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 上海埃威航空電子有限公司
• 主分類號(hào): G01S17/42
• 分類號(hào): G01S17/42;G01S7/497;G01S19/42
• 代理公司: 上海科律專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31290
• 代理人: 金碎平

1.一種基于姿態(tài)傳感器和GNSS的無人船激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)校正方法，其特征在于，包括如下步驟：

S1：獲取激光雷達(dá)點(diǎn)云的原始數(shù)據(jù)；

S2：對(duì)激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行角度插值，補(bǔ)充角度值數(shù)據(jù)，得到完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)；

S3：激光雷達(dá)實(shí)時(shí)獲取GNSS數(shù)據(jù)，計(jì)算每個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的激光發(fā)射時(shí)間，對(duì)應(yīng)于發(fā)射時(shí)間獲取每個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的無人船位置信息并存儲(chǔ)；

S4：實(shí)時(shí)獲取姿態(tài)傳感器測(cè)得的無人船的姿態(tài)信息；

S5：根據(jù)姿態(tài)傳感器測(cè)得的無人船的姿態(tài)信息，對(duì)應(yīng)于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的激光發(fā)射時(shí)間對(duì)激光雷達(dá)補(bǔ)充完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行校正；

對(duì)應(yīng)于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的激光發(fā)射時(shí)間，獲取校正后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，同時(shí)根據(jù)激光發(fā)射時(shí)間對(duì)應(yīng)的無人船位置信息，對(duì)無人船周圍目標(biāo)和環(huán)境的三維信息進(jìn)行復(fù)現(xiàn)和回放；

對(duì)應(yīng)于激光的發(fā)射時(shí)間，獲取姿態(tài)傳感器測(cè)得的無人船的姿態(tài)信息，所述姿態(tài)傳感器T時(shí)刻測(cè)得的無人船的姿態(tài)信息，包括方位角、俯仰角和橫滾角；

通過角度插值T時(shí)刻補(bǔ)充完整的點(diǎn)云數(shù)據(jù)包括水平旋轉(zhuǎn)角度、垂直角度和實(shí)測(cè)距離R，所述步驟S5中對(duì)T時(shí)刻的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的校正具體包括：

S51：通過方位角校正激光的水平旋轉(zhuǎn)角度，校正值為；校正后的水平旋轉(zhuǎn)角為，如果，則,否則；

S52：進(jìn)行投影變換，將激光雷達(dá)輸出的極坐標(biāo)下的水平旋轉(zhuǎn)角度、垂直角度和距離轉(zhuǎn)化為笛卡爾坐標(biāo)系下的?x,y,z?坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

；

其中?R?為激光雷達(dá)實(shí)測(cè)距離，為激光的垂直角度，即瞬時(shí)激光束在YOZ平面內(nèi)的投影與Y軸的夾角；為校正后的激光水平旋轉(zhuǎn)角度，即瞬時(shí)激光束在XOY平面內(nèi)的投影與Y軸的夾角；激光掃描的數(shù)據(jù)點(diǎn)定義為D(x,y,z)，是數(shù)據(jù)點(diǎn)的極坐標(biāo)投影到?X、?Y、?Z?軸上的坐標(biāo)；

S53：通過俯仰角和橫滾角校正無人艇平臺(tái)傾斜，使其投影在大地水平面上，校正后的坐標(biāo)，轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

；

S54：通過GNSS安裝平臺(tái)與激光雷達(dá)安裝平臺(tái)偏移進(jìn)行誤差修正，修正后的坐標(biāo)如下：

；

其中是激光雷達(dá)平臺(tái)相對(duì)于GNSS安裝平臺(tái)在X,Y,Z方向的偏移；H是兩個(gè)安裝平臺(tái)之間的高度差；

S55：通過激光云校正后的坐標(biāo)對(duì)應(yīng)于激光發(fā)射時(shí)間，確定在T時(shí)刻，校正后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，即點(diǎn)云投影在大地平面上的參數(shù)：

距離，點(diǎn)云高度。

2.如權(quán)利要求1所述的基于姿態(tài)傳感器和GNSS的無人船激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)校正方法，其特征在于，所述步驟S3計(jì)算每個(gè)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的發(fā)射時(shí)間具體包括：

設(shè)激光雷達(dá)為N線的激光雷達(dá)，激光線的序號(hào)，激光發(fā)射輪數(shù)，兩線激光之間的發(fā)射時(shí)間間隔是，完成一輪激光發(fā)射需要時(shí)間t，累計(jì)M輪激光數(shù)據(jù)組成一包雷達(dá)數(shù)據(jù)包；設(shè)第一個(gè)激光發(fā)射時(shí)間，則精確到每個(gè)激光的發(fā)射時(shí)間為：

。

3.如權(quán)利要求1所述的基于姿態(tài)傳感器和GNSS的無人船激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)校正方法，其特征在于，所述激光雷達(dá)點(diǎn)云的原始數(shù)據(jù)包括激光測(cè)距數(shù)據(jù)和激光角度數(shù)據(jù)，激光雷達(dá)點(diǎn)云的原始數(shù)據(jù)是每間隔一組激光測(cè)距數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)輸出一次激光角度數(shù)據(jù)，通過角度插值計(jì)算給沒有輸出激光角度數(shù)據(jù)的激光測(cè)距數(shù)據(jù)補(bǔ)充角度數(shù)據(jù)。

4.如權(quán)利要求3所述的基于姿態(tài)傳感器和GNSS的無人船激光雷達(dá)點(diǎn)云數(shù)據(jù)校正方法，其特征在于，每組激光測(cè)距的時(shí)間間隔固定，且激光測(cè)距的時(shí)間間隔內(nèi)雷達(dá)是勻速旋轉(zhuǎn)的，根據(jù)第j?組激光測(cè)距數(shù)據(jù)的角度a和第j+2組激光測(cè)距數(shù)據(jù)的角度值c計(jì)算平均值，得到第j+1組激光測(cè)距數(shù)據(jù)的角度值b，同時(shí)進(jìn)行過零點(diǎn)判斷，具體包括：

S21：角度插值計(jì)算的公式為b=a+((c-a)/2)，若c小于a，說明c過了零點(diǎn)，計(jì)算時(shí)c加上360度，b=a+((c+360-a)/2)?，若c大于a，說明c未過零點(diǎn)b=a+((c-a)/2)；

S22：若計(jì)算得到b大于360度，說明b過了零點(diǎn)，計(jì)算時(shí)b減去360度。