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

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010581384.6
• 申請日: 2020-06-23
• 公開（公告）號: CN111708038B
• 公開（公告）日: 2023-06-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王新雅;徐燕;王南南;袁敏;倪侃俊;錢偉;張國興
• 申請（專利權(quán)）人: 上海埃威航空電子有限公司
• 主分類號: G01S17/42
• 分類號: 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

本發(fā)明公開了一種基于姿態(tài)傳感器和GNSS的無人船激光雷達點云數(shù)據(jù)校正方法，包括如下步驟：S1：獲取激光雷達點云的原始數(shù)據(jù)；S2：對激光雷達點云數(shù)據(jù)進行角度插值；S3：激光雷達實時獲取GNSS數(shù)據(jù)，計算每個點云數(shù)據(jù)的發(fā)射時間，獲取每個點云數(shù)據(jù)的無人船位置信息；S4：獲取姿態(tài)傳感器測得的無人船的姿態(tài)信息；S5：根據(jù)姿態(tài)傳感器測得的無人船的姿態(tài)信息，對激光雷達補充完整的點云數(shù)據(jù)進行校正。本發(fā)明通過給激光雷達進行角度插值處理提高掃描分辨率；接入GNSS，對激光雷達的每個激光加時間戳并記錄每個點云數(shù)據(jù)的位置信息；姿態(tài)傳感器對激光雷達點云數(shù)據(jù)進行實時校正，減小激光雷達目標(biāo)識別跟蹤的誤差。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種激光雷達點云數(shù)據(jù)校正方法，尤其涉及一種基于姿態(tài)傳感器和GNSS的無人船激光雷達點云數(shù)據(jù)校正方法。

背景技術(shù)

水面無人艇(Unmanned?Surface?Vessel,USV)具備高度自動化、智能化特點，是未來船舶發(fā)展和水上交通運輸?shù)囊粋€重要發(fā)展方向，在軍事、運輸、測量等領(lǐng)域都有著光明的應(yīng)用前景。

激光雷達因其具備測距精度高、實時性好等優(yōu)點，且相對于攝像頭而言，受雨霧環(huán)境影響較小，激光雷達適用于近距離的環(huán)境感知，能夠滿足無人船在復(fù)雜環(huán)境下，尤其是內(nèi)河和近海復(fù)雜環(huán)境下自主航行中對周圍航行環(huán)境進行快速、準(zhǔn)確感知的需求。

在復(fù)雜環(huán)境情況，尤其是近海海域應(yīng)用場景中，水流、浪等會引起船體的橫滾和縱傾，這會導(dǎo)致原有的激光雷達測距、旋轉(zhuǎn)角等信息出現(xiàn)誤差，嚴重影響目標(biāo)識別的準(zhǔn)確率。尤其是在惡劣海況下，激光雷達識別障礙物目標(biāo)的信息可靠性會大大降低。

目前在無人船領(lǐng)域，對于激光雷達的研究，更多的是目標(biāo)檢測、特征提取和目標(biāo)識別的相關(guān)研究，這些研究都需要精度高、誤差小的激光雷達點云數(shù)據(jù)作為前提。所以，如何校正外部環(huán)境和內(nèi)部因素引起的誤差，使誤差盡量減小，是提高目標(biāo)識別的概率和目標(biāo)信息精度，提高自動避障成功率以及無人船智能航行的重要保障。因此，采用姿態(tài)傳感器和GNSS(Global?Navigation?Satellite?System)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對無人船激光雷達點云數(shù)據(jù)校正是非常有必要的。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于姿態(tài)傳感器和GNSS的無人船激光雷達點云數(shù)據(jù)校正方法，通過給激光雷達進行角度插值處理提高掃描分辨率；接入GNSS，對激光雷達的每個激光加時間戳并記錄每個點云數(shù)據(jù)的位置信息；姿態(tài)傳感器對激光雷達點云數(shù)據(jù)進行實時校正，減小激光雷達目標(biāo)識別跟蹤的誤差。

本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種基于姿態(tài)傳感器和GNSS的無人船激光雷達點云數(shù)據(jù)校正方法，包括如下步驟：S1：獲取激光雷達點云的原始數(shù)據(jù)；S2：對激光雷達點云數(shù)據(jù)進行角度插值，補充角度值數(shù)據(jù)，得到完整的點云數(shù)據(jù)；S3：激光雷達實時獲取GNSS數(shù)據(jù)，計算每個點云數(shù)據(jù)的激光發(fā)射時間，對應(yīng)于發(fā)射時間獲取每個點云數(shù)據(jù)的無人船位置信息并存儲；S4：實時獲取姿態(tài)傳感器測得的無人船的姿態(tài)信息；S5：根據(jù)姿態(tài)傳感器測得的無人船的姿態(tài)信息，對應(yīng)于點云數(shù)據(jù)的激光發(fā)射時間對激光雷達補充完整的點云數(shù)據(jù)進行校正。

進一步地，所述步驟S3計算每個點云數(shù)據(jù)的發(fā)射時間具體包括：設(shè)激光雷達為N線的激光雷達，激光線的序號S_i(1≤i≤N)，激光發(fā)射輪數(shù)R_j(1≤j≤M)，兩線激光之間的發(fā)射時間間隔是Δt，完成一輪激光發(fā)射需要時間t，累計M輪激光數(shù)據(jù)組成一包雷達數(shù)據(jù)包；設(shè)第一個激光發(fā)射時間t₀，則精確到每個激光的發(fā)射時間為：t_ij＝t₀+t×R_j+Δt×S_i。

進一步地，對應(yīng)于激光的發(fā)射時間，獲取姿態(tài)傳感器測得的無人船的姿態(tài)信息，所述姿態(tài)傳感器T時刻測得的無人船的姿態(tài)信息，包括方位角α、俯仰角β和橫滾角χ。