[发明专利]基于姿态传感器和GNSS的无人船激光雷达点云数据校正方法

说明书

本发明公开了一种基于姿态传感器和GNSS的无人船激光雷达点云数据校正方法，包括如下步骤：S1：获取激光雷达点云的原始数据；S2：对激光雷达点云数据进行角度插值；S3：激光雷达实时获取GNSS数据，计算每个点云数据的发射时间，获取每个点云数据的无人船位置信息；S4：获取姿态传感器测得的无人船的姿态信息；S5：根据姿态传感器测得的无人船的姿态信息，对激光雷达补充完整的点云数据进行校正。本发明通过给激光雷达进行角度插值处理提高扫描分辨率；接入GNSS，对激光雷达的每个激光加时间戳并记录每个点云数据的位置信息；姿态传感器对激光雷达点云数据进行实时校正，减小激光雷达目标识别跟踪的误差。

技术领域

本发明涉及一种激光雷达点云数据校正方法，尤其涉及一种基于姿态传感器和GNSS的无人船激光雷达点云数据校正方法。

背景技术

水面无人艇(Unmanned Surface Vessel,USV)具备高度自动化、智能化特点，是未来船舶发展和水上交通运输的一个重要发展方向，在军事、运输、测量等领域都有着光明的应用前景。

激光雷达因其具备测距精度高、实时性好等优点，且相对于摄像头而言，受雨雾环境影响较小，激光雷达适用于近距离的环境感知，能够满足无人船在复杂环境下，尤其是内河和近海复杂环境下自主航行中对周围航行环境进行快速、准确感知的需求。

在复杂环境情况，尤其是近海海域应用场景中，水流、浪等会引起船体的横滚和纵倾，这会导致原有的激光雷达测距、旋转角等信息出现误差，严重影响目标识别的准确率。尤其是在恶劣海况下，激光雷达识别障碍物目标的信息可靠性会大大降低。

目前在无人船领域，对于激光雷达的研究，更多的是目标检测、特征提取和目标识别的相关研究，这些研究都需要精度高、误差小的激光雷达点云数据作为前提。所以，如何校正外部环境和内部因素引起的误差，使误差尽量减小，是提高目标识别的概率和目标信息精度，提高自动避障成功率以及无人船智能航行的重要保障。因此，采用姿态传感器和GNSS(Global Navigation Satellite System)全球卫星导航系统对无人船激光雷达点云数据校正是非常有必要的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于姿态传感器和GNSS的无人船激光雷达点云数据校正方法，通过给激光雷达进行角度插值处理提高扫描分辨率；接入GNSS，对激光雷达的每个激光加时间戳并记录每个点云数据的位置信息；姿态传感器对激光雷达点云数据进行实时校正，减小激光雷达目标识别跟踪的误差。

本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种基于姿态传感器和GNSS的无人船激光雷达点云数据校正方法，包括如下步骤：S1：获取激光雷达点云的原始数据；S2：对激光雷达点云数据进行角度插值，补充角度值数据，得到完整的点云数据；S3：激光雷达实时获取GNSS数据，计算每个点云数据的激光发射时间，对应于发射时间获取每个点云数据的无人船位置信息并存储；S4：实时获取姿态传感器测得的无人船的姿态信息；S5：根据姿态传感器测得的无人船的姿态信息，对应于点云数据的激光发射时间对激光雷达补充完整的点云数据进行校正。

进一步地，所述步骤S3计算每个点云数据的发射时间具体包括：设激光雷达为N线的激光雷达，激光线的序号S_i(1≤i≤N)，激光发射轮数R_j(1≤j≤M)，两线激光之间的发射时间间隔是Δt，完成一轮激光发射需要时间t，累计M轮激光数据组成一包雷达数据包；设第一个激光发射时间t₀，则精确到每个激光的发射时间为：t_ij＝t₀+t×R_j+Δt×S_i。

进一步地，对应于激光的发射时间，获取姿态传感器测得的无人船的姿态信息，所述姿态传感器T时刻测得的无人船的姿态信息，包括方位角α、俯仰角β和横滚角χ。