[发明专利]基于MIMO认知雷达的移动机器人避障及地图绘制方法

说明书

本发明提供了一种基于MIMO认知雷达的移动机器人避障及地图绘制方法，引入了目标确定性记忆栅格地图，能够利用MIMO认知雷达指导机器人实时避障，障碍物偏离雷达视场时也不会影响机器人避障策略。本发明除了做出检测决定外，雷达还可以通过存储来动态增加障碍物存在的确信数值，使用累积的信息来增加对是否存在障碍物的信心，障碍物偏离雷达视场时也不会影响机器人避障策略。适用于在移动机器人领域中，对有限空间内的静止障碍物进行地图绘制和实时躲避。

技术领域

本发明涉及移动机器人技术领域，具体涉及一种基于MIMO(Multiple InputMultiple Output)认知雷达的移动机器人避障及地图绘制方法。

背景技术

在未知环境中导航时，避障是移动机器人技术的基本问题。为了实现无碰撞运动，移动平台依靠传感器感知周围环境，检测其路径中的障碍物，并提供适当的规避行动和路径规划。不同类型的传感器，例如光学，超声波和激光雷达，每一个都基于不同的物理原理操作，因此具有不同的相对优缺点。MIMO雷达系统是另一种类型的传感器，也可以用于此目的。紧凑型MIMO雷达阵列可以放置在移动平台中，以生成距离-角度后向散射信息，从而能够检测物体。相比于其他传感器，雷达的优势在于可全天时，全天候工作，不受昼夜天气影响。因此，对于许多应用而言，雷达是唯一可行的传感器。但是低目标反射率和雷达横截面波动等特性引起的雷达散射不确定性。

认知雷达体系结构被认为是能够更好地克服上述挑战的潜在解决方案。C.J.Baker(K.L.Bell,J.T.Johnson,G.E.Smith,C.J.Baker and M.Rangaswamy,“Cognitive radar for target tracking using a software defined radar system,”2015IEEE Radar Conference(RadarCon),pp.1394-1399,IEEE,2015.)等提出的认知雷达体系，只有瞬时感知，当机器人导航和更改方向时，障碍物可能会偏离雷达视场，当机器人朝目的地行进以躲避障碍物时，障碍物某一时刻可能位于雷达视场之外并处于机器人和目的地中间，除非雷达“记住”最近的检测及其位置，否则机器人可能会在尝试转向目的地方向时与障碍物发生碰撞。因此单次检测不足以指导机器人躲避障碍。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于MIMO认知雷达的移动机器人避障及地图绘制方法，引入了目标确定性记忆栅格地图，能够利用MIMO认知雷达指导机器人实时避障，障碍物偏离雷达视场时也不会影响机器人避障策略。

为实现上述目的，本发明技术方案如下：

本发明提供了一种基于MIMO认知雷达的移动机器人地图绘制方法，包括如下步骤：

获取移动机器人所处环境的初始栅格地图；其中，所述初始栅格地图由MIMO认知雷达初始测量结果组成，范围与机器人所处环境一致，分辨率由雷达距离分辨率决定；

对MIMO认知雷达的一个重复周期内的回波信号进行处理，得到雷达视场内的一帧距离-角度图，当图中某点数据超过障碍物检测门限时，即增加该点对应栅格地图中位置的障碍物确信数值；

随着机器人的运动和不断测量，实时累加更新栅格地图中障碍物确信数值，最终得到机器人所处环境的关于障碍物确信数值的记忆栅格地图即障碍物信息地图。

其中，整个雷达视场由笛卡尔坐标系中的栅格单元二维阵列表示；将相邻栅格单元之间的距离设置为雷达的距离分辨率；栅格中的每个单元都包含一个障碍物确定性数值，该值表示相应位置存在障碍物的信心；单元的总集合是障碍确定性网格；通过积累多帧雷达测量数据处理后的OCV，得到障碍物确定性累积值即记忆栅格地图中每个单元格内的值。

本发明还提供了一种基于MIMO认知雷达的移动机器人避障方法，采用本发明的基于MIMO认知雷达的移动机器人地图绘制方法进行地图绘制，包括以下步骤：