CN107024687B - 一种离线快速实现pos/激光雷达安装误差标定的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于误差标定领域，具体公开一种离线快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法，包括步骤1：选定合适的标校地物；步骤2：展外场车载试验，采集POS和雷达数据；步骤3：解算安装误差，通过迭代的方法依次解算出三个安装误差角Δγ、Δθ、Δψ，从而实现将三维相对位置坐标精确投影到WGS‑84坐标系；通过设计建筑物和试验车的试验场景，实现了理论计算与实地检测的统一，高效准确地实现了离线快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法。

Description

一种离线快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法
技术领域
本发明属于误差标定领域，具体涉及一种离线快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法。
背景技术
POS数据经事后处理可获得WGS-84世界大地坐标系下的高精度位置信息，激光雷达利用激光测距原理可给出目标物体在雷达机体坐标系下的三维位置坐标，根据POS给出的姿态角信息及事先标定出的POS/激光雷达之间的安装误差，即可将激光雷达给出的三维相对位置坐标投影到WGS-84坐标系，从而给出目标物体的点云数据。现有技术中并没有一种高效准确的离线快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种离线快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法。
实现本发明目的的技术方案：
一种快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法，包括下列步骤：
步骤1：选定合适的标校地物
(1.1)选定测量目标建筑物S，建筑物S的棱边垂直于地面，取棱边的某高端点作为第一特征点A，取棱边的某低端点作为第二特征点B；
(1.2)选定试验场地；在试验场地上设置两条平行线，分别为第一条试验车行车基准线L1、第二条试验车行车基准线L2，两条基准线的间距为L；
步骤2：展外场车载试验，采集POS和雷达数据；
综合POS和雷达数据，获得在第一条试验车行车基准线L1中获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X，Y，Z)和在第二条试验车行车基准线L2中获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X’，Y’，Z’)；
步骤3：解算安装误差
(3.1)将步骤2获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X，Y，Z)投影到WGS-84坐标系下，计算公式如下：
[x y z]T＝C(Δψ,Δθ,Δγ)[X Y Z]T
式中，
Δψ为POS和雷达之间的航向安装误差角，Δθ为俯仰安装误差角，Δγ为滚动安装误差角，三个误差角的初始值均为0；
C为Δψ→Δθ→Δγ获得方向余弦矩阵：
Figure BDA0000919351780000021
经过解算，分别得到建筑物S在WGS-84坐标系下的点云数据，并形成建筑物S在WGS-84坐标系下的图像；
在建筑物S在WGS-84坐标系下的图像中识别出第一特征点A和第二特征点B，将二者的坐标分别记作A(xA、yA、zA)、B(xB、yB、zB)；
(3.2)标定滚动安装误差角
通过公式
Figure BDA0000919351780000022
获得滚动安装误差角Δγ；
将Δγ带入步骤(3.1)的公式中，获得更新1次后的建筑物S在WGS-84坐标系下的点云数据和建筑物S在WGS-84坐标系下的图像，再次从图形中识别出A、B，坐标分别记作
Figure BDA0000919351780000023
(3.2)标定俯仰安装误差角
通过公式
Figure BDA0000919351780000024
获得俯仰安装误差角Δθ；
将Δγ、Δθ同时带入步骤(3.1)的公式中，建筑物S在WGS-84坐标系下的点云数据和建筑物S在WGS-84坐标系下的图像，再次从图形中识别出A、B，坐标分别记作
Figure BDA0000919351780000031
(3.3)标定航向安装误差角
对第二条试验车行车基准线L2中获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X’，Y’，Z’)及更新后的Δγ、Δθ带入步骤(3.1)的公式中，得到A、B坐标，分别记作
Figure BDA0000919351780000032
通过公式
Figure BDA0000919351780000033
获得航向安装误差角Δψ。
本发明的有益技术效果在于：
本发明提供的一种离线快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法通过迭代的方法依次解算出三个安装误差角Δγ、Δθ、Δψ，从而实现将三维相对位置坐标精确投影到WGS-84坐标系；通过设计建筑物和试验车的试验场景，实现了理论计算与实地检测的统一，高效准确地实现了离线快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法。
附图说明
图1为本发明所提供的一种离线快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法的示意图。
图中：S.建筑物、L1.第一条试验车行车基准线、L2.第二条试验车行车基准线、L.两条基准线的间距、A.第一特征点、B.第二特征点。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明提供的一种快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法包括下列步骤：
步骤1：选定合适的标校地物
(1.1)选定测量目标为图1所示的建筑物S，建筑物S的棱边垂直于地面，取棱边的某高端点作为第一特征点A，取棱边的某低端点作为第二特征点B。
(1.2)选定试验场地，试验场地为水平面，试验场地和建筑物S之间无遮挡，建筑物S的棱边垂直于试验场地，试验场地和建筑物S之间的距离小于激光雷达的测距长度。在试验场地上设置两条平行线，分别为第一条试验车行车基准线L1、第二条试验车行车基准线L2，两条基准线的间距为L。
步骤2：展外场车载试验，采集POS和雷达数据。
将POS和激光雷达分别刚性安装于试验车车顶，POS的前向轴方向、雷达的纵轴方向与试验车的前进方向三者同向安装。整个试验过程中POS和激光雷达两者之间没有相对位移。
启动试验车，同时采集、存储POS和雷达数据。试验车首先沿基准线L1朝一个方向直线行驶，到试验场地边缘后，调头，沿基准线L2朝另一个方向直线行驶，至试验场地边缘后，停车断电。
综合POS和雷达数据，获得在第一条试验车行车基准线L1中获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X，Y，Z)和在第二条试验车行车基准线L2中获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X’，Y’，Z’)。
步骤3：解算安装误差
(3.1)将步骤2获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X，Y，Z)投影到WGS-84坐标系下，计算公式如下：
[x y z]T＝C(Δψ,Δθ,Δγ)[X Y Z]T
式中，
Δψ为POS和雷达之间的航向安装误差角，Δθ为俯仰安装误差角，Δγ为滚动安装误差角，三个误差角的初始值均为0。
C为Δψ→Δθ→Δγ获得方向余弦矩阵：
Figure BDA0000919351780000041
经过解算，分别得到建筑物S在WGS-84坐标系下的点云数据，并形成建筑物S在WGS-84坐标系下的图像。
在建筑物S在WGS-84坐标系下的图像中识别出第一特征点A和第二特征点B，将二者的坐标分别记作A(xA、yA、zA)、B(xB、yB、zB)。
(3.2)标定滚动安装误差角
通过如下公式：
Figure BDA0000919351780000051
获得滚动安装误差角Δγ。
将Δγ带入步骤(3.1)的公式中，获得更新1次后的建筑物S在WGS-84坐标系下的点云数据和建筑物S在WGS-84坐标系下的图像，再次从图形中识别出A、B，坐标分别记作
Figure BDA0000919351780000052
(3.2)标定俯仰安装误差角
通过如下公式：
Figure BDA0000919351780000053
获得俯仰安装误差角Δθ。
将Δγ、Δθ同时带入步骤(3.1)的公式中，建筑物S在WGS-84坐标系下的点云数据和建筑物S在WGS-84坐标系下的图像，再次从图形中识别出A、B，坐标分别记作
Figure BDA0000919351780000054
(3.3)标定航向安装误差角
对第二条试验车行车基准线L2中获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X’，Y’，Z’)及更新后的Δγ、Δθ带入步骤(3.1)的公式中，得到A、B坐标，分别记作
Figure BDA0000919351780000055
通过如下公式：
Figure BDA0000919351780000061
获得航向安装误差角Δψ。
至此，实现POS和激光雷达之间三个安装误差角Δγ、Δθ、Δψ的离线快速标定。
上面结合附图和实施例对本发明作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。本发明中未作详细描述的内容均可以采用现有技术。

Claims (2)

1.一种快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法，其特征在于：所述方法包括下列步骤：
步骤1：选定合适的标校地物
(1.1)选定测量目标建筑物S，建筑物S的棱边垂直于地面，取棱边的某高端点作为第一特征点A，取棱边的某低端点作为第二特征点B；
(1.2)选定试验场地；在试验场地上设置两条平行线，分别为第一条试验车行车基准线L1、第二条试验车行车基准线L2，两条基准线的间距为L；
步骤2：开展外场车载试验，采集POS和雷达数据；
综合POS和雷达数据，获得在第一条试验车行车基准线L1中获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X，Y，Z)和在第二条试验车行车基准线L2中获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X’，Y’，Z’)；
步骤3：解算安装误差
(3.1)将步骤2获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X，Y，Z)投影到WGS-84坐标系下，计算公式如下：
[x y z]T＝C(Δψ，Δθ，Δγ)[X Y Z]T
式中，
Δψ为POS和雷达之间的航向安装误差角，Δθ为俯仰安装误差角，Δγ为滚动安装误差角，三个误差角的初始值均为0；
C为Δψ→Δθ→Δγ获得方向余弦矩阵：
Figure FDA0002353949730000012
经过解算，分别得到建筑物S在WGS-84坐标系下的点云数据，并形成建筑物S在WGS-84坐标系下的图像；
在建筑物S在WGS-84坐标系下的图像中识别出第一特征点A和第二特征点B，将二者的坐标分别记作A(xA、yA、zA)、B(xB、yB、zB)；
(3.2)标定滚动安装误差角
通过公式
Figure FDA0002353949730000013
获得滚动安装误差角Δγ；
将Δγ代入步骤(3.1)的第一个公式中，获得更新1次后的建筑物S在WGS-84坐标系下的点云数据和建筑物S在WGS-84坐标系下的图像，再次从图形中识别出A、B，坐标分别记作
Figure FDA0002353949730000015
(3.3)标定俯仰安装误差角
通过公式
Figure FDA0002353949730000021
获得俯仰安装误差角Δθ；
将Δγ、Δθ同时代入步骤(3.1)的第一个公式中，得到建筑物S在WGS-84坐标系下的点云数据和建筑物S在WGS-84坐标系下的图像，再次从图形中识别出A、B，坐标分别记作
Figure FDA0002353949730000023
(3.4) 标定航向安装误差角
对第二条试验车行车基准线L2中获得的建筑物S粗略三维位置坐标(X’，Y’，Z’)及更新后的Δγ、Δθ代入步骤(3.1)的公式中，得到A、B坐标，分别记作
Figure FDA0002353949730000024
通过公式
Figure FDA0002353949730000025
获得航向安装误差角Δψ。
2.根据权利要求1所述的一种快速实现POS/激光雷达安装误差标定的方法，其特征在于：所述步骤2包括
将POS和激光雷达分别刚性安装于试验车车顶，POS的前向轴方向、雷达的纵轴方向与试验车的前进方向三者同向安装；整个试验过程中POS和激光雷达两者之间没有相对位移；
启动试验车，同时采集、存储POS和雷达数据；试验车首先沿基准线L1朝一个方向直线行驶，到试验场地边缘后，调头，沿基准线L2朝另一个方向直线行驶，至试验场地边缘后，停车断电。
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