基于激光雷达的定位系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种不受卫星信号、天气温度、光照环境、多径效应等因素影响的基于激光雷达的定位系统及方法，涉及机器人和无人车激光雷达定位领域。本发明专利技术利用激光雷达感知移动平台周围的环境，获得激光地图，将该激光地图与实际参考地图进行对比，进而确定移动平台的位姿，实际参考地图是通过事先采集全覆盖的环境地图的激光数据，再利用实时定位与建图算法对激光数据进行处理从而形成的大规模环境的实际激光数据地图，也称激光参考地图。本发明专利技术能够在GPS信号弱或基站覆盖范围较少的地方，也能确定移动平台的具体位置，提高定位的精确度。

【技术实现步骤摘要】
基于激光雷达的定位系统及方法
本专利技术涉及机器人和无人车激光雷达定位领域，特别涉及一种基于激光雷达的定位系统及方法。
技术介绍
定位系统在机器人、自主驾驶系统等移动平台中起着重要的作用。同时，环境感知、环境检测、路径规划、实时控制等操作和动作都不同程度的依赖于定位系统的定位结果。准确和稳定的定位系统是机器人和无人车实现其系统功能的基础和根本。目前的常见定位方式主要采用GPS卫星定位、移动基站平台定位和视觉定位方法。就GPS卫星定位系统而言，在高楼、树林和室内环境下由于GPS卫星信号受到遮挡以及复杂环境的多径效应的影响和干扰，定位系统不稳定，定位误差大。而在利用基站信号进行定位时，其定位精度和可靠性会受到基站覆盖范围和基站差分数据传输距离的影响。视觉定位系统的问题在于相机容易受到环境光照因素的影响，从而导致定位失败、定位结果不准确。所以，在许多场景和环境下，依靠上述的GPS卫星定位、移动基站平台或视觉定位方法是远远不够的。甚至，在某些区域和环境下，上述的定位系统是失效和不可靠的。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供一种不受卫星信号、天气温度、光照环境、多径效应等因素影响的基于激光雷达的定位系统及方法。本专利技术的基于激光雷达的定位系统所述系统，包括：激光发射装置，安装在移动平台，用于向移动平台周围环境发射激光；激光接收装置，用于接收反射回来的激光；处理器，用于分析计算发射的激光和反射回来的激光从而获得激光测量数据，通过对实时接收获取的激光测量数据实施融合滤波算法从而确定移动平台周围环境的形状和特征，形成待定位地图，将形成的待定位地图与实际参考地图进行对比和匹配，确定当前移动平台的位姿。优选的是，所述处理器包括：测距模块，将发射的激光和相应反射回来的激光转化为距离值；待定位地图形成模块，根据各方向激光转化的距离值，确定移动平台周围环境的形状和特征，从而生成激光数据地图为待定位地图；定位模块，将待定位地图与实际参考地图进行实时匹配，确定当前移动平台的实时位姿；实际参考地图是通过事先采集全覆盖的环境地图的激光数据，再利用实时定位与建图算法对激光数据进行处理从而形成的大规模环境的实际激光数据地图，也称激光参考地图。优选的是，所述处理器，还包括：位姿输入模块，用于输入预判断定位位姿或获取移动平台的初始位姿；搜索模块，用于参考输入的预判定位位姿，搜索实际参考地图，搜索到的实际参考地图用于对比和匹配。优选的是，所述定位系统还包括：显示模块，用于显示移动平台周围环境的形状与特征，并显示移动平台在该形状中的位姿。优选的是，所述定位系统还包括：云端服务器，用于存储实际参考地图。本专利技术还提供一种基于激光雷达的定位方法，包括：激光发射步骤，用于向移动平台周围环境发射激光；激光接收步骤，用于接收反射回来的激光；处理步骤，用于分析计算发射的激光和反射回来的激光从而获得激光测量数据，通过对实时接收获取的激光测量数据实施融合滤波算法从而确定移动平台周围环境的形状和特征，形成待定位地图，将形成的待定位地图与实际参考地图进行对比和匹配，确定当前移动平台的位姿。优选的是，还包括：测距步骤，将发射的激光和相应反射回来的激光转化为距离值；；待定位地图形成步骤，根据各方向激光转化的距离值，确定移动平台周围环境的形状和特征，该形状为待定位地图；定位步骤，将待定位地图与实际参考地图进行实时匹配，确定当前移动平台的实时位姿；实际参考地图是通过事先采集全覆盖的环境地图的激光数据，再利用实时定位与建图算法对激光数据进行处理从而形成的大规模环境的实际激光数据地图，也称激光参考地图。优选的是，还包括：位姿输入步骤，用于输入预判断定位位姿或获取移动平台的初始位姿；搜索步骤，用于参考输入的预判定位位姿，搜索实际参考地图，搜索到的实际参考地图用于对比和匹配。优选的是，还包括：显示步骤，用于显示移动平台周围环境的形状与特征，并显示移动平台在该形状中的位姿。优选的是，还包括：云端存储步骤，用于存储实际参考地图。本专利技术的有益效果在于，本专利技术提供一种基于激光雷达感知移动平台周围的环境，获得激光地图，将该激光地图与实际参考地图进行对比，进而确定移动平台的位姿，本专利技术能够在GPS信号弱或基站覆盖范围较少的地方，也能确定移动平台的具体位置，提高定位的精确度。上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。附图说明图1为本专利技术实施方式一的基于激光雷达的定位系统的原理示意图。图2为本专利技术实施方式二的基于激光雷达的定位方法的流程示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步说明，但不作为本专利技术的限定。实施例一：本实施方式提供一种基于激光雷达的定位系统，如图1所示，包括：激光发射装置，安装在移动平台，用于向移动平台周围环境发射激光；激光接收装置，用于接收反射回来的激光；处理器，用于分析计算发射的激光和反射回来的激光从而获得激光测量数据，通过对实时接收获取的激光测量数据实施融合滤波算法从而确定移动平台周围环境的形状和特征，形成待定位地图，将形成的待定位地图与实际参考地图进行对比和匹配，确定当前移动平台的位姿。本实施方式利用激光传感器获取周围环境的感知数据，这个感知数据就是激光测量数据，并利用不断获取的感知数据及建图算法建立激光数据环境地图作为参考地图，即：实际参考地图；或将现有的实际参考地图转换成激光数据环境地图，用于作为对比和匹配；本实施方式的激光传感器安装在移动平台上，如机器人，激光传感器上电获取当前激光数据，当前激光数据与实际参考地图转换的激光地图进行激光数据匹配，匹配成功后，就能获取当前激光传感器定位的位姿。本实施方式的移动平台在行走过程中只需要激光传感器和处理器就能实现定位，不需要考虑卫星信号或基站信号的覆盖范围或周围的光照环境，保证了测量精度。优选实施例中，本实施方式的处理器包括：测距模块，将发射的激光和相应反射回来的激光转化为距离值；待定位地图形成模块，根据各方向激光转化的距离值，确定移动平台周围环境的形状和特征，从而生成激光数据地图为待定位地图；定位模块，将待定位地图与实际参考地图进行实时匹配，确定当前移动平台的实时位姿。本实施方式待定位地图和实际参考地图可以为激光数据地图，提取激光数据地图中特征进行匹配，例如：提取角点特征进行匹配，进行精确定位。优选实施例中，本实施方式的处理器，还包括：位姿输入模块，用于输入预判断定位位姿或获取移动平台的初始位姿；搜索模块，用于参考输入的预判定位位姿，搜索实际参考地图，搜索到的实际参考地图用于对比和匹配。当用户需要定位且知道本移动平台处于某个区，可以输入“某区”，本实施方式的搜索模块会搜索该“某区”内的地图，用于对比，减少了搜索及对比量，节省时间。本实施方式利用激光测距，得到量化的距离值，根据距离值的大小及方向，融合滤波算法，获取周围环境的形状和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于激光雷达的定位系统，其特征在于，所述系统包括：激光发射装置，安装在移动平台，用于向移动平台周围环境发射激光；激光接收装置，用于接收反射回来的激光；处理器，用于根据发射的激光和反射回来的激光从而获得激光测量数据，通过对实时接收获取的激光测量数据实施融合滤波算法从而确定移动平台周围环境的形状和特征，形成待定位地图，将形成的待定位地图与实际参考地图进行对比和匹配，确定当前移动平台的位姿。

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达的定位系统，其特征在于，所述系统包括：激光发射装置，安装在移动平台，用于向移动平台周围环境发射激光；激光接收装置，用于接收反射回来的激光；处理器，用于根据发射的激光和反射回来的激光从而获得激光测量数据，通过对实时接收获取的激光测量数据实施融合滤波算法从而确定移动平台周围环境的形状和特征，形成待定位地图，将形成的待定位地图与实际参考地图进行对比和匹配，确定当前移动平台的位姿。2.根据权利要求1所述的基于激光雷达的定位系统，其特征在于，所述处理器包括：测距模块，将发射的激光和相应反射回来的激光转化为距离值；待定位地图形成模块，根据各方向激光转化的距离值，确定移动平台周围环境的形状和特征，从而生成激光数据地图为待定位地图；定位模块，将待定位地图与实际参考地图进行实时匹配，确定当前移动平台的实时位姿；实际参考地图是通过事先采集全覆盖的环境地图的激光数据，再利用实时定位与建图算法对激光数据进行处理从而形成的大规模环境的实际激光数据地图。3.根据权利要求1或2所述的基于激光雷达的定位系统，其特征在于，所述处理器，还包括：位姿输入模块，用于输入预判断定位位姿或获取移动平台的初始位姿；搜索模块，用于参考输入的预判定位位姿，搜索实际参考地图，搜索到的实际参考地图用于对比和匹配。4.根据权利要求3所述的基于激光雷达的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括：显示模块，用于显示移动平台周围环境的形状与特征，并显示移动平台在该形状中的位姿。5.根据权利要求4所述的基于激光雷达的定位系统，其特征在于，所述定位系统还包括：云端服...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢建平，
申请(专利权)人：谢建平，
类型：发明
国别省市：上海,31