基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步方法及系统技术方案

本申请提供一种基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步方法，包括如下步骤：采用GNSS对LiDAR和IMU授时，并对二者时间戳进行线性插值得到粗略的时间同步估计，构建IMU时变时间偏移和LiDAR时变时间偏移的差值，将该差值添加为系统状态量，通过IMU预积分对该差值进行补偿，构建包含时变时间偏移差值的IMU预积分残差；将LiDAR点云通过特征提取得到线点和平面点，分别构建线点和平面点的残差组成LiDAR残差；基于紧耦合原理，将IMU预积分残差和LiDAR残差联合优化，将时变时间偏移插值迭代优化到最小值，以消除其对定位结果的额外误差影响，实现IMU和LiDAR之间的时间精确同步，以保证多传感器融合定位精度和鲁棒性。本申请还提供一种基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步系统。时间同步系统。时间同步系统。

【技术实现步骤摘要】
基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步方法及系统


[0001]本申请属于自动驾驶
，具体涉及一种基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步方法及系统。

技术介绍

[0002]在自动驾驶领域中，基于多传感器融合的定位方法逐渐成为研究热点，其中以激光雷达和惯性测量单元二者融合的定位方法应用最为广泛。传感器的时间戳通常会受到触发延迟和传输延迟的影响，导致不同传感器在数据采集和数据发送之间存在不同程度的时间偏移，通常在几毫秒到几百毫秒之间，同时在运算单元接收到数据后也存在由算法耗时和时间基准不同等因素引起的传感器间时间戳未对齐现象，从而造成不同传感器数据流完全对不齐而严重影响算法定位精度和鲁棒性。
[0003]因此，实有必要提供一种基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步方法及系统。

技术实现思路

[0004]本申请实施例的目的是提供一种基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步方法及系统，采用GNSS对LiDAR和IMU进行授时，并对二者时间戳进行线性插值，以得到粗略的时间同步估计，构建IMU的时变时间偏移和LiDAR的时变时间偏本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：采用GNSS为IMU和LiDAR统一授时，并对LiDAR和IMU的时间戳进行线性插值，使LiDAR和IMU的时间戳粗对齐；S2：构建IMU的时变时间偏移和LiDAR的时变时间偏移的差值，将该差值添加为系统状态量，通过IMU预积分对该差值进行补偿，构建包含时变时间偏移差值的IMU预积分残差；S3：计算LiDAR数据中点云的曲率，根据曲率从点云中提取符合线特征和面特征的特征点，将当前帧的特征点投影到上一帧，找到线点对应的最近线，平面点对应的最近平面，构建点
‑
线残差和点面残差，所述点
‑
线残差和点
‑
面残差共同组成LiDAR残差；S4：基于紧耦合原理，使用Ceres优化求解器对所述IMU预积分残差和LiDAR残差进行联合优化，得到最小化的时间偏移和时间精确同步后的车辆定位结果。2.根据权利要求1所述的基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步方法，其特征在于，所述步骤S1中“对IMU和LiDAR时间戳进行线性插值”的过程为：IMU初始时间戳为对应的LiDAR前后时间戳分别为应的LiDAR前后时间戳分别为时刻LiDAR对应数据为通过线性插值获取IMU对应时刻的LiDAR数据实现IMU和LiDAR时间戳粗同步，插值公式为：3.根据权利要求1所述的基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步方法，其特征在于，系统的状态量表示为：式中，X(t)为t时刻的系统状态量；X
b
(t)为t时刻的IMU状态量，包括相对于世界坐标系的平移速度和旋转以及加速度计零偏b
a
和陀螺仪零偏b
g
；X
bl
为LiDAR坐标系与IMU坐标系的外部参数，包括相对平移p
bl
和相对旋转q
bl
；为IMU的时变时间偏移和LiDAR的时变时间偏移的差值；T为矩阵转置操作；所述IMU测量模型表示为：所述IMU测量模型表示为：式中，分别表示t时刻加速度和角速度的测量值；分别表示t时刻加速度和角速度的真实值；为世界坐标系到IMU坐标系的旋转；g
w
为世界坐标系下的重力加速度，和分别为加速度计和陀螺仪的零偏；分别为加速度计和陀螺仪的高斯白噪声。4.根据权利要求3所述的基于补偿优化的自动驾驶多传感器时间同步方法，其特征在
于，i
′
l
和i
′
b
分别为LiDAR和IMU的数据采集时刻，i
l
、j
l
为相邻两次LiDAR的数据发送时刻，i
b
、j
b
分别为相邻两次IMU的数据发送时刻，i
b
时刻到j
l
时刻，则从i
b
时刻到j
l
时刻，系统的平移、速度和旋转更新的过程为：移、速度和旋转更新的过程为：移、速度和旋转更新的过程为：式中，分别表示j
l
时刻系统的平移、速度和旋转；时刻系统的平移、速度和旋转；分别表示i
b
时刻系统的平移、速度和旋转；Δt表示相邻两个LiDAR数据发送时刻i
l
和j
l
的时间间隔，Δt＝j
l
‑
i
l
；表示当前时刻相对于i
b
时刻的旋转；i
n
时刻到j
l
时刻，仅与IMU的测量值相关的平移、速度和旋转预积分量表示为：时刻，仅与IMU的测量值相关的平移、速度和旋转预积分量表示为：时刻，仅与IMU的测量值相关的平移、速度和旋转预积分量表示为：式中，分别表示与IMU的测量值相关的平移、速度和旋转预积分量；将预积分量作为测量值对i
b
到j
l
时刻间状态量进行约束以构建包含时变时间偏移时间差的IMU预积分残差，表示为：式中表示IMU...

【专利技术属性】
技术研发人员：秦洪懋，李涛，秦晓辉，徐彪，胡满江，边有钢，秦兆博，谢国涛，王晓伟，丁荣军，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：