【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自动驾驶领域，具体是一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法和系统。
技术介绍
1、激光雷达与组合惯导的联合使用被广泛的应用于自动驾驶领域，典型应用场景有室外3d建图与定位等。单一传感器获得的感知与定位都在各自的坐标系下，存在空间不统一问题。自动驾驶领域，通常需要对所有传感器的坐标系进行统一，这就需要测算各传感器之间的外参。而激光雷达作为自动驾驶车辆的“眼睛”，其与组合惯导之间的外参标定，将直接关系到车外目标的定位的准确性，进而影响自车对周边动静态障碍物的响应决策。
2、目前用于激光雷达和组合惯导外参标定的方法，主要有三类。第一类是人工测量刚性连接的激光雷达和组合惯导的相对位移及旋转矩阵，该方法操作简单，但误差大，基本无法满足高速自动驾驶需求。第二类是通过测量并推算多组特殊形态的标定版中心分别在激光雷达坐标系和惯导坐标系下的三维坐标，解算出两者的相对位移及旋转矩阵，该方法精度高，但操作复杂，对激光雷达精度要求高，需反复调整位置使得激光雷达点云在标定板特定范围内成像。第三类是根据周边环境形成的点云特征点推算出激光雷达行驶轨迹，然后比对激光雷达轨迹和组合惯导轨迹，解算出两者的相对位移及旋转矩阵，该方法无需其它设备，但由于对点云特征点的依赖，其对激光雷达、环境均有较高要求。
技术实现思路
1、针对上述存在的问题，本专利技术提出一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法和系统，无需复杂测量，对激光雷达精度和周边环境均无特殊要求，在控制误差范围内，可灵活、快速
2、为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
3、一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法，所述方法包括以下步骤：
4、s1：获取一组标定杆的经纬度数据，并记录相应的三维点云坐标；
5、s2：获取组合惯导输出的经纬度数据，并计算标定杆在惯导坐标系下的二维坐标；
6、s3：根据三维点云坐标和惯导坐标系下的二维坐标，计算激光雷达和组合惯导相对位移及旋转矩阵。
7、作为本专利技术进一步的技术方案，所述获取一组标定杆的经纬度数据，并记录相应的三维点云坐标的步骤包括：
8、s1.1：标定杆垂直地面放置，并保持静止，测量标定杆中心位置的经纬度；标定杆直径不大于控制误差δ；
9、s1.2：保持待标定设备静止，录制点云数据或在线观察，记录标定杆中心位置的三维点云坐标；点云在标定杆处的横向分辨率不大于控制误差δ。
10、作为本专利技术进一步的技术方案，所述获取组合惯导输出的经纬度数据，并计算标定杆在惯导坐标系下的二维坐标的步骤包括：
11、s2.1：保持待标定设备静止，获取组合惯导输出的经纬度数据；该步骤执行前，已完成组合导航内参标定，车体坐标系与导航坐标系一致；
12、s2.2：根据自车系统所采用的经纬度转平面坐标公式，计算标定杆在惯导坐标系下的二维坐标。
13、作为本专利技术进一步的技术方案，所述根据三维点云坐标和惯导坐标系下的二维坐标，计算激光雷达和组合惯导相对位移及旋转矩阵的步骤包括：
14、s3.1：根据三维点云坐标和惯导坐标系下的二维坐标，按照坐标转换公式，建立最优化问题，计算最优的激光雷达和组合惯导相对位移及旋转矩阵；
15、其中，所述；
16、所述最优化问题数学描述如下：
17、
18、
19、所述，是旋转矩阵展开为行向量。
20、作为本专利技术进一步的技术方案，所述待标定设备为已完成激光雷达和组合惯导安装的待标定设备，所述待标定设备包括自动驾驶车辆，静止放置，所述标定杆包括固定标定杆和可移动标定杆，所述固定标定杆，直径小于系统控制误差δ，垂直于地面放置，固定放置在待标定设备远处，最远放置距离等于系统控制误差δ可容忍的最远距离，无需反复测量，用于保障待标定设备远处的定位精度；所述可移动标定杆，直径小于系统控制误差δ，垂直于地面放置，静止放置在待标定设备附近，灵活调整用于保障待标定设备附近的定位精度。
21、作为本专利技术进一步的技术方案，所述系统包括：
22、三维数据获取模块，用于获取一组标定杆的经纬度数据，并记录相应的三维点云坐标；
23、组合惯导数据获取模块，用于获取组合惯导输出的经纬度数据，并计算标定杆在惯导坐标系下的二维坐标；
24、组合计算模块，用于根据三维点云坐标和惯导坐标系下的二维坐标，计算激光雷达和组合惯导相对位移及旋转矩阵。
25、与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
26、1.目前激光雷达和组合惯导外参标定方法不能主动控制定位误差，本专利技术通过在最优化问题的约束条件进行限制，可主动控制坐标的测量误差，达到主动控制定位误差的目的；
27、2. 目前激光雷达和组合惯导外参标定方法对激光雷达性能要求较高，针对低线束激光雷达的标定效果较差甚至无法工作。显然的，低线束激光雷达在z维度呈现低分辨率，尤其是随着标定物距离越远，z维度分辨率越低。其中基于标定板的方案无法工作的主要原因是，低分辨率激光雷达由于点云稀疏，推算的标定物点云角点坐标误差大，导致最终位姿误差大；基于激光雷达和组合导航轨迹比对的方案无法工作的原因是，在低分辨率时难以提取特征点，无法生成精确的激光雷达轨迹。本专利技术设计的最优化问题约束条件取消了z维度的坐标偏差限制，即使激光雷达的点云在标定杆上仅有一个点成像，也可以得到控制误差范围内的xy维度坐标。
28、3. 目前激光雷达和组合惯导外参标定方法中，受激光雷达点云分辨率限制，能够用于推算的坐标点距离待标定物体较近，理论上无法保证远处物体的定位精度。本专利技术所标定的激光雷达和组合惯导外参，在激光雷达视野尽头也可提供控制误差范围内的定位精度。
29、4. 本专利技术设备简单，操作精度要求低，实用方便。
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1.一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法，其特征在于，所述获取一组标定杆的经纬度数据，并记录相应的三维点云坐标的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法，其特征在于，所述获取组合惯导输出的经纬度数据，并计算标定杆在惯导坐标系下的二维坐标的步骤包括：
4.根据权利要求1所述的一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法，其特征在于，所述根据三维点云坐标和惯导坐标系下的二维坐标，计算激光雷达和组合惯导相对位移及旋转矩阵的步骤包括：
5.根据权利要求2所述的一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法，其特征在于，所述待标定设备为已完成激光雷达和组合惯导安装的待标定设备，所述待标定设备包括自动驾驶车辆，静止放置，所述标定杆包括固定标定杆和可移动标定杆，所述固定标定杆，直径小于系统控制误差δ，垂直于地面放置，固定放置在待标定设备远处，最远放置距离等于系统控制误差δ可容忍的最远距离，无需反复
6.一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定系统，其特征在于，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法，其特征在于，所述获取一组标定杆的经纬度数据，并记录相应的三维点云坐标的步骤包括：
3.根据权利要求1所述的一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法，其特征在于，所述获取组合惯导输出的经纬度数据，并计算标定杆在惯导坐标系下的二维坐标的步骤包括：
4.根据权利要求1所述的一种误差可控的激光雷达和组合惯导外参标定方法，其特征在于，所述根据三维点云坐标和惯导坐标系下的二维坐标，计算激光雷达和组合惯导相对位移及旋转矩阵的步骤包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：吴艳飞，王智灵，
申请(专利权)人：安徽中科星驰自动驾驶技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
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