[发明专利]一种基于单线激光雷达的无人艇环境感知方法

权利要求书

1.一种基于单线激光雷达的无人艇环境感知方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一：测试激光雷达在真实场景中环境下的感知范围和检测能力，根据结果对无效点云进行滤除；

步骤二：无效点云滤除后，设置DBSCAN聚类参数优化分割效果；

步骤三：使用最近邻数据关联方法进行帧间数据匹配；

步骤四：在线性卡尔曼滤波器框架下使用交互多模型估计运动目标状态，根据目标机动性大小自适应调整过程噪声协方差矩阵；

步骤一中所述激光雷达为Lase-2000D激光雷达，步骤一中真实场景下的测试包括在陆地户外自然光照环境下选取人体表面、黑色金属、木纸板进行测量，测量距离为5-65米，每10米进行一次，反射强度值在10以下的反射点视作无效点云，步骤二中影响分割结果的参数是邻域范围ε与邻域内样本数量minpts，以等距相邻点的弧长l为参考，设置分割参数,分割参数的公式为：

其中d为目标距激光雷达的直线距离，σ为激光雷达水平分辨率；

步骤三中，在激光雷达的第k次测量前，经过聚类处理后的N个目标已经形成了N条航迹，传感器第k次测量提供的数据为：

Z_j(k)＝[(x_j1,y_j1),(x_j2,y_j2),...(x_jm,y_jm)]

其中j＝1,2,...,N，m为一个独立目标返回的点云数量，具体值由聚类结果确定，为方便计算，以同一目标所包含所有点云的中心坐标作为目标的位置估计：

而后在第i个航迹关联波门内部计算观测值与预测值的矢量差作为滤波器残差：

设统计距离为：

设圆形波门半径为r＝3，把的点云作为待选取目标，如果波门内只有唯一目标，则直接以其中心位置作为新航迹，如果有多个目标，则选择最小时作为关联航迹。

2.根据权利要求1所述的基于单线激光雷达的无人艇环境感知方法，其特征在于，步骤四中，在保持观测噪声协方差矩阵不变的情况下，根据目标速度大小自适应调整过程噪声协方差矩阵Q，增强卡尔曼滤波器的自适应性，最大程度达到目标运动状态的准确估计,Q的具体选择与目标机动性直接相关，滤波器残差v(k)可以表现当前时刻预测值和观测值差异，是衡量目标机动性的标准，所以构建不等式以判定目标机动性:

为避免噪声的不确定性影响，设置固定时间窗口，当滤波器残差连续五个时刻大于设定阈值，则认定目标发生机动，然后调节Q值,根据之前的仿真结果，认为过程噪声协方差为速度的线性关系，运动目标速度范围为[1.25]，设置：

0.05I_2*2≤Q≤0.5I_2*2

Q(k)＝(a×est_v+b)I_2*2

其中，a＝-0.01875，b＝0.51875。