[发明专利]一种基于单线激光雷达的室内定位方法

权利要求书

1.一种基于单线激光雷达的室内定位方法，其特征在于：包括以下步骤：

(1)使用单线激光雷达采集的得到的数据构建占据栅格地图：在所述占据栅格地图中，对于一个点，用p(s＝0)来表示它是空状态的概率，用p(s＝1)来表示它是占据状态的概率，两者的和为1；在此引入两者的比值来作为点的状态：Odd(s)＝p(s＝1)/p(s＝0)；在所述占据栅格地图中，一个点状态的数值越大，就表示越肯定它是占据状态，相反数值越小，就表示越肯定它是空状态；

(2)采用步骤(1)中的方法构建局部地图，并进行局部匹配；

(3)采用步骤(1)中的方法构建全局地图，并进行全局匹配；

(4)每得到一次全局匹配结果时，将所述全局地图与所述局部地图在该次全局匹配结果的时间戳上约束并加入优化队列；为避免偶然误差，在优化队列达到一定数量时进行一次最小二乘优化，更新当前所述局部地图中的历史定位轨迹，并将每个点位姿更新，以最终得到实时精确的位姿；

在步骤(2)中，所述局部地图始终保留一定范围内的数据，随着机器人的运动，所述局部地图会不断更新，新的局部地图数据产生的同时丢弃旧的局部地图数据；

在步骤(2)中，设当前测量数据为用空间变换函数表示将做的变换，则匹配问题可以转化为最大化似然函数：

在式(1)中，p为概率密度函数，由上一时刻的测量数据进行栅格化，然后计算每个网格的多维正态分布得到；式(1)可等价于：

在式(2)中，将当前时刻的测量数据的每个数据点找出对应的网格点，将其代入概率密度函数p进行计算，并对式(2)使用牛顿法进行迭代求解，直到收敛；当收敛时，即求得最大化似然函数情况下的求出空间变换即可由上一时刻位姿解算出当前时刻位姿，即完成了局部定位；

在步骤(3)中，在所述全局地图的基础上，构造由粗到细的多张不同分辨率的构造地图：

(a)将测量数据分别顺时针旋转0～360°，具体角分辨率需要根据实际情况选择，得到新的不同旋转角度下的测量数据；

(b)将不同旋转角度下的测量数据按照多个分辨率分别进行栅格化，将这些栅格化后的数据作为候选者；

(c)取最低分辨率的所述构造地图，将候选者从原点开始按照该分辨率下的一定步长进行平移；持续将平移后得到的数据与所述构造地图进行匹配，直至平移后得到的数据高于事先设定的可信度阈值，将该数据作为筛选后的候选者；

(d)将筛选后的候选者与更高分辨率的所述构造地图进行同样的策略匹配，直到得到最高分辨率下可信度最高的平移值和旋转值，则为匹配得出的位姿结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于单线激光雷达的室内定位方法，其特征在于：在步骤(1)中，对于一个点，若出现新的测量值z，需要更新其状态，即更新为在测量值z发生条件下的s的状态，通过不断更新，以构建所述占据栅格地图。

3.根据权利要求1所述的一种基于单线激光雷达的室内定位方法，其特征在于：在步骤(c)中，所述匹配方式与所述局部匹配的方式相同。