[发明专利]一种激光雷达晃动误差补偿方法

说明书

本发明涉及一种激光雷达晃动误差补偿方法，先将激光雷达点云数据进行非线性化操作，而后对点云强度均匀化选点，并进行循环位移，加窗后进行快速傅里叶变换，根据相位梯度估计，进行迭代误差补偿，最后输出补偿后的点云数据。本发明从软件系统方面设计算法，利用非线性相位梯度自聚焦方法从激光雷达自身的特性出发，节省了硬件资源的消耗，降低了对其他传感精度的要求及实时性的需求，降低误差补偿的成本，在船舶行驶中产生抖动的恶劣环境下，能够增强误差补偿的精度，提升数据的有效性。

技术领域

本发明涉及雷达信息技术领域，尤其涉及一种非线性相位梯度自聚焦的激光雷达晃动误差补偿方法。

背景技术

在水面环境尤其是海洋环境复杂的情况下，安装在船舶上的激光雷达会随着船舶的行驶产生一定程度的抖动，激光雷达产生的点云数据由于抖动产生数据间断性部分缺失，数据缺失将导致船舶对障碍的误判，从而威胁航行安全。现有的解决方式是在硬件成面对激光雷达的抖动进行补偿，安装六自由度伺服系统，通过硬件保持激光雷达不受船舶抖动的影响。六自由度伺服系统不仅成本高昂，而且无法解决因激光雷达自身转动时产生的数据误差。

综上所述，现有利用软件系统的方法从船舶的六自由度运动方向进行补偿，得到的结果仍与真实数据有一定差距且还需要实时的六自由度基础数据信息。现有以硬件方式误差补偿成本较高，同时硬件资源有限，在有限的资源下需要尽可能的做更多的事，传统的误差补偿方法对其他传感器地精度及通信的实时性要求较高，在船舶行驶中产生抖动的恶劣环境下很容易导致信息终端时效性降低、精度不准等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种激光雷达晃动误差补偿方法，以解决上述背景技术中遇到的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种激光雷达晃动误差补偿方法，包括以下步骤：

S1、输入激光雷达点云数据强度矩阵X＝[x₁,x₂,...,x_n]，其中x₁,x₂,...,x_n为点云数据每个点的强度信息，对点云数据强度进行非线性化操作，非线性化操作为lnx²，得到非线性化矩阵Y＝[y₁,y₁,...,y_n]，其中y＝lnx²；

S2、通过栅格法把点云数据所在的整体区域进行等分，选择栅格中每个小格内y最大的点，其中i为栅格得到的小方格，i＝1,2,…,N，m为小方格内点云的数目；

S3、对步骤S2中进行循环位移，使其在栅格中该方格的中心；

S4、对栅格中每个方格的横向中心进行加窗，加窗时先选择初始窗长N_α,具体的窗函数为f(x)＝exp(jπλT)，j为虚函数，λ为激光雷达的扫描频率，T为窗口变量，加窗后得到的矩阵数据为Y_p＝Y_i*f(x)，其中p＝1,2,…,N,因此Y_p＝[y_p1,y_p2,...,y_pm]；

S5、对加窗后的数据进行快速傅里叶变换FFT，Y_ω＝FFT(Y_p),ω＝1,2,...,N，Y_ω＝[y_ω1,y_ω2,...,y_ωm]；

S6、利用最大似然估计对相位误差进行估计，得到相位误差的梯度值Φ(ω)，

S7、对步骤S6中得到的相位估计误差的梯度进行积分得到相位误差函数∫Φ(ω)；