[发明专利]一种考虑速度因素的激光雷达测距的快速数值仿真方法

权利要求书

1.一种考虑速度因素的激光雷达测距的快速数值仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）设待仿真的机械旋转式激光雷达器为Lidar，设定其工作方式和参数如下：Lidar具有NL个激光发射器，这些激光发射器以频率f同步发射激光射线，每个激光发射器发出1条激光射线，其起点均为Lidar上的同一个点，称该点为基准点，所有激光发射器围绕着过基准点的一根直线进行定轴旋转,称该直线为转轴，垂直于转轴的平面为基准面，同一时刻激光发射器发射的NL条射线位于垂直于基准面的平面内，任选转轴一侧方向为转轴方向，这NL条激光射线与转轴方向形成的夹角依次为Q₀，Q₁，Q₂，...，Q_NL-1，满足Q_i Q_j, 0=ijNL；Lidar每个扫描周期开始时刻射出的激光射线在基准面上的垂直投影都重合于由基准点发出的一条射线，该射线称为基准线，在一个扫描周期T时间内激光发射器所旋转过的角度为F_max=ωT，ω为在扫描周期T内激光发射器的旋转角速度，在扫描周期结束后激光发射器回到扫描周期开始时的位置与姿态；Lidar的最大探测距离为D_max；Lidar上的基准点、基准线、基准面和转轴位置与姿态均定义在固定于Lidar的物体坐标系中；

（2） 选择正整数K，将扫描角度范围[0,F_max]分成为K个扫描角度区间[F₀，F₁],[F₁，F₂]，...，[F_K-1,F_K],使得每个水平扫描角度区间小于180度，其中F₀=0，F_K=F_max；

（3）开始Lidar一个水平扫描周期的测距仿真：设此时的仿真时刻为tn_T，对每个仿真时刻t_k= tn_T+F_k/ω，其中k∈{0,1,...K-1}，进行如下处理：

（3.1）计算更新在t_k时刻Lidar以及Lidar周围可反射激光的物体的位置与姿态；

（3.2）采样Lidar周围可反射激光的物体表面，计算生成点集B_k,对于任意采样点q∈B_k，点q满足j(q)∈[F_k,F_k+1]、q(q)∈[Q₀,Q_NL-1]且基准点到点q距离小于等于D_max；其中，点q为R(q)与Lidar周围可反射激光的物体表面相交的最近的一个交点，R(q)为从基准点出发经过点q的射线，j(q)为R(q)在基准面上的投影与基准线的夹角，q(q)为R(q)与转轴方向的夹角；

（3.3）生成一个具有ML列NL行的二维数据结构C_k ，并将每个元素初始化为非有效值，其中ML为大于等于(F_k+1-F_k)f/ω的最小整数，对每个i∈{0,1,2...ML-1}，采用如下步骤计算C_k的第i列元素：

（3.3.1）当i为0时，直接执行步骤（3.3.2）；当i大于0时，计算更新在t_k+i×f^-1时刻Lidar和其周围可反射激光的物体的位置与姿态；

（3.3.2)遍历B_k中每个点q，根据点q所属物体的位置与姿态，计算更新在t_k+i×f^-1时刻点q的位置，并判断点q是否满足以下条件：

（I）|j(q)-F_k -(i/ML)(F_k+1 - F_k)|≤d1

(II) |q(q)-Q_jj|≤d2

其中，d1为第一预设阈值，d2为第二预设阈值，Q_jj为序列{Q₀，Q₁，Q₂，...，Q_NL-1}中与q(q)最接近的值，jj是该值在序列中的序号；

（3.3.3)若点q同时满足上述条件(I)(II),则用基准点与点q的距离来更新C_k的第i列第jj行元素C_k[i,jj]；若点q没有同时满足上述条件(I)(II),则检验下一个点q是否满足条件(I)(II)；

（3.4）输出C₀，C₁,...C_K-1，这些数据结构为当前扫描周期的Lidar的仿真测距结果，其中第k个数据结构C_k的第i列元素所保存的数值是仿真时刻tn_T+F_k/ω+i×f^-1的NL个激光发射器的仿真测距结果；

（4）若仿真没有达到终止条件，执行步骤3）；否则结束仿真过程。