[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

说明书

本发明公开一种考虑速度因素的激光雷达测距的快速数值仿真方法，该方法在仿真过程中充分考虑激光雷达自身和周围环境中物体的运动，其中激光雷达自身的运动不仅包括其装置的整体运动，还包括其激光器的旋转扫描运动，提供了数值仿真的准确度，同时通过引入采样点集合简化了计算量，达到了使用较少计算量来提高了仿真的准确度的效果。该方法特别适用于场景中激光雷达自身和/或周围物体都处于高速运动状态时，此时该方法能实现的仿真精度较现有方法有显著提高。

技术领域

本发明涉及激光雷达测距的数值仿真领域，尤其涉及一种考虑速度因素的激光雷达测距的快速数值仿真方法。

背景技术

自动驾驶仿真技术，尤其是车辆传感器仿真技术，一直是自动驾驶领域的技术焦点之一。其中，对于激光雷达的仿真是不可或缺的重要组成部分。

激光雷达的仿真方法有很多，例如黄曦在CN104268323A发明专利申请公开说明书中提出一种基于光线跟踪的激光雷达场景仿真方法，该方法通过模拟激光射线的反射轨迹生成具有物理真实感的仿真成像；苏虎在CN107966693A发明专利申请公开说明书中提出一种基于深度渲染的车载激光雷达仿真方法，该方法周期性地对测试场景进行扇形区域的深度渲染，得到仿真数据图像。然而，这些方法对激光雷达自身的运动和扫描过程，以及场景中物体的运动的仿真不够精细，在仿真过程中将一段时间内激光雷达向各个方向发出的激光都认为是在某一时刻同时发出的，且在这段时间内场景中的所有物体相对于激光雷达而言保持静止。这和实际的激光雷达的工作原理并不一致，会导致仿真误差。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种考虑速度因素的激光雷达测距的快速数值仿真方法，该方法在仿真中考虑环境物体相对激光器的运动和激光器自身的扫描旋转方式，通过对场景采样和动态更新的方式保持了计算过程的高效率，很好地平衡的仿真准确度和仿真效率。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种考虑速度因素的激光雷达测距的快速数值仿真方法，包括以下步骤：

一种考虑速度因素的激光雷达测距的快速数值仿真方法，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_iQ_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；