[发明专利]一种基于激光雷达的导航车辆障碍物探测方法

说明书

本发明涉及一种基于激光雷达的导航车辆障碍物探测方法，通过在车辆上安装激光雷达和卫星天线，精确判定车辆前方可能存在的障碍物。同时，通过在车辆的左前轮和右前轮上分别设有角度传感器，感测车轮角度，再结合历史运行轨迹，准确地模拟出当前车辆运行轨迹，以便准确判断车辆是否会与障碍物发生碰撞，从而，极大的提高了导航车辆的避障性能。

技术领域

本发明涉及一种车辆导航技术，尤其是一种运用激光雷达的车辆导航技术，具体的说是一种基于激光雷达的导航车辆障碍物探测方法。

背景技术

在车辆自主导航领域，判断车辆前方是否有障碍物的主要方法包括：（1）采用机器视觉方案（2）采用激光雷达、毫米波雷达或超声波雷达方案。若在光线条件较好的情况下，可以采用机器视觉识别障碍物，并定位障碍物。但是如果光线太强或太弱，无法获取清晰图片，则无法使用机器视觉的方法。在光线不好或光线变化剧烈的情况下，一般采用雷达进行探测。毫米波雷达和超声波雷达精度较低，不能满足高精度导航作业的需要。激光雷达精度高、探测距离远，一般是高精度导航设备的首选。

目前，在使用激光雷达探测障碍物时，一般都是根据激光雷达反馈的距离和角度信息判断障碍物。由于激光雷达的距离数据存在一定概率的异常值，因此仅仅靠距离和角度信息判断障碍物及其位置，存在一定概率的误报情况。尤其是在镜面反射环境中如雨后、冰面、玻璃墙等），误报概率大大增加。本发明为了降低误报率、提高可靠性，将激光雷达的回波信号强度数据作为障碍物的辅助甄别条件。回波信号强度无法用于测距，仅作为信号质量的参考。本发明充分利用该特性，用回波信号强度区别障碍物与环境。

此外，传统的激光雷达探测都是识别车辆正前方所有的障碍物。但是实际使用过程中，即使在车辆正前方但是不在行驶轨迹上的障碍物，不影响车辆的行驶，不能称得上真正的障碍物。有些障碍物虽然不在车辆正前方，但是却在车辆的未来行驶轨迹上，也同样会影响车辆的通行。

因此，需要对现有技术加以改进，以便提高导航车辆的避障性能。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于激光雷达的导航车辆障碍物探测方法，能够采用车辆的历史轨迹来实时修正其转向几何模型，筛选出车辆未来行驶轨迹上真正有效的障碍物，并计算其尺寸和位置，提高导航车辆的避障性能。

本发明的技术方案是：

一种基于激光雷达的导航车辆障碍物探测方法，在车辆的车架前方正中位置水平安装激光雷达；该车辆的几何中心处设置卫星天线；所述车辆的左前轮和右前轮上分别设有角度传感器；所述激光雷达、卫星天线和角度传感器均连接到控制器；所述障碍物探测方法包括以下步骤：

1）激光雷达以20Hz频率连续发射旋转激光束，获取0-180°工作半径R范围内所有回波的距离和强度数据；

2）分析回波中的距离和强度数据；若从角度a₁~a₂范围内，距离连续变化，没有突变产生，且其对应的信号强度数据标准差小于10，则认定为该处存在一个独立障碍物；否则，认定该处不存在障碍物，并返回步骤1）；

3）根据角度和距离信息，计算出障碍物的两个边界点的极坐标P₁为L₁∠a₁和P₂为L₂∠a₂，极坐标原点在O₁；

4）通过角度传感器获取车辆当前左前轮转角α和右前轮转角β信息；

5）根据车辆的转向模型，分别获得左前轮和右前轮的运行轨迹：

左前轮的运行轨迹：以O为圆心，以R_L=L/sinα为半径的圆；