郭小蘭

摘要：智能汽車就是在普通車輛的基礎(chǔ)上增加先進(jìn)的傳感器，比如雷達(dá)、控制器、執(zhí)行器等裝置，通過車載傳感系統(tǒng)和信息終端實(shí)現(xiàn)與人、車、路等的智能信息交換使汽車具備智能的環(huán)境感知能力。本文概述了激光雷達(dá)外部安裝參數(shù)的標(biāo)定以及單個(gè)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，為激光雷達(dá)標(biāo)定的進(jìn)一步研究提供參考。

關(guān)鍵詞：智能汽車，激光雷達(dá)，參數(shù)標(biāo)定

【中圖分類號(hào)】G718.5

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】B

【文章編號(hào)】2236-1879（2018）13-0185-01

激光雷達(dá)與車體為剛性連接，兩者間的相對姿態(tài)和位移固定不變。為了建立各個(gè)激光雷達(dá)之間的相對坐標(biāo)關(guān)系。需要對激光雷達(dá)的安裝進(jìn)行簡單的標(biāo)定，并將激光雷達(dá)數(shù)據(jù)從激光雷達(dá)坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換至車體坐標(biāo)系上。

1.激光雷達(dá)外部安裝參數(shù)的標(biāo)定

激光雷達(dá)外部安裝參數(shù)的標(biāo)定通常采用等腰直角三角標(biāo)定板和正方形標(biāo)定板來完成。需要標(biāo)定的激光雷達(dá)的安裝參數(shù)為激光雷達(dá)的俯仰角與側(cè)傾角。

首先用正方形標(biāo)定激光雷達(dá)的側(cè)傾角。如圖1所示，正方形ABCD為標(biāo)定板，邊長已知，激光雷達(dá)在位置O，則Y為激光雷達(dá)的側(cè)傾角?！螰OE，LOE和LOF可由激光雷達(dá)測得，因此由余弦定理可得到∠EF，由此可得：

標(biāo)定得到激光雷達(dá)的側(cè)傾角后，采用等腰直角三角標(biāo)定板標(biāo)定激光雷達(dá)的俯仰角。如圖2所示。首先把標(biāo)定板放于Al位置。其中，∠B1是直角，∠F1OE1，LOE和LOF可由激光雷達(dá)測得，則可計(jì)算出∠FlEl。根據(jù)計(jì)算出的激光雷達(dá)側(cè)傾角，∠RD1=LEIF1×cosy，因此，等腰三角形中∠DIBl=∠BICl-∠DIE1。把標(biāo)定板移至42處，同理可得LD282。由此可知激光雷達(dá)的俯仰角δ為：

2.單個(gè)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

2.1建立激光雷達(dá)基準(zhǔn)坐標(biāo)系

如圖3所示，建立車輛質(zhì)心坐標(biāo)系Gxvyvzv，雷達(dá)基準(zhǔn)坐標(biāo)系，以及車頭雷達(dá)坐標(biāo)系O。其中，YL沿車頭雷達(dá)的掃射平面中心線方向。激光雷達(dá)返回的數(shù)據(jù)是極坐標(biāo)數(shù)據(jù)（i，d、轉(zhuǎn)換為笛卡爾坐標(biāo)（X，YL，ZL）為：

圖1激光雷達(dá)側(cè)傾角的標(biāo)定圖2激光雷達(dá)俯仰角的標(biāo)定

式中：di為掃描距離;bn為激光雷達(dá)掃描起始角;A是設(shè)計(jì)采樣步距;i是激光雷達(dá)數(shù)據(jù)序列號(hào)。

2.2轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)坐標(biāo)系

將激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)坐標(biāo)系中，基準(zhǔn)坐標(biāo)系繞X軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)了Bo角度，即旋轉(zhuǎn)-Bo角度得到激光雷達(dá)坐標(biāo)系，則坐標(biāo)變換矩陣為：

故采得的數(shù)據(jù)點(diǎn)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為

2.3轉(zhuǎn)換到車輛坐標(biāo)系

考慮俯仰角B時(shí)，只需將B添加到式（5）中的Bo項(xiàng)中即可。

考慮側(cè)傾角y，令其繞y軸順時(shí)針為正，則基準(zhǔn)坐標(biāo)系先繞XL軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)Bo角度，再繞YL軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)y角度，繞y軸旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)矩陣為：

此時(shí)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣為：TWY=R*YTx，所以采得數(shù)據(jù)點(diǎn)在基準(zhǔn)坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為：

再將其平移到車輛坐標(biāo)系中即可得到：

其中，L為激光雷達(dá)安裝點(diǎn)到單輛質(zhì)心的距離沿y軸的分量.HL為激光雷達(dá)安裝點(diǎn)離地的高度，Hn為汽車質(zhì)心離地的高度。

激光雷達(dá)是實(shí)現(xiàn)無人駕駛環(huán)境感知技術(shù)的關(guān)鍵傳感器，在環(huán)境感知中的起著重要作用。通過對激光雷達(dá)外部安裝參數(shù)的標(biāo)定以及單個(gè)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換標(biāo)定，可將三維激光雷達(dá)數(shù)據(jù)需要變換到車體坐標(biāo)系下，從而實(shí)現(xiàn)三維激光雷達(dá)數(shù)據(jù)與智能車坐標(biāo)系統(tǒng)的統(tǒng)一。

參考文獻(xiàn)

[1]張之超，鄒德偉.新能源汽車及其智能化技術(shù)[M].北京理工大學(xué)出版社，2016.

[2]陳慧巖.無人駕駛汽車概論[M].北京理工大學(xué)出版社，2014.