一种激光导航仪角度补偿方法及系统与流程

本发明涉及激光导航
技术领域：
，特别是涉及一种激光导航仪角度补偿方法及系统。
背景技术：
：激光导航仪常用作无人装备的导航系统，其通过感光传感器感知周围环境信息，生成原始点云数据，并提供给后续导航系统进行定位，其中，原始点云数据为激光导航仪以固定角速度360度旋转，以角度α为步长依次发射激光后接收到的反射光强以及根据光线飞行时间计算反射物距离。目前，提高导航定位精度的方法大多侧重在对导航定位算法进行改进，忽略了激光导航仪获取原始数据时存在误差带来的影响，即激光导航仪在高速运动下，发射激光的角度会发生明显畸变，致使激光导航仪获取原始数据不够准确，从而导致采用导航定位算法计算得到导航数据精度降低。技术实现要素：本发明的目的是提供一种能够提高定位精度的激光导航仪角度补偿方法及系统。为实现上述目的，本发明提供了如下方案：一种激光导航仪角度补偿方法，包括：以激光导航仪的中心点为原点建立坐标系；所述坐标系y轴正向表示所述激光导航仪发射激光的角度方向为0°方向，所述坐标系y轴负向表示所述激光导航仪发射激光的角度方向为-180°方向或180°方向，所述坐标系x轴正向表示所述激光导航仪发射激光的角度方向为90°方向，所述坐标系x轴负向表示所述激光导航仪发射激光的角度方向为-90°方向；获取预设步长、单帧数据采样频率和激光导航仪本体旋转角速度；所述预设步长为所述激光导航仪发射相邻两束激光之间的角度差；所述单帧数据采样频率为所述激光导航仪本体旋转360°的数据采样频率；根据所述预设步长计算所述激光导航仪发射激光的角度由-180°顺时针旋转至180°的激光采样点总个数；沿所述激光导航仪顺时针旋转方向依次对所述激光采样点进行编号，得到多个激光采样点编号；所述激光导航仪发射激光的角度为-180°的激光采样点编号为0，所述激光导航仪发射激光的角度为-180°的激光采样点编号为n；其中，n的值与所述激光采样点总个数相等；根据所述单帧数据采样频率计算单帧数据采样周期；根据所述激光导航仪本体旋转角速度、所述单帧数据采样周期、所述激光采样点编号和所述激光采样点总个数对每一个激光采样点的角度进行补偿。可选的，所述根据所述预设步长计算所述激光导航仪发射激光的角度由-180°顺时针旋转至180°的激光采样点总个数，具体包括：根据如下公式计算所述激光采样点总个数：n＝360/α式中，n表示激光采样点总个数，α表示所述预设步长。可选的，所述根据所述单帧数据采样频率计算单帧数据采样周期，具体包括：根据如下公式计算单帧数据采样周期：t＝1/k式中，t表示所述单帧数据采样周期，k表示所述单帧数据采样频率。可选的，所述根据所述激光导航仪本体旋转角速度、所述单帧数据采样周期、所述激光采样点编号和所述激光采样点总个数对每一个激光采样点的角度进行补偿，具体包括：根据如下公式计算激光采样点补偿后的角度：式中，表示编号为i的激光采样点补偿后的角度值，ai表示编号为i的激光采样点补偿前的角度值，ω表示所述激光导航仪本体旋转角速度，t表示所述单帧数据采样周期，n表示所述激光采样点总个数，i表示所述激光采样点编号。本发明还提供一种激光导航仪角度补偿系统，包括：坐标系建立模块，用于以激光导航仪的中心点为原点建立坐标系；所述坐标系y轴正向表示所述激光导航仪发射激光的角度方向为0°方向，所述坐标系y轴负向表示所述激光导航仪发射激光的角度方向为-180°方向或180°方向，所述坐标系x轴正向表示所述激光导航仪发射激光的角度方向为90°方向，所述坐标系x轴负向表示所述激光导航仪发射激光的角度方向为-90°方向；数据获取模块，用于获取预设步长、单帧数据采样频率和激光导航仪本体旋转角速度；所述预设步长为所述激光导航仪发射相邻两束激光之间的角度差；所述单帧数据采样频率为所述激光导航仪本体旋转360°的数据采样频率；激光采样点总个数计算模块，用于根据所述预设步长计算所述激光导航仪发射激光的角度由-180°顺时针旋转至180°的激光采样点总个数；激光采样点编号生成模块，用于沿所述激光导航仪顺时针旋转方向依次对所述激光采样点进行编号，得到多个激光采样点编号；所述激光导航仪发射激光的角度为-180°的激光采样点编号为0，所述激光导航仪发射激光的角度为-180°的激光采样点编号为n；其中，n的值与所述激光采样点总个数相等；单帧数据采样周期计算模块，用于根据所述单帧数据采样频率计算单帧数据采样周期；角度补偿模块，用于根据所述激光导航仪本体旋转角速度、所述单帧数据采样周期、所述激光采样点编号和所述激光采样点总个数对每一个激光采样点的角度进行补偿。可选的，所述激光采样点总个数计算模块，具体包括：激光采样点总个数计算单元，用于根据如下公式计算所述激光采样点总个数：n＝360/α式中，n表示激光采样点总个数，α表示所述预设步长。可选的，所述单帧数据采样周期计算模块，具体包括：单帧数据采样周期计算单元，用于根据如下公式计算单帧数据采样周期：t＝1/k式中，t表示所述单帧数据采样周期，k表示所述单帧数据采样频率。可选的，所述角度补偿模块，具体包括：角度补偿单元，用于根据如下公式计算激光采样点补偿后的角度：式中，表示编号为i的激光采样点补偿后的角度值，ai表示编号为i的激光采样点补偿前的角度值，ω表示所述激光导航仪本体旋转角速度，t表示所述单帧数据采样周期，n表示所述激光采样点总个数，i表示所述激光采样点编号。与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出了一种激光导航仪角度补偿方法及系统，考虑了由于激光导航仪本体在高速运动下发射激光的角度会发生明显畸变，使得激光导航仪获取原始数据不够准确这一因素，通过对激光采样点的角度进行补偿，提高了激光导航仪获取原始数据的精度，为后续的导航定位提供的前提保障，能够有效提高定位精度。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本发明实施例中2d激光导航仪工作原理图；图2为本发明实施例中0时刻-180°数据采样示意图；图3为本发明实施例中完成一个采样周期后偏转状态示意图；图4为本发明实施例中激光导航仪角度补偿方法流程图；图5为本发明实施例中激光导航仪角度补偿系统结构图。具体实施方式下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。本发明的目的是提供一种能够提高定位精度的激光导航仪角度补偿方法及系统。为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。实施例图1为2d激光导航仪工作原理图，如图1所示，导航仪的正方向为0°方向，导航仪工作时，以-180°为起点，以角度α为步长依次发射激光，接收对应角度反射光强a，同时根据光线飞行时间计算反射物距离d。由此得到平面360°范围内的点云数据，点云数据如表1所示。表1点云数据表编号01…i…n角度-180-180+1*α-180+i*α180光强a0a1aian距离d0d1didn激光导航仪进行1帧数据采样(1帧数据为编号从0至n所采集的数据)，其过程需要持续的时间为采样周期为t。如激光导航仪在采样周期内以角速度ω做旋转运动，则单位周期内激光导航仪的偏转角度为θ＝ω*t。图2为0时刻-180°数据采样示意图，图3为完成一个采样周期后偏转状态示意图(图2和图3黑色实心圆点表示起点)。激光导航仪在0时刻开始从-180°到180°进行1帧数据的采集，数据采集完成的时间为t。0时刻-180°数据采样如图2所示，t时间后该点的偏转状态如图3所示，该点由-180°偏转到了(180+θ)°，θ为负值。同理所有采样点在角速度非0的运动状态下，角度数据都发生了偏移，出现了角度数据畸变。如图4所示，本发明提供的一种激光导航仪角度补偿方法，包括：步骤101：以激光导航仪的中心点为原点建立坐标系。坐标系y轴正向表示激光导航仪发射激光的角度方向为0°方向，坐标系y轴负向表示激光导航仪发射激光的角度方向为-180°方向或180°方向，坐标系x轴正向表示激光导航仪发射激光的角度方向为90°方向，坐标系x轴负向表示激光导航仪发射激光的角度方向为-90°方向。步骤102：获取预设步长、单帧数据采样频率和激光导航仪本体旋转角速度；预设步长为激光导航仪发射相邻两束激光之间的角度差。1帧数据表示激光导航仪本体旋转360°采集的数据，采集的数据为反射光强和反射物距离。步骤103：根据预设步长计算激光导航仪发射激光的角度由-180°顺时针旋转至180°的激光采样点总个数。根据如下公式计算激光采样点总个数：n＝360/α式中，n表示激光采样点总个数，α表示预设步长。步骤104：沿激光导航仪顺时针旋转方向依次对激光采样点进行编号，得到多个激光采样点编号；激光导航仪发射激光的角度为-180°的激光采样点编号为0，激光导航仪发射激光的角度为-180°的激光采样点编号为n；其中，n的值与激光采样点总个数相等。步骤105：根据单帧数据采样频率计算单帧数据采样周期。根据如下公式计算单帧数据采样周期：t＝1/k式中，t表示单帧数据采样周期，k表示单帧数据采样频率。步骤106：根据激光导航仪本体旋转角速度、单帧数据采样周期、激光采样点编号和激光采样点总个数对每一个激光采样点的角度进行补偿。根据如下公式计算激光采样点补偿后的角度：式中，表示编号为i的激光采样点补偿后的角度值，ai表示编号为i的激光采样点补偿前的角度值，ω表示激光导航仪本体旋转角速度，t表示单帧数据采样周期，n表示激光采样点总个数，i表示激光采样点编号，i≤n。补偿后整帧角度数据如表2所示。表2补偿后整帧角度数据表如图5所示，本发明提供的一种激光导航仪角度补偿系统，包括：坐标系建立模块201，用于以激光导航仪的中心点为原点建立坐标系；坐标系y轴正向表示激光导航仪发射激光的角度方向为0°方向，坐标系y轴负向表示激光导航仪发射激光的角度方向为-180°方向或180°方向，坐标系x轴正向表示激光导航仪发射激光的角度方向为90°方向，坐标系x轴负向表示激光导航仪发射激光的角度方向为-90°方向。数据获取模块202，用于获取预设步长、单帧数据采样频率和激光导航仪本体旋转角速度；预设步长为激光导航仪发射相邻两束激光之间的旋转角；激光采样点总个数计算模块203，用于根据预设步长计算激光导航仪发射激光的角度由-180°顺时针旋转至180°的激光采样点总个数。激光采样点总个数计算模块203，具体包括：激光采样点总个数计算单元，用于根据如下公式计算激光采样点总个数：n＝360/α式中，n表示激光采样点总个数，α表示预设步长。激光采样点编号生成模块204，用于沿激光导航仪顺时针旋转方向依次对激光采样点进行编号，得到多个激光采样点编号；激光导航仪发射激光的角度为-180°的激光采样点编号为0，激光导航仪发射激光的角度为-180°的激光采样点编号为n；其中，n的值与激光采样点总个数相等。单帧数据采样周期计算模块205，用于根据单帧数据采样频率计算单帧数据采样周期。单帧数据采样周期计算模块205，具体包括：单帧数据采样周期计算单元，用于根据如下公式计算单帧数据采样周期：t＝1/k式中，t表示单帧数据采样周期，k表示单帧数据采样频率。角度补偿模块206，用于根据激光导航仪本体旋转角速度、单帧数据采样周期、激光采样点编号和激光采样点总个数对每一个激光采样点的角度进行补偿。角度补偿模块206，具体包括：角度补偿单元，用于根据如下公式计算激光采样点补偿后的角度：式中，表示编号为i的激光采样点补偿后的角度值，ai表示编号为i的激光采样点补偿前的角度值，ω表示激光导航仪本体旋转角速度，t表示单帧数据采样周期，n表示激光采样点总个数，i表示激光采样点编号。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。当前第1页1 2 3