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《复杂环境下基于多层激光雷达的障碍检测》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第11卷第4期电路与系统学报Vol.11No.42006年8月JOURNALOFCIRCUITSANDSYSTEMSAugust，2006文章编号：1007-0249(2006)04-0042-05*复杂环境下基于多层激光雷达的障碍检测1,21于春和，刘济林（1.浙江大学信息与通信工程研究所，浙江杭州310027;2.沈阳航空工业学院电子工程系,辽宁沈阳110034）摘要：为了完成复杂环境中无人自主导航车的障碍检测任务，应用四线激光雷达，提出了一种新的障碍检测算法，该算法利用检测区域的坡度信息进行障碍检测，包括候选障碍点的提
2、取、干扰点的滤除及障碍点的聚类分割三个步骤。为了克服激光雷达检测盲区与抑止测量过程中干扰噪声的影响，运用了卡尔曼滤波算法对目标障碍进行了滤波处理。试验结果表明，障碍检测算法稳定可靠。关键词：激光雷达；障碍检测；导航；卡尔曼滤波中图分类号：TP242.6文献标识码：A1引言[1,2][3]近年来，二维激光雷达以其测距具有较高的精度，在移动机器人、自主导航车、车辆的辅助[4,5]驾驶中应用日益增多，已在室内及室外的导航中，取得了一些可观的研究成果。由于二维激光雷达只具有一层激光束扫描平面，所以它只适用于工作在室内或室外一些较为平
3、坦的路面。在越野环境及非结构化道路中的障碍检测，上下坡、颠簸的路面及车体的突然减速都将会使激光束扫射到斜坡及地面上，使其成为“障碍点”，因此二维激光雷达将很难完成检测任务。三维激光雷达由于其测量数据量大，障碍检测算法复杂等原因，故很少应用在实时的障碍检测系统中。为了完成自主车在越野及非结构化道路中的障碍的检测任务，选用了德国IBEO公司生产的具有四层激光束扫射平面的激光雷达LD_ML，它具有水平及垂直方向上的扫描视场，本文依据环境及障碍的特征，提出了一种在复杂环境下多层表1LD_ML雷达特性激光雷达的障碍检测算法。水平视场M
4、ax.270°垂直视场3.2°本文第2部分从雷达工作原理及安装分析入手，提出多层激光雷达垂直扫描平面4障碍检测算法；第3部分依据卡尔曼滤波对障碍进行位置估计与障碍跟最近扫描距离30cm踪；第4部分是对障碍物检测结果进行分析。最远扫描距离128m水平分辨率0.25°2检测原理垂直角度分辨率0.8°距离测量精度±5cm2.1工作原理工作频率10Hz激光雷达的基本工作原理是测量从发射激光束到接收反射光的时间间隔（time-of–flight，TOF）距离计算公式为：S=v⋅t/2，其中v—光速，t—激光束往返飞行时间。LD_ML与
5、通常所用的二维激光雷达相比，在垂直方向上增加了三个的激光扫描平面，其特性如表1所示。该LD_ML以160°水平扫描范围完成自主车障碍检测的任务，每一层扫描的点数为641个，一个扫描周期共可测量2564个距离数据。LD_ML水平安装时，垂直方向上的激光束分布情况如图1(a)所示，考虑到雷达在自主车运行过程中的安全，将其安装在高于地面70cm高的车头前端，但是这种安装方式会丢失低于70cm高的障碍物检测，无法发挥出激光雷达对障碍物距离检测的优点，为了在保证雷达的扫描视野范围的同时，兼顾地面上小障碍信息的检测，采用激光雷达略向前倾
6、斜安装方案，如图1(b)所示。*收稿日期：2004-10-08修订日期：2004-11-19第4期于春和等：复杂环境下基于多层激光雷达的障碍检测432.2障碍提取障碍物的检测流程如图2所示。70cm2.2.1障碍扫描点的预提取(a)水平安装时激光束分部示意图如图3所示，当雷达四条激光束在垂直方向上进行扫描时，如果有两个或两个以上测量数据很相近时，就(b)倾斜安装时垂直激光束分布示意图认为它们是障碍点。在测量过程中，由于一些障碍对激光反射率较低或者图1LD_ML两种安装方式示意图由于雷达接收强度的等原因，而产生图2障碍检测的部
7、分的障碍扫描点丢失的现象，如果只从垂直方向对障碍点进行提取，将会流程图使一些真实的障碍点丢失掉，因此利用一个测量点与其周围相邻测量点的数据进行比较，以决定它是否具有障碍点的特征。为了消除地面及坡度等造成的影响，使用了这样一个技巧，即在障碍点的提取过程中，排除与其同一层面上的邻近扫描点进行障碍点的提取。OA设雷达的扫描点S(m,n)，m为扫描层面，n水平方向上hM的计数值(m=1,2,3,4；n=0,2,3...,640)。扫描点s(m,n)的非同Nθ一层激光扫描平面上15个邻近点为图3激光雷达在复杂路面上的检测示意图CS(l
8、,k)=S((m+l)mod4,n+k)，(l=1,2,3;k=−2,−1,1,2)，S(m,n)与CS(l,k)之间的最小距离为：dv=minS(m,n)−CS(k,l)(l=1,2,3;k=−2,−1,0,1,2)。⎧S(m,n)ifdv
