本發(fā)明涉及激光雷達(dá)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種三維激光雷達(dá)測(cè)量方法及裝置。

背景技術(shù)：
在無人車領(lǐng)域中，三維激光雷達(dá)(或者三維激光測(cè)距傳感器)在無人車對(duì)環(huán)境進(jìn)行精確的、高密度的掃描中變得越來越重要。比起二維的激光雷達(dá)，三維激光雷達(dá)輸出的立體點(diǎn)云能有效提高各種算法的效率，例如：1.用于映射精細(xì)詳盡的環(huán)境地圖的算法；2.用于感應(yīng)、歸類、追蹤場(chǎng)景中靜態(tài)/動(dòng)態(tài)物體的算法；3.用于恢復(fù)車輛行駛的軌跡/對(duì)車輛進(jìn)行定位的算法。比較常見的高性能三維激光測(cè)距傳感器的成本都很高，比如在無人駕駛領(lǐng)域應(yīng)用廣泛的HDL-64EHDL-64E(以下簡(jiǎn)稱HDL-64E)。為了提高激光數(shù)據(jù)的采集頻率，每個(gè)HDL-64E都安裝了64個(gè)獨(dú)立的激光器，而不是像其它的激光雷達(dá)那樣只安裝了一個(gè)激光器，然后依靠一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的鏡片偏轉(zhuǎn)激光光束實(shí)現(xiàn)扇面掃描。因此在每個(gè)激光器的數(shù)據(jù)采集頻率一定的情況下，HDL-64E采集的點(diǎn)云點(diǎn)數(shù)量高了一個(gè)幾何級(jí)。然而64個(gè)獨(dú)立的激光器和高轉(zhuǎn)速的機(jī)械結(jié)構(gòu)也大大提高了成本，HDL-64E激光雷達(dá)的參考售價(jià)高達(dá)$75000，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出一部普通的轎車的價(jià)格，增加了無人車進(jìn)入市場(chǎng)的門檻。因此制造低成本高性能的激光雷達(dá)顯得格外重要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為此，需要提供一種低成本的三維激光雷達(dá)，解決現(xiàn)有技術(shù)中三維激光雷達(dá)成本過高的問題為實(shí)現(xiàn)上述目的，發(fā)明人提供了一種三維雷達(dá)測(cè)量方法，所述方法應(yīng)用于由兩個(gè)以上二維激光雷達(dá)組成的測(cè)量工具中，該測(cè)量工具還包括轉(zhuǎn)盤和中央處理器，轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有激光雷達(dá)，其特征在于，所述方法包括模型構(gòu)建步驟和時(shí)間校準(zhǔn)步驟，所述模型構(gòu)建步驟包括，獲取傳感器測(cè)量輸出數(shù)據(jù)；根據(jù)測(cè)量輸出數(shù)據(jù)構(gòu)建傳感器模型；根據(jù)傳感器模型得到反傳感器模型，用反傳感器模型根據(jù)測(cè)量輸出數(shù)據(jù)估計(jì)被測(cè)量點(diǎn)的位置，得到第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)；將多時(shí)段的第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并成第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將多個(gè)傳感器的第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并，得到最終的三維點(diǎn)云；所述時(shí)間校準(zhǔn)步驟包括，運(yùn)用莫恩算法去確定每一個(gè)激光雷達(dá)上的時(shí)鐘相對(duì)于中央處理器時(shí)鐘的時(shí)鐘脈沖相位差，通過靜態(tài)延遲校準(zhǔn)，使用外部參數(shù)校準(zhǔn)每個(gè)激光雷達(dá)的相對(duì)位置標(biāo)記時(shí)鐘偏差，所述外部參數(shù)包括激光雷達(dá)激光發(fā)射點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)中心的距離或激光雷達(dá)掃描平面與轉(zhuǎn)動(dòng)平面正切向量的夾角；用所述相對(duì)位置標(biāo)記時(shí)鐘偏差優(yōu)化外部參數(shù)，使用優(yōu)化后的外部參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)盤位置讀數(shù)，用所述轉(zhuǎn)盤位置讀數(shù)、相對(duì)位置標(biāo)記時(shí)鐘偏差和脈沖相位差進(jìn)行兩個(gè)以上激光雷達(dá)間的時(shí)鐘匹配。具體地，所述傳感器模型為hi，由測(cè)量輸出數(shù)據(jù)zj＝hi(xj；Θi)確定，其中Θi＝[λi,τi,αi]T是第i個(gè)激光雷達(dá)的外部校準(zhǔn)參數(shù)；所述步驟用反傳感器模型根據(jù)測(cè)量輸出值估計(jì)被測(cè)量點(diǎn)的位置，得到第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)表示為：其中R{x,y,z}和T{x,y,z}分別代表關(guān)于特定軸的旋轉(zhuǎn)和平移。一種三維雷達(dá)測(cè)量裝置，所述裝置包括數(shù)據(jù)獲取模塊、模型構(gòu)建模塊、點(diǎn)云計(jì)算模塊、脈沖計(jì)算模塊、時(shí)鐘偏差計(jì)算模塊、位置讀數(shù)計(jì)算模塊，匹配模塊，所述獲取模塊用于獲取傳感器測(cè)量輸出數(shù)據(jù)；所述模型構(gòu)建模塊用于根據(jù)測(cè)量輸出數(shù)據(jù)構(gòu)建傳感器模型，根據(jù)傳感器模型得到反傳感器模型；所述點(diǎn)云計(jì)算模塊用于用反傳感器模型根據(jù)測(cè)量輸出數(shù)據(jù)估計(jì)被測(cè)量點(diǎn)的位置，得到第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)；將多時(shí)段的第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并成第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將多個(gè)傳感器的第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并，得到最終的三維點(diǎn)云；所述脈沖計(jì)算模塊用于運(yùn)用莫恩算法去確定每一個(gè)激光雷達(dá)上的時(shí)鐘相對(duì)于中央處理器時(shí)鐘的時(shí)鐘脈沖相位差；所述時(shí)鐘偏差計(jì)算模塊用于通過靜態(tài)延遲校準(zhǔn)，使用外部參數(shù)校準(zhǔn)每個(gè)激光雷達(dá)的相對(duì)位置標(biāo)記時(shí)鐘偏差，所述外部參數(shù)包括激光雷達(dá)激光發(fā)射點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)中心的距離或激光雷達(dá)掃描平面與轉(zhuǎn)動(dòng)平面正切向量的夾角；所述位置度數(shù)計(jì)算模塊用于用所述相對(duì)位置標(biāo)記時(shí)鐘偏差優(yōu)化外部參數(shù)，使用優(yōu)化后的外部參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)盤位置讀數(shù)；所述匹配模塊用于用所述轉(zhuǎn)盤位置讀數(shù)、相對(duì)位置標(biāo)記時(shí)鐘偏差和脈沖相位差進(jìn)行兩個(gè)以上激光雷達(dá)間的時(shí)鐘匹配。具體地，所述傳感器模型為hi，由測(cè)量輸出數(shù)據(jù)zj＝hi(xj；Θi)確定，其中Θi＝[λi,τi,αi]T是第i個(gè)激光雷達(dá)的外部校準(zhǔn)參數(shù)；所述點(diǎn)云模塊用反傳感器模型根據(jù)測(cè)量輸出值估計(jì)被測(cè)量點(diǎn)的位置，得到第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)數(shù)學(xué)表示為：其中R{x,y,z}和T{x,y,z}分別代表關(guān)于特定軸的旋轉(zhuǎn)和平移。區(qū)別于現(xiàn)有技術(shù)，上述方案提供了一種低成本的二維激光雷達(dá)組合成的三維激光雷達(dá)的測(cè)量方法及誤差消除方法，解決了現(xiàn)有技術(shù)中三維雷達(dá)成本過高的問題。附圖說明圖1為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的一種三維激光雷達(dá)示意圖；圖2為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的一種三維激光雷達(dá)探測(cè)方法流程圖；圖3為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的三維激光雷達(dá)外部參數(shù)示意圖；圖4為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的時(shí)鐘間匹配示意圖；圖5為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的點(diǎn)云測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估優(yōu)化方法流程圖；圖6為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的激光雷達(dá)點(diǎn)云示意圖；圖7為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的價(jià)值曲線等值面圖；圖8為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的自由參數(shù)選擇示意圖；圖9為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的自由參數(shù)-價(jià)值曲線變化示意圖；圖10為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的三維激光雷達(dá)探測(cè)裝置模塊圖；圖11為本發(fā)明具體實(shí)施方式所述的點(diǎn)云測(cè)量數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估優(yōu)化裝置模塊圖。附圖標(biāo)記說明：1000、數(shù)據(jù)獲取模塊；1002、模型構(gòu)建模塊；1004、點(diǎn)云計(jì)算模塊；1006、脈沖計(jì)算模塊；1008、時(shí)鐘偏差計(jì)算模塊；1010、位置讀數(shù)計(jì)算模塊；1012、匹配模塊；1100、點(diǎn)云數(shù)據(jù)模塊；1102、高斯模型構(gòu)建模塊；1104、評(píng)估模塊；1106、時(shí)間偏差優(yōu)化模塊；1108、外部校準(zhǔn)優(yōu)化模塊。具體實(shí)施方式為詳細(xì)說明技術(shù)方案的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合具體實(shí)施例并配合附圖詳予說明。一、概述本文描述了：1.一種低成本高性能的三維激光雷達(dá)的設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)。2.這種雷達(dá)進(jìn)行測(cè)量/數(shù)據(jù)采集的數(shù)學(xué)模型，以及模型所包括的參數(shù)的調(diào)試過程。3.對(duì)于幾個(gè)不同部件上不同的時(shí)鐘的偏移的估計(jì)的算法。4.一種通過最大化每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)概率分布的熵值，自動(dòng)搜尋最優(yōu)模型參數(shù)的方法，達(dá)到自動(dòng)校準(zhǔn)的目的。這種方法也可以用于任何激光雷達(dá)輸出的點(diǎn)云質(zhì)量的好壞。三維激光測(cè)距傳感器通常都是通過在轉(zhuǎn)動(dòng)安裝于水平面上的二維激光器來實(shí)現(xiàn)三維的數(shù)據(jù)采集的。比如HDL-64E所有的64個(gè)激光器分成4組排列安裝在上層旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)上，這些激光器能同時(shí)掃描同一個(gè)扇面，扇面的夾角大約26.8度。然后通過整個(gè)上層旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)，達(dá)到360度掃描的目的。(圖一)因?yàn)樗屑す馄魍粫r(shí)刻只能掃描一個(gè)二維平面，所以必須以較高的轉(zhuǎn)速來滿足環(huán)視掃描時(shí)候的數(shù)據(jù)的更新速率。VelodyneHDL-64E高性能三維激光雷達(dá)，是本文所描述的激光雷達(dá)在功能上的參照對(duì)象。本文所描述的激光雷達(dá)通過在旋轉(zhuǎn)基座上安裝多個(gè)朝向不同的二維激光雷達(dá)，實(shí)現(xiàn)了在較低的轉(zhuǎn)速下實(shí)現(xiàn)類似的數(shù)據(jù)更新率。本文以三個(gè)二維激光雷達(dá)的一種具體實(shí)現(xiàn)舉例，但本設(shè)計(jì)和相關(guān)方法完全可以支持2個(gè)、三個(gè)、四個(gè)甚至更多的二維激光雷達(dá)。圖1所示的實(shí)施例中展示了整個(gè)裝置，即本文描述的一種三維激光雷達(dá)的外觀。整個(gè)裝置上部署了三個(gè)SICKLMS-151激光掃描激光雷達(dá)，它們是二維的激光雷達(dá)。這三個(gè)激光雷達(dá)被安置在一個(gè)最快2.0赫茲頻率旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)盤上。系統(tǒng)還配置了一個(gè)12線的滑環(huán)集電環(huán)為旋轉(zhuǎn)的激光激光雷達(dá)提供動(dòng)力及以太網(wǎng)，以及一個(gè)微處理器(中央處理器)，用于編碼讀取到的數(shù)據(jù)及作為轉(zhuǎn)盤的電動(dòng)機(jī)控制器。所有的二維雷達(dá)必須平均地分布在360度的各個(gè)方向上(及雷達(dá)之間的夾角為360/N度，N為雷達(dá)的數(shù)量)。這樣做除了保證輸出的測(cè)量數(shù)據(jù)(點(diǎn)云)在各個(gè)方向上密度均勻一致，還大大增加了旋轉(zhuǎn)時(shí)上層旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少不利的機(jī)械振動(dòng)。這種設(shè)計(jì)比起比起HDL-64E，還可以減少配重的結(jié)構(gòu)。較低的轉(zhuǎn)速也有利于簡(jiǎn)化機(jī)械的結(jié)構(gòu)，減少上層旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)候的振動(dòng)/擺動(dòng)。增加二維激光雷達(dá)的數(shù)量的好處是可以降低轉(zhuǎn)速，或者提高數(shù)據(jù)更新的頻率，但這里面有個(gè)取舍，更多的二維雷達(dá)會(huì)增加系統(tǒng)中時(shí)鐘同步的難度。下文會(huì)涉及不同部件之間時(shí)間同步的解決算法。每個(gè)方向上安裝的都是同一型號(hào)的二維激光雷達(dá)。出于成本考慮，本文給出的具體實(shí)施例中使用了測(cè)距范圍為50米的SICKLMS-151二維激光雷達(dá)。SICK激光雷達(dá)擁有的非常大的掃描角度(270度)，角度分辨率為0.5度，內(nèi)置的激光器發(fā)射的頻率為50赫茲。因此每個(gè)SICK雷達(dá)每秒能進(jìn)行27050次測(cè)量，而整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出率為每秒生成81150個(gè)測(cè)量。依靠大掃描角度的二維激光雷達(dá)，整個(gè)裝置能提供全方位覆蓋和幾乎完整的球形視野－唯一不能觀察到的區(qū)域是垂直于轉(zhuǎn)盤的一個(gè)圓柱體。雖然說這個(gè)裝置系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸出率不如HDL-64E，但是相比之下，這個(gè)裝置在成本更低的情況下，卻擁有更好的視野和更優(yōu)越的測(cè)量精確度。然而，這種設(shè)計(jì)存在幾個(gè)挑戰(zhàn)：1.由于采集過程中激光雷達(dá)是不斷旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的(頻率達(dá)到1到2赫茲)，需要依靠一種算法準(zhǔn)確推斷某一特定時(shí)刻，每個(gè)激光雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)角度(下文用lambda表示)；2.幾個(gè)激光雷達(dá)以及微處理器因?yàn)槭仟?dú)立的器件，之間不像HDL-64E那樣存在硬件層面的同步(如時(shí)間同步、位置同步等)。這帶來了某一特定時(shí)刻，不同部件賦予數(shù)據(jù)的時(shí)間戳不同。為了解決上述問題，輸出高質(zhì)量精確的激光點(diǎn)云，這個(gè)雷達(dá)的軟件算法包括：1.時(shí)間校準(zhǔn)：利用莫恩算法和凸包算法，模擬恢復(fù)不同裝置時(shí)鐘間的頻率差與時(shí)間差，以校準(zhǔn)由于時(shí)鐘脈沖相位差和時(shí)鐘偏差引起的誤差。2.幾何校準(zhǔn)：對(duì)所有的自由幾何參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化得到它們的最佳估計(jì)值，并利用這些值對(duì)點(diǎn)云的脆度(點(diǎn)云質(zhì)量的測(cè)量)進(jìn)行最終的優(yōu)化。二、雷達(dá)測(cè)量/數(shù)據(jù)采集的數(shù)學(xué)模型2.1系統(tǒng)參數(shù)化及利用運(yùn)動(dòng)鏈(KinematicChain)對(duì)原始傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化在這一部分我們把整個(gè)系統(tǒng)參數(shù)化，概述了用來將原始傳感器數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到世界坐標(biāo)體系的變換。在圖2所示的實(shí)施例中，介紹了一種二維低成本雷達(dá)組成的三維激光雷達(dá)的探測(cè)方法，一種三維雷達(dá)測(cè)量方法，所述方法應(yīng)用于由兩個(gè)以上二維激光雷達(dá)組成的測(cè)量工具中，該測(cè)量工具還包括轉(zhuǎn)盤和中央處理器，轉(zhuǎn)盤上設(shè)置有激光雷達(dá)，所述方法包括模型構(gòu)建步驟和時(shí)間校準(zhǔn)步驟，所述模型構(gòu)建步驟包括，步驟S200獲取傳感器測(cè)量輸出數(shù)據(jù)；S202根據(jù)測(cè)量輸出數(shù)據(jù)構(gòu)建傳感器模型；根據(jù)傳感器模型得到反傳感器模型，S204用反傳感器模型根據(jù)測(cè)量輸出數(shù)據(jù)估計(jì)被測(cè)量點(diǎn)的位置，得到第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)；將多時(shí)段的第一點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并成第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)，將多個(gè)傳感器的第二點(diǎn)云數(shù)據(jù)合并，得到最終的三維點(diǎn)云；在一些具體的實(shí)施例中，現(xiàn)在考慮一個(gè)激光雷達(dá)Li，在轉(zhuǎn)盤的控制下進(jìn)行掃射掃描，對(duì)環(huán)境中的一系列位置Xi＝{x1…xm}進(jìn)行了一系列對(duì)應(yīng)的測(cè)量，得到測(cè)量輸出Zi＝{z1…zm}。每一個(gè)測(cè)量輸出zj＝[rj,θj,φj]T由距離測(cè)量j，激光雷達(dá)的反射鏡角θj，和轉(zhuǎn)盤的位置φj組成。我們的傳感器模型hi是zj＝hi(xj；Θi)，如圖3所示這里Θi＝[λi,τi,αi]T是激光雷達(dá)Li的一系列外部校準(zhǔn)參數(shù)。我們用反傳感器模型根據(jù)測(cè)量輸出值去估計(jì)被測(cè)量點(diǎn)的位置，得到一個(gè)運(yùn)動(dòng)鏈(即上述的第一點(diǎn)云數(shù)據(jù))：這里R{x,y,z}和T{x,y,z}分別代表了關(guān)于特定軸的旋轉(zhuǎn)和平移。通過將一段時(shí)間內(nèi)激光雷達(dá)Li測(cè)量輸出合并起來，我們就可以生成一個(gè)三維的點(diǎn)云，把三個(gè)激光雷達(dá)的測(cè)量輸出Z＝{Z1,Z2,Z3}合并起來得到最終的點(diǎn)云在圖3所示的實(shí)施例中，介紹了一些外部參數(shù)的關(guān)系，激光雷達(dá)Li在轉(zhuǎn)盤上的位置由三個(gè)參數(shù)決定：τi是激光束發(fā)射點(diǎn)到轉(zhuǎn)盤中心的距離，αi是掃描屏幕和轉(zhuǎn)盤的正切向量之間的夾角，而λi則代表了，鏈接激光束發(fā)射點(diǎn)到轉(zhuǎn)盤中心這個(gè)半徑，與鏈接第一束激光束發(fā)射點(diǎn)到轉(zhuǎn)盤中心這個(gè)半徑，之間的逆時(shí)針方向的夾角。為了方便我們通常都會(huì)把λ1設(shè)置為0。在利用優(yōu)化步驟去最大化點(diǎn)云質(zhì)量的時(shí)，我們能自動(dòng)取得這些外部參數(shù)。三、時(shí)間校準(zhǔn)為了追求更好的三維掃描質(zhì)量，時(shí)間校準(zhǔn)和幾何校準(zhǔn)都是關(guān)鍵。時(shí)間校準(zhǔn)是針對(duì)由于時(shí)間標(biāo)記誤差導(dǎo)致的誤差，舉個(gè)例子來說，一個(gè)15毫秒時(shí)間標(biāo)記誤差(典型的個(gè)人電腦時(shí)鐘準(zhǔn)確度誤差)對(duì)于一個(gè)以1赫茲的頻率旋轉(zhuǎn)的激光雷達(dá)來說，如果我們要對(duì)一個(gè)距離10米的位置進(jìn)行距離測(cè)量，會(huì)產(chǎn)生幾乎1米的系統(tǒng)誤差。此外，我們要特別注意的是激光雷達(dá)距離測(cè)量輸出和傳感器的方向測(cè)量輸出之間的同時(shí)同步性。要達(dá)到這兩個(gè)數(shù)據(jù)輸出的同步性，我們需要去模擬估計(jì)所有相關(guān)傳感器跟處理器的時(shí)鐘脈沖相位差和時(shí)鐘偏差。而除了時(shí)間校準(zhǔn)，我們還要仔細(xì)地考慮如何決定系統(tǒng)的幾何結(jié)構(gòu)，并針對(duì)幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何校準(zhǔn)，以避免系統(tǒng)的測(cè)量性能下降。3.1時(shí)間校準(zhǔn)－時(shí)鐘間的匹配在具體的實(shí)施例中，如圖2所示，一種三維雷達(dá)探測(cè)方法中，所述時(shí)間校準(zhǔn)步驟包括，步驟S206運(yùn)用莫恩算法去確定每一個(gè)激光雷達(dá)上的時(shí)鐘相對(duì)于中央處理器時(shí)鐘的時(shí)鐘脈沖相位差，S208通過靜態(tài)延遲校準(zhǔn)，使用外部參數(shù)校準(zhǔn)每個(gè)激光雷達(dá)的相對(duì)位置標(biāo)記時(shí)鐘偏差，所述外部參數(shù)包括激光雷達(dá)激光發(fā)射點(diǎn)與旋轉(zhuǎn)中心的距離或激光雷達(dá)掃描平面與轉(zhuǎn)動(dòng)平面正切向量的夾角；S210用所述相對(duì)位置標(biāo)記時(shí)鐘偏差優(yōu)化外部參數(shù)，S212使用優(yōu)化后的外部參數(shù)計(jì)算轉(zhuǎn)盤位置讀數(shù)，用所述轉(zhuǎn)盤位置讀數(shù)、相對(duì)位置標(biāo)記時(shí)鐘偏差和脈沖相位差進(jìn)行兩個(gè)以上激光雷達(dá)間的時(shí)鐘匹配。被測(cè)量點(diǎn)云的精確度高度取決于外部校準(zhǔn)參數(shù)的質(zhì)量以及轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)度測(cè)量數(shù)據(jù)的精確度。其中后者是一個(gè)關(guān)于轉(zhuǎn)盤編碼測(cè)量和單束激光測(cè)量的時(shí)間標(biāo)記精確度的方程。理想的狀態(tài)下，我們會(huì)用一些方程來對(duì)單束激光測(cè)量的時(shí)間標(biāo)記tj和轉(zhuǎn)盤編碼測(cè)量進(jìn)行匹配，以使得φj∶＝φj(tj)，這就需要所有相關(guān)的裝置對(duì)時(shí)間的測(cè)量是一致的。而事實(shí)上，每一個(gè)SICKLMS-151激光掃描激光雷達(dá)都配置有一個(gè)內(nèi)部的時(shí)鐘，以用來給數(shù)據(jù)戳上時(shí)間標(biāo)記；同樣地，微處理器在標(biāo)記其轉(zhuǎn)盤編碼數(shù)據(jù)的時(shí)間時(shí)用的也是它內(nèi)部配置的時(shí)鐘。圖4就闡釋了這樣一個(gè)狀況：如圖4所示，一個(gè)激光雷達(dá)Li發(fā)出了一束激光束，其距離測(cè)量為rj，反射鏡角為θj，而根據(jù)雷達(dá)內(nèi)部的時(shí)鐘Ci，激光束對(duì)應(yīng)的時(shí)間標(biāo)記為tj。每一個(gè)激光雷達(dá)時(shí)鐘都有其特定的，相對(duì)于中央電腦時(shí)鐘的脈沖相位差，以及相對(duì)于微處理器時(shí)鐘的時(shí)鐘偏差。外部參數(shù)τi和αi是通過分析轉(zhuǎn)盤方向數(shù)據(jù)和雷達(dá)距離測(cè)量數(shù)據(jù)得出的。求解的過程遵循以下的順序：首先通過莫恩算法找到時(shí)鐘脈沖相位差，通過靜態(tài)延遲校準(zhǔn)使用外部參數(shù)τi和αi找到ηi。然后利用ηi生成更精確的外部參數(shù)τi和αi。最后，利用這些值去估計(jì)λi。消費(fèi)品級(jí)別的裝置上所配置的時(shí)鐘一般對(duì)溫度的變化都是敏感的，因此無法保證其絕對(duì)的準(zhǔn)確性。曾有實(shí)驗(yàn)讓一個(gè)SICKLMS-151激光掃描激光雷達(dá)不停的運(yùn)轉(zhuǎn)5天，最后發(fā)現(xiàn)其內(nèi)部的時(shí)鐘與精確校準(zhǔn)過的時(shí)鐘比差了90秒鐘。這樣誤差程度完全不能滿足我們對(duì)點(diǎn)云精確度的要求。一個(gè)比較普遍的處理時(shí)鐘脈沖相位差的方式是，將所有數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭粋€(gè)中央電腦上，然后在接受的時(shí)刻對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記。然后，由于不統(tǒng)一的傳遞速度跟緩沖延遲，這樣的方式仍然會(huì)帶來一定的噪音誤差，仍然不能滿足我們精確度的要求。于是，為了追求更高的精確度，更少的噪音誤差，我們選擇去學(xué)習(xí)不同裝置的時(shí)鐘之間的匹配關(guān)系。我們運(yùn)用莫恩算法去確定每一個(gè)裝置上的時(shí)鐘相對(duì)于中央電腦時(shí)鐘的相對(duì)頻率。我們的實(shí)現(xiàn)辦法運(yùn)用了高效的凸包算法，以實(shí)現(xiàn)快速的，在線的時(shí)鐘相對(duì)參數(shù)的估計(jì)。假設(shè)我們現(xiàn)在有兩個(gè)被會(huì)延遲的，且延遲不固定的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)所連接的時(shí)鐘，這個(gè)算法首先會(huì)對(duì)兩個(gè)時(shí)鐘間的單向時(shí)鐘偏差運(yùn)行一個(gè)線性規(guī)劃優(yōu)化。這個(gè)算法能夠最大程度上修正時(shí)鐘偏差，但不包括最低限度的傳輸延遲。這是因?yàn)閭鬏斞舆t無法在僅被單向時(shí)鐘偏差數(shù)據(jù)體現(xiàn)出來。在將裝置上的時(shí)間標(biāo)記匹配與中央電腦的時(shí)間標(biāo)記匹配起來后，我們把未知的這個(gè)最低限度傳輸延遲設(shè)置為校準(zhǔn)參數(shù)，ηi代表了激光雷達(dá)Li的時(shí)間標(biāo)記與轉(zhuǎn)盤位置時(shí)間標(biāo)記間的時(shí)鐘偏差。如果我們能確定這個(gè)時(shí)鐘偏差，那么從激光雷達(dá)Li得到的每一個(gè)激光雷達(dá)測(cè)量都能夠與正確的轉(zhuǎn)盤位置讀數(shù)，通過下列方程匹配起來：φj∶＝φ...