某高频段精密二维雷达平台特性分析

针对高频段雷达波束宽度较窄、动态转速和加速度较大,齿轮式传动机构由于弹性扭转变形及回差影响很难满足高速跟踪时的精度要求,提出了以交流力矩电机为部件构建精密伺服驱动系统,该系统零空回、轴系直驱、传动平稳、反应快速。根据负载、风载等参数特性分析了俯仰机构的惯性力矩、风力矩和摩擦力矩,并通过理论公式研究了轴系精度在不同工况下产生的静态和动态误差。最后利用多种光学仪器,实测了雷达运输平台、方位与俯仰转轴之间的独立误差及耦合误差,结果表明该设计方案及分析检测结果满足指标要求,可以为收发分置式精密雷达的传动设计提供参考依据。

基于二维激光雷达的甘蔗垄高检测研究

为提高丘陵地带甘蔗收割机收割质量,研究能够跟随地形的起伏变化而调节收割刀盘高度的技术显得尤为重要,解决该问题的关键是对于蔗田地面高度的检测,因此设计一台蔗田垄高建图机器人。该机器人能适应按标准化种植的蔗田地形,通过机载二维激光雷达扫描收集蔗田地形轮廓信息,远程计算机对数据进行多维度形态学特征分析,提取蔗田数据点并建立蔗田三维地形图。仿真结果表明:该机器人能够对蔗田地形进行建图,建图分辨率为0.005 m,准确率为96.4%,为收割机的刀盘高度调节提供可靠的数据支持。

基于二维激光雷达和多超宽带的图优化融合定位研究

特殊环境下单纯激光雷达的定位方式以及单超宽带(UWB)融合激光的定位方式容易出现定位漂移、精度较差、激光雷达建图时不断的叠图问题。基于激光雷达与UWB超宽带传感器定位模型差异,利用两者优劣互补原则,提出多UWB位姿动态误差补偿算法,利用多UWB定位标签获取移动机器人坐标以及姿态。使用滑动窗口滤波算法和多UWB位姿动态误差补偿算法处理UWB定位数据得到先验位姿,通过图优化算法与激光雷达进行融合得到更加精准的地图、更加精确收敛和航向角更稳定的移动机器人位姿。

二维激光雷达与相机数据融合标定

针对单线激光雷达和相机之间外参标定速度慢、实时性差的不足,提出1种基于特征点的数据融合标定方法。在特殊设计的标靶上提取相机外参标定所需的像素特征点,通过激光雷达角度标定得到所需的点云特征点;采用特征点法融合标定像素与点云特征点,得到激光雷达数据与相机图像像素点对应的坐标序列,融合处理2种坐标序列计算出融合矩阵,且通过标定实验验证所提方法的可行性与有效性。结果表明:与传统标靶相比,采用特殊设计标靶的标定速度可提高31.4%;结合数据融合的处理方法可得到单线激光雷达和相机的标定参数,数据融合的平均重投影误差为1.9 pixel、标准差为0.7 pixel,雷达点云数据能够在标靶上较好地投影,使激光雷达点云与标靶图像成功匹配;通过融合矩阵只需较少对应的激光雷达点云和像素点,可避免计算标定的各个参数,标定过程更简便、快捷。

基于超声波测距的二维倒车雷达系统设计

针对现有一维倒车雷达系统无法探测地面路况的问题，设计了一款基于超声波测距的二维倒车雷达系统。两列超声波探头分别监测车后方水平障碍物和车后方地面障碍物，对系统的地面监测即超声波斜面测距给出了理论依据，若车后方有障碍物，则系统发出语音提示。实验测试结果表明，该系统可实现车距在水平方向3～400cm的准确测距，同时对地面出现的障碍物与凹坑有较高辨识能力，系统可靠性高。

二维激光雷达实现三维成像的算法

设计了一种俯仰扫描装置,将二维激光雷达安装在扫描云台上,实现扫描数据采集。分析了扫描云台位置变换关系,研究了将二维扫描数据转换成三维扫描数据的算法。该算法通过坐标系的旋转变换,将激光雷达扫描数据点从自身扫描坐标系下转化到全局坐标系,实现了二维扫描数据到三维扫描数据的转换。通过数值仿真分析,验证了转换算法的可靠性。

视觉与二维激光雷达的目标检测方法

为了改进单一传感器对目标物体的检测范围小、检测特征少以及检测准确率较低的问题,提出一种视觉与二维激光雷达的目标检测方法。在视觉检测方面提出一种改进的GoogLeNet算法实现视觉对目标物体的识别,该方法相比GoogLeNet算法在对6种目标物体的识别准确率上提高了0.7%。在二维激光雷达检测方面采用欧氏聚类算法对二维激光雷达的点云数据聚类,接着使用RANSAC算法对聚类簇中的数据点进行筛选,最后使用卡尔曼滤波算法对目标物体的位置进行预测,实现二维激光雷达在特定平面上360°对目标物体进行跟踪检测和定位。实验结果表明,该方法使得移动机器人扩大了检测范围、增加了检测特征并提高了识别准确率。

基于室内结构特征的二维激光雷达与相机标定方法

针对激光雷达与相机数据融合问题,提出了一种基于室内结构特征的二维激光雷达和彩色相机之间的标定方法.该方法利用室内场景的柱特征,根据点在线上的位置关系推导激光雷达与相机坐标系间的投影矩阵方程.采用Canny算子和Hough变换提取墙角图像中直线特征,利用RANSAC方法拟合点云中的角点特征.通过奇异值分解法求解投影矩阵,在剔除重投影误差较大的点线特征数据后,进一步优化标定结果.实验结果表明:采用优化后的投影矩阵,柱子特征点的平均重投影误差从0.3755个像素降低至0.0459个像素.与两步标定法相比本文提出的算法具有更好的重投影效果.同时该方法不需要特定的标定物体,仅用较少的时间即可实现较高的投影精度.

二维电扫相控阵雷达全量程三维A显的实现方法

传统二维电扫相控阵雷达在设计A显显示内容时,有的采用一次信息跟踪数据,由于数据量大,使信号处理受限,导致A显显示回波范围很小;有的采用一次信息搜索数据,虽能够显示全距离回波,但方位和俯仰上信息在A显上叠加,导致在A显上难以确定回波的具体位置。文中针对上述雷达对一次信息挖掘利用不够充分的问题,以一部实体二维电扫相控阵雷达的A显改造工程为例,分析了一次信息搜索数据的控制字和数据结构,采用抽样压缩的方法提高了数据传输效率和时间分段的方式进行多任务处理,实现了全量程、全方位三维A显。由实现效果可以看出,全量程三维A显能够显示全方位回波幅度信息细节,在雷达参与电子对抗等任务中发挥了重要作用。

应用二维激光雷达的地形识别系统设计

动力型下肢假肢的主要功能是帮助截肢患者实现独立自如的行走,为了使假肢能够配合用户的运动,需要对用户的运动意图进行识别。通过提前获知用户前方环境信息,将其作为运动意图识别的先验知识,可以提高运动意图的识别精度。为了给动力型下肢假肢提供前方环境信息,设计了一种可穿戴的地形识别系统。首先通过安装在人体腰部的二维激光雷达收集前方地形数据,然后利用凝聚分层聚类算法对采集的数据进行线性特征提取,最后利用有限状态自动机对前方地形进行识别。实验中,对平地过渡到上/下斜坡、上/下楼梯四种地形进行了测试。结果表明,该系统不仅对四种地形的识别精度达到了95.8%,还可以计算出传统的运动意图识别方法无法得到的地形参数信息,包括斜坡的坡度、楼梯的阶数和台阶的高度与宽度。这证明了将该系统应用于动力型下肢假肢的有效性和可行性。

基于二维激光雷达植株高度测量系统的研究

植株高度数据的获取主要依靠人工测量的方式,这种方式不仅费时费力,而且具有一定的主观性。为了解决这一问题,构建了一个植株高度测量系统,设计了一种能够俯仰扫描的激光雷达扫描装置,通过控制二维激光雷达旋转,实现植株的三维重现,进而得到其高度信息。使用该系统,对绿萝和万年青这种单株植株采用侧面整体轮廓扫描的方式,得到侧面投影,计算得到高度;对小叶黄杨绿篱和金叶女贞绿篱多株植株采用随机抽样一致性算法(RANSAC)拟合修正,再使用曲线检测—正态核密度检测方法滤除冠层部分的离群点,从而计算得到高度。实验结果表明,利用该系统获取的植株高度与人工测量值的相对偏差最大不超过6%。该系统在植株高度测量方面,具有良好的实用价值。

二维旋转相控阵雷达内嵌式目标模拟器设计与实现

论述了二维旋转相控阵雷达目标回波信号的一种模拟方法。介绍了雷达回波信号模型,给出了目标各种航路的产生方法,设计了一种内嵌式目标模拟器,能够实时产生和差波束回波信号输入到雷达处理通道中,实现雷达系统在不具备实际接收前端的情况下对雷达后级的调试,为雷达系统的性能验证提供有效的手段。

某二维相控阵雷达中心机的设计与实现

二维相控阵雷达资源丰富,为充分调用这些资源,发挥出相控阵雷达的优势,雷达系统的控制和操作的复杂程度高于传统雷达。文章介绍了某二维相控阵雷达中心机的设计思路与方法,对设计中的关键问题进行论述并给出实现流程图,最后基于嵌入式VxWorks操作系统,实现了对相控阵雷达资源管理及调度,经过飞行试验验证,达到预期效果。

基于二维激光雷达的自动室内三维重建系统

设计了一个基于二维激光雷达的自动室内三维重建系统.系统的硬件由一套自行设计的基于2D激光雷达的三维扫描系统和一台电脑构成.介绍了系统的软件模块,提出了结合最近点迭代(ICP)和通用多边形裁剪(GPC)的3D平面场景合成方法.ICP能够获得不同采集位置之间的位置变化,以此能将各个不同位置获得的3D场景转换到同一坐标系下.场景合成时的碎平面问题通过GPC方法来解决.实验结果表明:该系统成本低,精度高,能稳定可靠地实现室内场景的自动三维重建.

一种融合二维激光雷达和RGB-D相机的移动机器人建图方法研究

针对单独使用二维激光雷达描述环境信息不足、单独使用RGB-D相机构建地图精度不足以及三维激光雷达使用成本高的问题,提出一种使用低成本二维激光雷达和RGB-D相机点云信息融合的方法。首先,通过Autoware联合标定的方式获取相机的内部参数和外部参数,建立激光雷达数据和相机数据的变换关系。然后,基于体素网格滤波的方式降低相机原始数据的噪声和密度,并将滤波后的数据进行投影转换成伪激光雷达数据。最后,通过将转换后激光雷达数据与相机的伪激光雷达数据叠加的方式,实现两传感器信息融合。实验结果表明,有效弥补了移动机器人搭载单一传感器地图构建精度不足和获取环境信息描述不足的问题,提高了移动机器人建图的可靠性和完整性,为机器人有效导航提供保障。

二维激光雷达的实时三维重建方法

激光雷达测距技术的发展为三维空间数据的获取提供了一种全新的技术手段,可以实现从传统的人工单点数据获取到连续自动数据获取的转变,大大提高了测量的速度和精度。然而,三维激光雷达数据获取设备具有价格昂贵、机动性较差、数据量过大及三维重建耗时过长等缺点,本文提出由二维激光扫描仪通过空间坐标变换算法实现三维点云获取,通过四元数算法将点云配准所得旋转平移矩阵优化,多次迭代取最优旋转平移矩阵,从而提高点云配准速度与精度。试验应用与分析结果表明,本文提出的二维激光雷达实时三维重建的方法,具有低成本、精度高、三维重建速度快的特点,满足现场低成本、实时、精确三维重建的测绘需求。

二维混合MIMO相控阵雷达的DOA估计算法

针对二维混合多输入多输出相控阵雷达波达方向估计问题,结合发射权值优化和接收虚拟阵列的酉ESPRIT算法给出了有效解决方案.首先对二维混合多输入多输出相控阵雷达信号模型进行建模仿真,利用凸优化函数对发射权值矩阵进行优化设计,构造了接收数据矩阵的旋转平移不变关系,同时抑制了发射方向图旁瓣电平以提高波达方向估计精度.在此基础上,为了减小波达方向估计运算量,采用酉ESPRIT算法对二维混合多输入多输出相控阵雷达俯仰角和方位角进行了联合估计.仿真实验结果表明,所提方法有效解决了二维混合多输入多输出相控阵雷达的波达方向估计问题.

基于二维激光雷达的避障系统的设计与实现

根据低成本二维激光雷达的三角测距系统,设计了一种基于二维激光雷达的双ARM Cortex—M4架构的移动机器人避障控制系统;该控制系统采用两块STM32F407为硬件平台,二者之间通过串口进行通信;通过多线程任务划分,按照不同优先级的调度任务实现移动机器人的实时避障功能;移动机器人采用直流减速电机,并以二次曲线拟合速度控制决策算法;实验结果表明,系统能很好地达到实时避障的目的。

基于二维激光雷达多车道车辆检测与分车算法的研究

为解决汽车动态称重多车道车辆检测与分车问题,提出了一种基于二维激光雷达的多车道车辆检测与分车算法。基于所建立的平面直角坐标系,将二维激光雷达对车道扫描得到的极坐标值转换为直角坐标系下的坐标点,对所拾取数据点进行中值滤波处理后,采用车辆边缘信息点提取算法对所有点数据进行分类截取,用凝聚层次聚类算法和最小二乘法曲线拟合,提取出车辆的左右边缘信息。以车辆左右边缘为多车道分车标志特征,确定各车辆的位置信息,从而实现对多车道的横向分车。以车道有无车辆的特征标志位来实现车辆的前后分车。试验结果表明,该方法能实现对多车道车辆的检测和车辆分车,对今后的车辆检测和分车具有一定的参考。

二维混合MIMO相控阵雷达的嵌套阵列结构设计

针对二维混合多输入多输出(multiple input multiple output,MIMO)相控阵雷达发射阵列子阵分割带来的自由度(degree of freedom,DOF)减小问题,提出了基于嵌套阵结构的收发阵列设计方法。首先给出基于一维嵌套阵的二维混合MIMO相控阵雷达发射阵列,在此基础上将接收端设置为嵌套阵,最后通过做虚拟阵列以及差异阵列,形成虚拟阵元数目扩展,在保留混合MIMO相控阵雷达优势的基础上增大了阵列DOF。同时给出了阵列流形的闭合表达式,推导出了基于最大DOF准则的最优嵌套阵元数目。仿真实验表明,相较于传统和互质的混合MIMO相控阵雷达,所提方法可有效提高阵列DOF和波达方向估计精度。