激光雷达数学模型及运动畸变去除

黄 越，郁汉琪，陆宇豪

（南京工程学院 机械工程学院，南京 211100）

激光雷达作为SLAM系统的主要传感器，影响定位准确度与地图构建效果。

1 激光雷达传感器介绍

1.1 激光雷达常用测距原理

对于市面上的主流激光雷达，主要是用于环境探测、地图构建，按技术路线可分为：三角测距激光雷达，TOF激光雷达。

TOF测距是通过测量光的飞行时间来计算距离。根据发射激光信号的不同形式，TOF测距法可分为脉冲测距和相位测距[1]。脉冲激光测距基本原理是激光器发射激光脉冲，计时器记录发射时间T1；接收器接收被反射的激光，计时器记录接收时间T2。两个时间的间隔△T即为激光的“飞行时间”。光速c是一定的，因此距离可由速度与时间计算得到。相位测距是将发射的连续的激光进行幅度调制（调制光的光强随时间做周期性变化）[2]，被反射后，激光产生相位变化，根据相位差来间接测量时间和距离（曲线测距）[3]。

三角测距根据摄像头的光斑成像位置，利用相似三角形的几何关系计算距离。双目视觉、结构光测距等，都可归纳为三角测距原理。激光器发射激光，激光照射到物体表面后发生反射；基线另一端的CCD相机接收反射信号，并记录入射光与反射光的夹角。依照光学路径，不同距离的物体会显示在CCD上的不同位置。因此，在已知激光源和CCD间距离的情况下，根据相似三角形的几何关系[4]，就可以推导出激光源与物体表面的距离。

1.2 激光雷达数学模型介绍

1）光束模型

激光雷达的光束模型需要第t时刻机器人的位姿xt和地图m，来获得第t时刻激光数据，包含K个激光束测量的距离值zt。……