項(xiàng)目二激光雷達(dá)的安裝與標(biāo)定調(diào)試工單

項(xiàng)目二激光雷達(dá)的安裝與標(biāo)定一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模赫莆占す饫走_(dá)的拆卸與安裝方法：了解激光雷達(dá)的標(biāo)定方法：學(xué)會(huì)對(duì)激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)及信號(hào)顯示結(jié)果進(jìn)行分析，從面判斷故障。二、實(shí)驗(yàn)要求：1.實(shí)驗(yàn)前認(rèn)真閱讀實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書：2.嚴(yán)格按照指導(dǎo)教師的指導(dǎo)進(jìn)行操作。三、實(shí)驗(yàn)設(shè)備：1.實(shí)物：智能網(wǎng)聯(lián)汽車傳感器實(shí)驗(yàn)臺(tái)：2.教具：專用裝卸工具、位姿調(diào)整裝置等。四、知識(shí)準(zhǔn)備：2.1激光需達(dá)傳感器的概念無人駕駛汽車怎么實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛呢?這背后一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)就是LIDAR即激光雷達(dá)傳感器，俗稱光達(dá)，如圖2-1，它也被稱為無人駕駛汽車的眼睛。圖2-1車載激光雷達(dá)零件分解圖激光雷達(dá)，英文全稱為L(zhǎng)ightDetecticaAndRanging，簡(jiǎn)稱LIDAR,即卩充探測(cè)與測(cè)量，是一種集激光、全球定位系統(tǒng)（GPS）和IMU（InertialMeasurcementUnit，慣性測(cè)量裝置）三種技術(shù)于一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM（數(shù)字高程模型）。這三種技術(shù)的結(jié)合，可以高度準(zhǔn)確地定位激光末打在物體上的光斑,測(cè)距精度可達(dá)來級(jí),激光雷達(dá)最大的優(yōu)勢(shì)就是“精準(zhǔn)“和“快速、高效作業(yè)”。它是一種用于精確獲得三維位置；息的傳感器，其在機(jī)器中的作用相當(dāng)于人類的眼睛，能夠確定物體的位置、大小、外部形貌甚至材質(zhì)。LIDAR通過測(cè)量激光你號(hào)的時(shí)間差、相位差確定距離，通過水平旋轉(zhuǎn)掃描或相控掃描測(cè)角度，并根據(jù)這兩個(gè)數(shù)據(jù)建立二拳的極坐標(biāo)系再通過獲取不同端仰角度的信號(hào)獲得第三炸的高度信息。

高頻微光可在一秒內(nèi)獲取大量（106-107數(shù)量級(jí)）的位置點(diǎn)信息（稱為點(diǎn)云），并根據(jù)這些信息進(jìn)行三染建模。除了獲得位置信息外，它還可通過激光信號(hào)的反射率初步區(qū)分不同材質(zhì)，如圖2-2所示。圖2-2RS-LIDAR-32點(diǎn)云效果圖2.2激光臂達(dá)傳感器的類型激光需達(dá)按有無機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件分類，分為機(jī)械激光需達(dá)和固態(tài)微光需達(dá)。如圖2-3和圖2-4所示，機(jī)械微光需達(dá)帶有控制激光發(fā)射角度的旋轉(zhuǎn)部件，而園態(tài)激光需達(dá)則依靠電子部件來控制激光發(fā)射角度，無需機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件。圖2-3機(jī)械激光雷達(dá)圖2-4固態(tài)微光需達(dá)固態(tài)激光雷達(dá)優(yōu)勢(shì)：響應(yīng)速度快?？刂齐妷旱停瑨呙杞嵌却?。價(jià)格低。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所差別，兩科激光需達(dá)的體積大小也不盡相同。機(jī)械激充需達(dá)體積較大、價(jià)格品費(fèi)、測(cè)最精度相對(duì)較高，一般置于汽車外部。國(guó)態(tài)激光雷達(dá)尺寸較小、性價(jià)比較高、測(cè)量精度相對(duì)低一些，但可隱藏于汽車車體內(nèi)，不會(huì)破壞外形美觀。根據(jù)線束愛量的多少，激光雷達(dá)又可分為單級(jí)束激光雷達(dá)與多線束激光雷達(dá)。顧名思義，單線束激光需達(dá)掃描一次只產(chǎn)生一條掃描線，其所獲得的數(shù)據(jù)為2D數(shù)據(jù)，因此無法區(qū)別有關(guān)目標(biāo)物體的3D信息。不過，由于單線束激光雷達(dá)具有測(cè)量速度快、數(shù)據(jù)處理量少等特點(diǎn)，多被應(yīng)用于安全防護(hù)、地彩測(cè)繪等領(lǐng)域。傳統(tǒng)的激光雷達(dá)掃描視場(chǎng)非常小，如果想360度的觀察周圍，怎么辦?最自然的辦法就是多加幾束激光，就數(shù)越多覆蓋的角度越大。多線束激光需達(dá)掃描一次可產(chǎn)生多條掃描線，日前市場(chǎng)上多線束產(chǎn)品包括4線束、8線束、16統(tǒng)束、32線束、64線束等，其細(xì)分可分為2.5D激光雷達(dá)及30激光需達(dá)。2.5D激光需達(dá)與3D激光需達(dá)最大的區(qū)別在于微光需達(dá)垂直視野的范圍，前者柔直視野范圍一般不超過10°，而后者可達(dá)到30°甚至40以上，這也就導(dǎo)致兩者對(duì)于激光需達(dá)在汽車上的安裝位置要求有所不同。2.3激光慣達(dá)做感器的測(cè)試與標(biāo)定方法2.3.1激光需達(dá)傳感器的測(cè)試在車載激允需達(dá)的評(píng)測(cè)中，需要針對(duì)測(cè)試指標(biāo)構(gòu)建車用激光需達(dá)測(cè)試場(chǎng)景，建立標(biāo)定場(chǎng)、控制點(diǎn)和檢測(cè)點(diǎn)，通過設(shè)置標(biāo)靶，結(jié)合已有的高精度、高置信度測(cè)試儀器進(jìn)行激光需達(dá)標(biāo)定，通過控制點(diǎn)進(jìn)行測(cè)評(píng)指標(biāo)精度分析，結(jié)合檢測(cè)點(diǎn)進(jìn)行指標(biāo)精度對(duì)比分析，最后形成指標(biāo)參數(shù)精度的置信描述。比較重要的激光需達(dá)測(cè)評(píng)參數(shù)包括：最大測(cè)面為最初看到采樣目標(biāo)的面離；檢測(cè)距離為檢測(cè)到有效目標(biāo)時(shí)的距離：分類距離為能夠?qū)④囕v等目標(biāo)與其他物體分離出來的距離；最住分類距離為能夠?qū)⑷諛?biāo)的形狀識(shí)別出來的最住距離。2.3.2激光雷達(dá)的標(biāo)定激光雷達(dá)與車體為剛性連接。兩者間的相對(duì)姿態(tài)和位移固定不變?yōu)榱私⒏鱾€(gè)激光需達(dá)之間的相對(duì)坐標(biāo)關(guān)系，需要對(duì)激光需達(dá)的安裝進(jìn)行簡(jiǎn)單的標(biāo)定，并使激光雷達(dá)數(shù)據(jù)從激光雷達(dá)坐標(biāo)統(tǒng)一轉(zhuǎn)換至車體坐標(biāo)上。通過建立車輛質(zhì)心坐標(biāo)系，雷達(dá)基準(zhǔn)坐標(biāo)系以及車載激光雷達(dá)坐標(biāo)系，將激光需達(dá)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換到基準(zhǔn)坐標(biāo)系中，再將其統(tǒng)一轉(zhuǎn)換到車輛坐標(biāo)系下。激充需達(dá)外部安裝參數(shù)的標(biāo)定，通常采用等腰直角三角標(biāo)定板和正方形標(biāo)定板來完成。需要標(biāo)定的激光雷達(dá)的安裝參數(shù)包括激光雷達(dá)的仰角與側(cè)傾角等。其他較好的標(biāo)定方法還包括交互信息最大化外部自動(dòng)標(biāo)定法。激光攝像頭融合的邊緣對(duì)齊聯(lián)合白動(dòng)標(biāo)定法和測(cè)距與圖像融合的基于線段外部參數(shù)標(biāo)定法等，如圖2-5所示。

圖2-5激光雷達(dá)在UBER無人車上的安裝位置五、實(shí)驗(yàn)步驟方法及往意事現(xiàn)：實(shí)驗(yàn)實(shí)施步驟：（1）拆卸1）切斷實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源。請(qǐng)勿帶電作業(yè)：2）將激光需達(dá)電漂及控制線束與其他功能部件新開；3）使用專用工具將激光雷達(dá)從實(shí)驗(yàn)臺(tái)取下（輕拿輕放），完成拆卸步驟，如圖26所示。圖2-6激光雷達(dá)拆卸圖

2）安裝1）確定微光雷達(dá)的安裝高度以及安裝仰角度（激光雷達(dá)安裝的俯仰角度為180°，橫搖角為0P（360）,側(cè)傾角為0（360）,安裝高度根據(jù)前方障礙物高度進(jìn)行調(diào)整，橫向安裝位置為車鍋正中央軸線上），如圖2-7所示，使用專用工具將激光雷達(dá)與實(shí)驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)安裝；側(cè)傾角橫擺角側(cè)傾角橫擺角俯仰角圖2-7各位姿調(diào)整裝置刻度示意圖2）將激光需達(dá)電源及控制線束與其他功能部件連接，如圖2-8所示

圖2-8激光雷達(dá)信號(hào)愉出控制線束3）接通實(shí)驗(yàn)臺(tái)電源，激光雷達(dá)安襲完畢。如圖2-9所示。圖2-9激光圖2-9激光雷達(dá)安裝完成圖（3）標(biāo)定激光雷達(dá)標(biāo)定的目的是求解激光雷達(dá)測(cè)量坐標(biāo)系相對(duì)于其他測(cè)量坐標(biāo)系的相對(duì)變換關(guān)系，以便獲取障礙物相對(duì)本車的距離、速度、角度等信息。以單線激光雷達(dá)為例，介紹激光雷達(dá)安裝在真實(shí)車輛中的標(biāo)

定理。選定車體坐標(biāo)X軸為激光雷達(dá)掃描角度為零時(shí)車體的指向，Z軸指向車體上方，XYZ軸構(gòu)成右手系，單線激光雷達(dá)所有的掃描點(diǎn)在同一個(gè)幾何平面S上，將掃描點(diǎn)P投影到坐標(biāo)面和坐標(biāo)軸，如圖2-10所示。圖所示。圖2-10單線激光雷達(dá)模型rYAon0fVosfeinco.ft：rYAon0fVosfeinco.ft：os從而得到掃描點(diǎn)P在車體坐標(biāo)系中的坐標(biāo)式中：p是掃描點(diǎn)到激光雷達(dá)的距離；8是掃描角度；aO是安裝俯角;ho是安裝高度。上面的公式可以重寫為：上述公式實(shí)現(xiàn)了由激光雷達(dá)數(shù)據(jù)點(diǎn)（0，6）到三維空間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，其中（ho，aO）為標(biāo)定參數(shù)。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)中，當(dāng)激光雷達(dá)的位姿調(diào)整裝置中的三個(gè)刻度盤均指示為0時(shí)，即標(biāo)定完成。在激光雷達(dá)安裝完畢后，標(biāo)定參數(shù)保持不變。（4）調(diào)試1）激光雷達(dá)工作時(shí)，每一組采樣數(shù)粥都是通過通訊接口輸出，如圖2-1l所示。輸出數(shù)據(jù)具有統(tǒng)一的報(bào)文格式，外部系統(tǒng)可以通過請(qǐng)求、停止等指令控制激光需達(dá)管出數(shù)據(jù)，或者對(duì)輸出數(shù)據(jù)的格式進(jìn)行配置。圖2-11激光需達(dá)通訊接口2）打開電腦上的實(shí)驗(yàn)臺(tái)實(shí)訓(xùn)操作界面，選擇“傳感器的安裝與標(biāo)定一激光雷達(dá)的安裝與標(biāo)定“菜單，點(diǎn)擊“開始實(shí)驗(yàn)”，此時(shí)，軟件界面中包括兩個(gè)活動(dòng)區(qū)域。分別是“激光雷達(dá)實(shí)時(shí)顯示界“和“激光雷達(dá)數(shù)據(jù)流是示界面”。點(diǎn)擊“啟動(dòng)雷達(dá)”后，雷達(dá)啟動(dòng)，此時(shí)，“激光雷達(dá)實(shí)時(shí)顯示界面“是示數(shù)據(jù)點(diǎn)云圖，“激光雷達(dá)數(shù)據(jù)流顯示界面“是示實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)流，如圖2-12所示。圖2-12激光雷達(dá)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集圖3）通過觀察激光雷達(dá)數(shù)據(jù)采集情況，明確安裝、通信、標(biāo)定等步驟是否準(zhǔn)確完成。確認(rèn)無誤后，可點(diǎn)擊“關(guān)閉雷達(dá)”，關(guān)閉激光雷達(dá)。也可點(diǎn)擊“保存數(shù)據(jù)”，對(duì)雷達(dá)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，便于后期的調(diào)用和分析。注意事項(xiàng)：1）實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用過程中和準(zhǔn)備上電之前，必須確保所有側(cè)板完好，必須確保沒有人員接觸路面、本車、前車等可動(dòng)部件，否則可能造成人員傷害。2）實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用過程中和準(zhǔn)備上電之前，必須確保道路路面上沒有異物否則可能造成設(shè)備損壞。3）非專業(yè)人員嚴(yán)禁打開電控柜，否則可能造成設(shè)備或人身傷害。4）實(shí)驗(yàn)臺(tái)必須由經(jīng)過培訓(xùn)的人員操作，否則可能造成設(shè)備故障。5） 實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用AC220V電源供電，直接接觸強(qiáng)電端子等帶電裸露部分可能造成人身傷亡。6） 實(shí)驗(yàn)臺(tái)使用時(shí)必須可靠接地，接地電阻小于4歐姆。而且定期檢查實(shí)驗(yàn)臺(tái)各部分的接地情況。7）操作前應(yīng)檢查所使用的工具是否完好、齊全。操作時(shí)工具必須擺放整齊，不得隨意亂放，操作后應(yīng)將工具清點(diǎn)檢查并擦干凈，按要求放入工具車或者工具箱內(nèi)。8）在使用實(shí)訓(xùn)臺(tái)架前應(yīng)對(duì)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行完整的檢查，確認(rèn)實(shí)訓(xùn)臺(tái)架完好無損壞、無故障。9）設(shè)備在運(yùn)行時(shí)禁止直接切斷電源，否則會(huì)損壞電器元件。10）實(shí)訓(xùn)室應(yīng)通風(fēng)良好，避免高溫多濕以及直接日曬，無易燃/腐蝕性氣體和液體，避免對(duì)臺(tái)架及面板造成損壞。11）在做教學(xué)實(shí)驗(yàn)和維護(hù)時(shí)應(yīng)遵循維修手冊(cè)的操作嚴(yán)格執(zhí)行，否則可能會(huì)對(duì)設(shè)備造成損壞。12）長(zhǎng)時(shí)間不使用本實(shí)訓(xùn)臺(tái)應(yīng)拔下電源插頭。13）操作使用時(shí)必須在專業(yè)老師的指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作。14）檢查各個(gè)線路連接處有無松脫，以及各線路有無破損，如有，應(yīng)用電工膠布包好，以防止漏電產(chǎn)生短路。15）在進(jìn)行實(shí)訓(xùn)操作時(shí)不要帶手表、戒指，也不要穿寬大的衣服，避免產(chǎn)生不必要的傷害。16）嚴(yán)禁在使用過程中抽煙或產(chǎn)生明火。17）做試驗(yàn)臺(tái)元器件拆裝實(shí)驗(yàn)時(shí)必須遵循正確的工具使用方法和拆裝零部件的先后順序。

項(xiàng)目二激光雷達(dá)的安裝與標(biāo)定調(diào)試工單學(xué)生姓名班級(jí)學(xué)號(hào)成績(jī)實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)日期所需器材儀器設(shè)備：工量具：材料：實(shí)驗(yàn)?zāi)康??掌靈激允雷達(dá)的拆陽(yáng)與安裝方法：2.了解激光雷達(dá)的標(biāo)定方法：3?學(xué)會(huì)對(duì)激光雷達(dá)的數(shù)漏及信號(hào)顯示結(jié)果進(jìn)行分析，從而判斷故障。實(shí)驗(yàn)步驟1?注意：安裝和橋卸微充雷達(dá)時(shí)應(yīng)切新，請(qǐng)匆.2?使用專用工具常激充雷達(dá)從實(shí)驗(yàn)臺(tái)取下前，一定要先將激光需達(dá)電源及與其他功能部脊斷開。3?使用專用工具將激光雷達(dá)與實(shí)檢臺(tái)選行結(jié)構(gòu)安裝前，要確定微充雷達(dá)