藍昭博++王洪源++陳慕羿++付垚++湯秋艷

摘要：將多個激光雷達依照一定的擺放順序，實現(xiàn)對平面物體的位置確定。通過三角定位原理，利用激光雷達對平面上的物體進行固定頻率掃描，獲得時間組數(shù)據(jù)，實現(xiàn)硬件設(shè)備與windows平臺的連通，通過frame_grabber與計算機進行數(shù)據(jù)交互。通過Matlab軟件對得到的實踐組坐標進行坐標轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)融合處理，以此得到物體在平面上的準確位置坐標。

關(guān)鍵詞：多目標；激光雷達；三角定位；坐標處理

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）30-0251-02

1 平面多目標定位系統(tǒng)設(shè)計

激光雷達測距是在平面底角擺放激光雷達傳感器，平面放置物體，傳感器以固定頻率旋轉(zhuǎn)發(fā)射激光打在物體上，接受反射回來的激光，可根據(jù)傳感器與平面角度和反射時間得到一組位置時間數(shù)據(jù)，通過算法和坐標轉(zhuǎn)換就可以確定該物體在平面的相對位置。對于多目標的定位，我們采取使用兩個激光傳感器，根據(jù)兩個傳感器分別打在物體上，從而依靠對同一物體的兩組數(shù)據(jù)進行融合，從而得到物體準確的位置信息，也避免物體間相互遮擋從而導(dǎo)致的物體定位不準確的問題。定位系統(tǒng)平面圖如圖1所示。

圖1 平面多目標定位系統(tǒng)平面圖

以對角線方式擺放的雙激光雷達傳感器實現(xiàn)了當物體間發(fā)生遮擋時，物體最少會被掃描一次，從而得到一組時間和位置數(shù)據(jù)。不會因為遮擋而導(dǎo)致物體無法被掃描的情況發(fā)生。

近距離平面多目標定位系統(tǒng)主要包括兩個部分，PC端、激光雷達傳感器。激光雷達設(shè)備主要負責對平面內(nèi)的一個或多個物體進行掃描，在同一時間得到同一物體的兩組位置數(shù)據(jù)，根據(jù)激光雷達的SDK與計算機進行數(shù)據(jù)連通。而計算機主要負責硬件設(shè)備的數(shù)據(jù)接收，以及對接受數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)融合、平滑處理等操作。

2 相關(guān)算法和原理

激光三角測距原理：激光的三角測距原理是就是讓一束激光經(jīng)過發(fā)射源照射到被測物體表面上，物體表面散射的光線通過接收器匯聚到高分辨率的光電檢測器上，形成一個散射光斑，該散射光斑的中心位置由傳感器與被測物體表面之間的距離決定，而光電檢測器件輸出的電信號與光斑中心位置有關(guān)。因此，通過對光電檢測器件輸出電信號進行運算處理，就可以獲得傳感器與被測物體表面距離的信息。如圖2所示，就是激光雷達三角測距原理圖。根據(jù)圖顯示，若假設(shè)發(fā)射源和接收器間的距離為Y，移動前發(fā)射源與被測物體的距離為X1，移動后發(fā)射源與被測物體距離為X2，根據(jù)公式1所示，就可以計算出被測物體的位置。

三角交匯定位原理：該方法利用傳感器測得被測目標與傳感器間的方位信息進行三角交匯，從而測得目標位置方法原理圖如圖3所示。

設(shè)被測目標T的坐標為（x，y），平面兩條邊作為直角坐標系的X軸和Y軸，傳感器1放在坐標為（x1，y1），傳感器2放置在坐標為（x2，y2）。傳感器1測得與目標物體的距離用r1表示，傳感器2測得與目標的距離用r2表示。如下公式（2）可得：

3 實驗結(jié)果

實驗結(jié)果如表1所示。

如表1顯示，數(shù)值和實際距離為10：1厘米。傳感器1和傳感器2下屬的“測算位置”表示單個傳感器測量的目標位置坐標。融合位置代表兩傳感器依靠三角交匯原理所測算出的位置坐標。三角交匯原理分為三種情況。第一種，由于圓心距離大于兩圓半徑和時，兩圓相離。即兩傳感器測出的距離和小于兩傳感器距離時，無法測算目標位置，也就是表明測算距離有誤，需重新測量，如表1位置1、位置3、位置6數(shù)據(jù)所示。第二種，當物體間發(fā)生遮擋，單個目標無法被兩個傳感器同時掃描到時，可依據(jù)單個傳感器定位原理進行坐標測算，如表1位置4、位置7數(shù)據(jù)所示。第三種，當傳感器測算距離無誤且不發(fā)生遮擋時，可以正確估算目標位置坐標，如表1位置2、位置5、位置8、位置9數(shù)據(jù)所示。

4 結(jié)束語

利用激光傳感器可以實現(xiàn)平面內(nèi)近距離目標位置信息的獲取，在軟件上進行數(shù)據(jù)分析和操作?？梢栽诙喾N途徑對位置信息進行應(yīng)用，比如游戲軟件的人物定位等。在實際生活中有廣泛的應(yīng)用。

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