基于激光雷达的无人驾驶汽车自主寻迹研究

发布时间：2020-11-09 10:06

　　 城市拥堵和交通事故已经成为当今社会急需解决的重大问题,随着传感器和计算机技术的快速发展,无人驾驶汽车被认为是解决问题的方案之一。自主寻迹功能是无人驾驶汽车安全行驶的保障,其主要依靠GPS技术对车辆进行定位与导航,但GPS信号在传输过程中容易被高大物体遮挡干扰,很难一直保持高精度的差分定位状态。为了解决GPS定位不准时的车辆寻迹控制问题,本文提出了一种基于激光雷达的自主寻迹方法。本文的思路是利用激光雷达采集的环境点云识别结构化道路的边界,然后控制无人驾驶汽车的转向系统和行驶系统,使其与边界保持一定的距离向前寻迹行驶。主要研究内容如下:(1)研究激光雷达(HDL-64E)的性能参数,通过分析激光点云在径向方向和圆周方向上的距离分辨率确定识别道路边界的有效数据范围,并对UDP数据包结构进行分析,推导出由测量距离和角度计算激光点的三维坐标的计算公式。(2)提出一种基于图像处理的道路边界识别方法,首先对激光雷达的原始数据进行孤立噪点滤除和数组插值处理,再利用多特征滤波将路面点滤除,保留道路边界激光点云;然后通过舍弃高度信息将三维点云转换成二维图像,并利用激光点像素拉伸和闭操作处理来解决边界像素间断问题,再使用逐行扫描算法来确定边界的具体位置;最后利用道路的固有属性进行干扰因素排除。(3)从上位机决策和下位机控制两个方面对车辆的寻迹控制进行研究,上位机通过偏移右边界至车辆位置处来生成目标路径,并由目标路径和车辆的相对位置关系计算车辆的目标前轮转角和目标车速;下位机采用改进的PID算法控制转向助力电机,对刹车控制采用模糊分档控制策略,并制定了详细的油门刹车切换规则。(4)针对国内无人驾驶汽车比赛中常见的四种典型场景,进行了道路边界识别测试,并选取一段500米的小曲率道路进行基于激光雷达的车辆自主寻迹实验,通过结果分析验证了本文方法的可行性。
【学位单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：U463.6
【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
    1.2 国内外无人驾驶汽车发展现状
        1.2.1 国外无人驾驶汽车发展现状
        1.2.2 国内无人驾驶汽车发展现状
    1.3 无人驾驶汽车自主寻迹相关技术
        1.3.1 差分GPS定位导航
        1.3.2 三维高精度地图
        1.3.3 车道保持
        1.3.4 惯性导航
        1.3.5 跟踪控制
    1.4 课题来源及内容安排
第二章 激光雷达与数据解析
    2.1 激光雷达介绍
    2.2 激光雷达参数分析
        2.2.1 径向距离分辨率
        2.2.2 圆周距离分辨率
        2.2.3 雷达盲区与数据选取
    2.3 激光雷达的数据解析
        2.3.1 UDP数据包结构
        2.3.2 数据解析及保存
    2.4 本章小结
第三章 基于激光雷达的道路边界识别
    3.1 道路边界识别思路
    3.2 基于多特征滤波的路面点滤除
        3.2.1 数据预处理
        3.2.2 路面点和路沿点的数据特征
        3.2.3 基于多特征的路面点滤除
    3.3 基于图像处理的道路边界识别
        3.3.1 点云数据的二维图像转换
        3.3.2 道路边界的连续性处理
        3.3.3 基于逐行扫描算法的道路边界识别
        3.3.4 基于道路固有属性的干扰排除
    3.4 本章小结
第四章 无人驾驶汽车的路径跟踪控制
    4.1 基于道路边界的目标路径生成
    4.2 上位机决策计算
        4.2.1 基于预瞄模型的目标前轮转角计算
        4.2.2 基于道路弯曲程度的目标车速计算
    4.3 下位机执行控制
        4.3.1 执行器改造方案
        4.3.2 转向助力电机控制
        4.3.3 速度控制
    4.4 本章小结
第五章 实验验证与结果分析
    5.1 无人驾驶汽车平台
        5.1.1 硬件组成
        5.1.2 无人驾驶系统框架
    5.2 实验及结果分析
        5.2.1 道路边界识别实验
        5.2.2 车辆自主寻迹实验
    5.3 本章小结
总结与展望
参考文献
攻读学位期间取得的科研成果
致谢

【参考文献】

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本文编号：2876259