INS 和 LiDAR 校准 - 用数据解决问题！

何时 激光雷达 在对数据进行地理参照以生成点云时，每个帧都必须与精确的导航数据配对。激光雷达设备与导航仪之间的相对位移和方向 导航仪 必须知道。如果不能精确测量这些角度，就很难达到最佳性能。这一过程充满挑战。不过，现在有一种快速高效的数据驱动方法，可用于确认激光雷达相对于 INS 的位置和方向，达到获得最佳数据所需的精度水平。在此，我们将探讨如何利用数据解决 INS 和 LiDAR 校准难题....。

激光雷达通常具有高精度能力，每帧的测距精度可达几厘米。要在地理参照点云中获得这种精度则要困难得多。它需要非常精确的导航数据。我们可以通过一个小角度的近似值，并将测距乘以角度误差，得到被观测物体的位置误差，从而快速了解需要多高的精度。在 50 米处，如果单轴方向误差仅为 0.1°，则误差约为 9 厘米（0.09 = 50 x 0.1° x 2π/360）。

由此可见，由于测距会使误差成倍增加，因此它对方位误差非常敏感。因此，INS 和 LiDAR 校准必须尽可能精确。

INS 设备输出的导航数据的航向误差通常为 0.1°。

导航数据显然是在点云中获取精确数据的限制因素。但还有一个更复杂的问题。在结合激光雷达和导航数据时，设备之间的关系是必要的。测量人员在计算点云中某一点的位置时会使用以下公式：

导航设备在世界上的位置和方向 + 激光雷达设备与导航设备的关系 + 点相对于激光雷达设备的位置.

设备之间的关系包括旋转。这将带来额外的方向不确定性，其精度必须与航向和俯仰/滚动精度处于同一水平，否则将成为点云精度的新瓶颈。

这适用于所有使用单独导航设备并从远处观察物体的测量设备，而不仅仅是激光雷达。

能否以同样的精度测量这个角度对点云的最终精度至关重要。

这里的图片是一个硬件示例图，显示了 INS 与 LiDAR 传感器的相对位置。该图取自我们的激光雷达地理参照软件 OXTS Georeferencer。

要将激光雷达相对于 INS 的旋转角度测量到 0.1°，并非易事。设计和制作 CAD 打印的安装布置既昂贵又耗时，而且提供的解决方案不够灵活。校准激光雷达相对于 INS 的旋转的最有效方法是使用数据驱动方法，使用地理参照数据和算法来计算旋转，从而获得最佳点云。

OXTS 开发了一种方法，可以单独（或作为较长时间勘测的一部分）对一些校准目标进行短期勘测，并在后处理中对旋转进行校准，以达到地理参照数据所能提供的精确度。

这种方法很简单：设置两个平面方形反射目标。然后，装有激光雷达的车辆会在 3-10 分钟内对目标进行勘测，直到可以对目标进行适当的地理坐标定位。目标可以是简单的木板，上面贴有反光胶带。