31、自主移动地面机器人光电导航系统技术解析

自主移动地面机器人光电导航系统技术解析

1. 激光光斑形状缺陷问题

激光反射光斑的不规则形状是不确定性的重要来源之一。若对这种不规则光斑进行几何处理，会大幅增加计算成本。不过，可通过简单的物理分析来避免这一问题。理论上，将激光射线视为直线，对于扭曲的空间体（激光锥体），该直线代表其旋转轴。因此，在投影的激光光斑上，此轴的投影就是所得不规则图形的几何中心，与其实形状或不规则程度无关。

我们并非在真实光斑上寻找该中心，而是在其转换为成比例的电信号结果上寻找。这些方法在以往的研究中已有明确分析。

通过数学计算机模拟方法，对已知的估计受干扰散射的激光信号光斑能量中心的方法进行了分析，包括几何质心法、功率谱质心法、饱和积分法、前沿法和峰值提取法。分析表明，在有限时间条件下，这些方法在确定障碍物表面被照亮激光光斑能量中心的空间位置时，无法提供足够的精度。

为此，提出了一种新的饱和微分法，用于估计具有复杂包络形状的脉冲中心的时间位置，该方法满足设定条件，有助于通过确定激光光斑的能量中心来提高 TVS 的辨识度。同时，还确定了 TVS 的技术参数，如下表所示：
|参数|详情|
| ---- | ---- |
|坐标测量精度| - |
|速度|获取单点坐标需 0.2 ms|
|范围|20 m 范围，所需激光功率 1.26 W；100 m 范围，所需激光功率 31.5 W|

2. 机器人机载参考时钟验证

对于完美导航而言，不仅要知道障碍物的 3D 坐标，还需精确了解机器人沿计算轨迹移动的时间。时间读数的任何误差都会立即转化为在该轨迹上自我定位的误差，而时间读数的不确定性主要是由机载标准时间（机器人时