【进阶教程】51Sim-One Cloud 2.0传感器仿真-激光雷达仿真

本文档可以帮助用户了解激光雷达仿真的基本原理和如何设置激光雷达的参数。

 

激光雷达仿真原理

 

激光雷达仿真的思路是参照真实激光雷达的扫描方式，模拟每一条真实雷达射线的发射，与场景中所有物体求交。

以某64线、水平分辨率为0.4°、最大探测距离为120米的雷达为例，该雷达每一帧会发射出57600条射线(64 * 360 / 0.4)与场景中所有物体求交，如果求得的交点位于最大探测距离内，则为有效点，对于10HZ的雷达来说，每秒需要发射576000条射线。针对微电子机械系统激光雷达（MEMS），技术方案原理上与上述方法一致。主要差异是，水平方向扫描不再是360°，而是可以指定扫描的水平角度范围。

在模拟射线与场景求交时，一般需要为场景资源都添加足够精细的，甚至与原始模型完全一致的物理模型，以保证求交结果的准确性。

鉴于每秒需要扫描的雷达射线次数过多（50w+），且求交算法计算复杂度高，一般仿真时会利用CPU并行或GPU并行计算的方式来提高扫描效率，以达到实时仿真的效果。

激光雷达反射强度跟不同物理材质对激光雷达所使用的近红外光线反射率有关。反射强度受到障碍物距离、激光反射角度以及障碍物本身的物理材质影响。

仿真时需要给场景资源设置合适的物理材质，包括各种道路，人行道，车道线，交通牌，交通灯，汽车，行人等。每一种物理材质的激光反射率都不相同。可以使用仪器提前测得每一种物理材质的激光反射率，并记录下来。可以参照某些真实激光雷达的做法，将最终反射强度归一化到0~255。

 

激光雷达参数设置

 

 

如下图所示设置激光雷达的基本参数

 

1.安装位置和角度，包括X, Y, Z, Roll, Pitch, Yaw.

2.工作频率，一般为10HZ

3.最大探测距离，比如120m

4.线数和水平分辨率。当修改线数或水平分辨率后，扫描总点数会相应增加。

5.垂直视场角设置，默认为-25°~ 15°

6.水平视场角一般为360°。针对固态激光雷达，可以设置水平视场角范围

 

激光雷达的仿真结果点云一般位于激光雷达本地坐标系下。转换到世界坐标系的方式为，先根据激光雷达安装位置和角度转换到主车坐标系，然后再根据主车仿真GPS信息转换到世界坐标系。

激光雷达的仿真结果，包括带反射强度的点云和障碍物真值信息(位置、朝向、包围盒大小、速度和类型等等), 一般会通过局域网传输给自动驾驶系统。图3-2为51Sim-One仿真软件中的激光雷达仿真结果示例（在某基于ROS的车载系统中使用RViz实时查看）。

 

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