本发明涉及人工智能技术领域，尤其涉及一种基于slam(simultaneouslocalizationandmapping)技术的多雷达防串扰系统及方法。
背景技术：
lidar(lightdetectionandranging)，是激光探测及测距系统的简称，激光雷达是采用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器。激光雷达的工作方式决定了两个以上的激光雷达一起工作时会出现严重的信号串扰，如图1所示为两个雷达在20m距离下对射的串扰效果。
技术实现要素：
激光雷达一起工作时会出现信号串扰是由如下几种情况造成：1、多机之间的发射的光源信号（红外光/激光等）被当作返回信号；2、引入多机抗干扰算法（仅限固定距离点的抗干扰优化）导致雷达帧率下降；3、多光程、杂散光、多层障碍物、物体反射折射散射等造成多机覆盖区域重合时会发生串扰现象，多雷达串扰的测试表现为采集的dcs0-dcs3数据异常，amp\rawdist等值发生很大的差异（可区分于其他类型噪点）。
目前，雷达的防串扰方法一般为分时、跳频等方法，这些方法都只是一定程度上降低了噪声，并不能解决串扰带来的问题和加入这些算法的同时带来的失效模式（去噪过重导致测距失效或有效点过少导致数据丢失等）。
本发明实施例的目的在于提出一种基于slam(simultaneouslocalizationandmapping)技术的多雷达防串扰系统，通过串扰噪声检测单元、slam实时定位单元和路径规划单元的设置，有效而快速的解决了多雷达操作环境过程中的串扰现象。
本发明实施例还提供了一种基于slam技术的多雷达防串扰方法，slam实时定位和路径规划相结合，从应用场景和与激光雷达相匹配的移动装置的运载任务入手，在保持测试频率、准确率及移动设备利用率的基础上，从线路的规划上避开了多激光雷达串扰的可能，在不引入额外运算程序和辅助设备的基础上，提高了多雷达运行机制的高效、准确、快速。
为达上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：
一种基于slam技术的多雷达防串扰系统，包括串扰噪声检测单元、slam实时定位单元和路径规划单元，所述噪声检测单元通过将激光雷达的实时接收信号与设定阈值匹配，以检测有无串扰发生；所述slam实时定位单元在已有的全局地图基础上对应每个激光雷达进行实时定位；所述路径规划单元根据串扰噪声检测单元和slam实时定位单元的实时信息反馈按照每个激光雷达的任务权重对将要或已经发生串扰的激光雷达进行局部或全局的路径规划。
作为本技术方案的优选方案之一，所述路径规划单元包括底盘控制模块和路径计算模块，所述底盘控制模块包括实时更新的与激光雷达相对应的移动设备的任务等级及任务来回路径信息，当所述串扰噪声检测单元检测到串扰，所述路径计算模块根据底盘控制模块提供的对应串扰激光雷达的移动装置的实时信息，按照任务优先级进行局部路径重新规划。
作为本技术方案的优选方案之一，所述路径计算模块还包括串扰预判子模块，所述串扰预判子模块根据每一个激光雷达在设定路径的实时定位、发射角和接收角信息进行局部或全局串扰和/或碰撞预判，所述路径计算模块根据串扰预判子模块的串扰和/或碰撞预判，调整路径规划以避免激光雷达串扰。
作为本技术方案的优选方案之一，所述噪声检测单元的检测频率与激光雷达测量频率相同，且噪声检测单元检测介于相邻的两次噪声检测之间，噪声检测单元检测到串扰则发送信号至路径规划单元。
作为本技术方案的优选方案之一，所述激光雷达为tof面阵激光雷达，则在激光雷达完成一次测量的周期中测得的dsc0、dsc1、dsc2和dsc3这四个设定相位的光电信号和噪声检测单元中的标准值模型进行匹配，以对应输出串扰发生信号。
一种基于slam技术的多雷达防串扰方法，采用slam实时定位的和串扰噪声检测相结合实时检测多雷达串扰，并按照多激光雷达任务的优选等级实时调整路径规划，避免多雷达串扰。
作为本技术方案的优选方案之一，包括如下步骤：
步骤1、安装有激光雷达的移动设备在执行任务时通过噪声检测单元实时检测串扰；
步骤2、当噪声检测单元检测到串扰发生时，发送信号至路径规划单元，所述路径规划单元的底盘信息模块向路径计算模块提供串扰激光雷达所在的移动设备的底盘控制信息；
步骤3、所述路径计算模块根据底盘控制信息和slam实时定位单元的局部定位信息重新规划路径。
作为本技术方案的优选方案之一，步骤3中包括如下步骤：
步骤3.1、首先判断具有串扰激光雷达的移动设备是否有运载任务，如有运载任务则查看任务等级，指令优先级最高的移动设备原地等待直到串扰信号消失，或者，在优先级最高的激光雷达的原设定路径没有障碍的情况下，按照原定的规划路径运行至目标点；指令优先级低的移动设备关闭或停止光源发射直至高优先级作业的移动设备离开串扰区域；
步骤3.2、具有串扰激光雷达的移动设备无运载任务或者运载任务级别低于其他具有串扰激光雷达的移动设备时，由路径计算模块重新规划路径的运行时长tn和移动设备移出串扰区域时长tn；
步骤3.3、当重新规划路径的运行时长tn大于等于移动设备移出串扰区域时长tn时，关闭激光雷达直至其成为串扰区域最高优先级的移动设备后，打开最新晋级为串扰区域最高优先级的激光雷达，执行步骤3.1；当原定的规划路径不可执行时，路径计算模块重新规划路径。
步骤3.4、当重新规划路径所需时长tn小于移动设备移出串扰区域时长tn时，路径计算模块重新规划路径。
作为本技术方案的优选方案之一，步骤3.2中，路径计算模块根据串扰激光雷达优先级别的高低依次计算重新规划路径的运行时长tn和移动设备移出串扰区域时长tn。
作为本技术方案的优选方案之一，步骤3.3中，通过串扰预判子模块根据每一个激光雷达在设定路径的实时定位、发射角和接收角信息进行局部或全局串扰和/或碰撞预判，所述路径计算模块根据串扰预判断子模块的串扰和/或碰撞预判，调整路径规划以避免激光雷达串扰。
实施例有益效果：通过串扰噪声检测单元、slam实时定位单元和路径规划单元的设置，有效而快速的解决了多雷达操作环境过程中的串扰现象，slam实时定位和路径规划相结合的解决方式，从应用场景和与激光雷达相匹配的移动装置的运载任务入手，在保持测试频率、准确率及移动设备利用率的基础上，从线路的规划上避开了多激光雷达串扰的可能，在不引入额外运算程序和辅助设备的基础上，提高了多雷达运行机制的高效、准确、快速。
附图说明
图1是现有技术的两个雷达在20m距离下对射的串扰效果图。
图2是本发明实施例1提供的基于slam技术的多雷达防串扰系统的结构示意图。
图3是本发明实施例1提供的基于slam技术的多雷达防串扰方法的流程示意图。
图中：1、串扰噪声检测单元；2、slam实时定位单元；3、路径规划单元；31、底盘控制模块；32、路径计算模块；321、串扰预判子模块。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明实施例的技术方案。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
本发明实施例提供了一种基于slam技术的多雷达防串扰系统，如图1所示，包括串扰噪声检测单元、slam实时定位单元和路径规划单元，所述噪声检测单元通过将激光雷达的实时接收信号与设定阈值匹配，以检测有无串扰发生；所述slam实时定位单元在已有的全局地图基础上对应每个激光雷达进行实时定位；所述路径规划单元根据串扰噪声检测单元和slam实时定位单元的实时信息反馈按照每个激光雷达的任务权重对已经发生串扰的激光雷达进行局部或全局的路径规划。
通过串扰噪声检测单元、slam实时定位单元和路径规划单元的设置，有效而快速的解决了多雷达操作环境过程中的串扰现象，slam实时定位和路径规划相结合的方式，从应用场景和与激光雷达相匹配的移动装置的运载任务入手，在保持测试频率、准确率及移动设备利用率的基础上，从线路的规划上避开了多激光雷达串扰的可能，在不引入额外运算程序和辅助设备的基础上，提高了多雷达运行机制的高效、准确、快速。
多雷达串扰的测试表现为采集的dcs0-dcs3数据异常，amp\rawdist等值发生很大的差异（可区分于其他类型噪点），通过对多雷达串扰建立数模并引入比对模式，用于快速判断激光雷达有无串扰。
slam技术包括即时定位与地图构建，slam分为前端和后端，前端相当于vo（视觉里程计），通过研究帧与帧之间变换关系，提取每帧图像特征点，利用相邻帧图像，进行特征点匹配，完成装载有距离传感器的移动装置的实时定位。所述slam的实时定位单元可以加载原始的全局地图，并根据每个具有激光雷达的移动设备的行进完成局部和/或全局地图的实时更新；或者也可以直接加载最新的全局地图，并在每个具有激光雷达的移动设备的行进过程中完成局部和/或全局地图的实时更新。
在slam实时定位单元对激光雷达进行实时局部或全局定位时，利用ransac去除大噪声，然后进行匹配，得到一个pose信息（位置和姿态），同时可以利用imu（inertialmeasurementunit惯性测量单元）提供的姿态信息进行滤波融合；后端则主要是对前端出结果进行优化，利用滤波理论（ekf、ukf、pf）、或者优化理论toro、g2o进行树或者图的优化。最终得到最优的激光雷达实时定位信息。
运动规划（motionplanning）就是在给定的位置a与位置b之间为机器人找到一条符合约束条件的路径。这个约束可以是无碰撞、路径最短、机械功最小等。运动规划由路径规划和轨迹规划组成，连接起点位置和终点位置的序列点或曲线称之为路径，构成路径的策略称之为路径规划。用以解决拓扑为点线网络的路径规划问题。
所述路径规划单元包括底盘控制模块和路径计算模块，所述底盘控制模块包括实时更新的与激光雷达相对应的移动设备的任务等级、任务来回路径信息、各个路径的运行时间、运行速率、串扰发生区域等。当所述串扰噪声检测单元检测到串扰，所述路径计算模块根据底盘控制模块提供的对应串扰激光雷达的移动装置的任务等级、任务来回路径信息、各个路径的运行时间、运行速率、串扰发生区域等实时信息，按照激光雷达所在移动装置的任务优先级进行局部或全局路径重新规划。
在对多雷达串扰进行进行路径规划时，可以将优先级作为唯一考虑因素，优先级较高的移动装置相对于优先级较低的移动装置具有保持沿原规划路径行驶的优选权，所述优先级较低的移动装置相对于优先级较高的移动装置具有避让并快速消除串扰的义务。路径规划快捷高效，对路径规划计算模块的技术处理能力要求偏低。
具体实施时，首先判断出串扰区域内的所有移动装置的任务等级，具有运载任务的移动装置优先于无运载任务的移动装置，有运载任务的移动装置因为运载任务的重要性不同而分为不同优先级别。所述优先级别的排序可以根据运载任务紧急程度依次进行排序，优选的，所述优先级别的排序优选为一个移动装置一个排序，便于路径计算模块快速做出路径规划。
根据串扰区域内的所有具有串扰激光雷达的移动装置的任务等级的高低排序顺序，指令优先级最高的移动设备原地等待且激光雷达保持开机状态，直到串扰信号消失后，按照原定的规划路径运行至目标点；指令优先级低的移动设备关闭或停止雷达发射直至最高优先级作业的移动设备离开串扰区域。
或者，根据串扰区域内的所有具有串扰激光雷达的移动装置的任务等级的高低排序顺序，在优先级最高的激光雷达的原设定路径没有障碍的情况下，按照原设定路线驶出串扰区域；指令优先级低的移动设备关闭或停止雷达发射直至最高优先级作业的移动设备离开串扰区域。
从串扰区域内的仅次于优先级最高的移动设备到优先级最低的移动装置，由路径计算模块比较重新规划路径所需运行时长tn和移动设备移出串扰区域时长tn，当重新规划路径所需运行时长tn大于等于移动设备移出串扰区域时长tn时，关闭激光雷达直至其成为串扰区域最高优先级的移动设备后，打开激光雷达直到串扰信号消失后，按照原定的规划路径运行至目标点；当原定的规划路径不可执行时，也就是当原定的规划路径被临时出现的物体堵住通道，或者当原定的规划路径被串扰区域内的处于关闭或停止光源发射的低优先级别的激光雷达阻挡路径，路径计算模块重新规划路径。
当重新规划路径所需时长tn小于移动设备移出串扰区域时长tn时，由路径计算模块重新规划路径。
或者，也可以综合考虑以串扰区域内的所有具有串扰激光雷达的移动装置的任务优选等级、退出串扰区域按照新的路径规划运行所需时间、关闭串扰激光雷达停机等待并沿原路径规划运行所需时间分别设置权重，以计算出一个总代价最低的局部或全局路径规划。相比前述技术方案，路径规划更为科学更为合理，但是其对于路径规划模块的计算能力要求较高，且路径规划的计算时间延长，同时对于上述各个因素的权重系数精准性要求较高。
为了提高噪声检测的及时性和准确性，所述噪声检测单元的检测频率与激光雷达测量频率相同，且噪声检测单元检测介于相邻的两次噪声检测之间，噪声检测单元检测到串扰则发送信号至路径规划单元的路径计算模块，由路径计算模块调取与发生串扰相对应的移动装置。所述激光雷达为满足slam实时定位单元的参数要求的激光雷达，所述激光雷达可以是三角测量法激光雷达、tof激光雷达、mems激光雷达或机械式激光雷达。优选的，所述激光雷达为采用tof面阵激光雷达，所述面阵为240*320像素。进一步的，所述tof面阵激光雷达具有点云成像的功能。
优选的，所述激光雷达为tof面阵激光雷达，则在激光雷达的单次测距时测得的dsc0、dsc1、dsc2和dsc3这4个光电信号和噪声检测单元中的标准值模型进行匹配，以对应输出串扰发生信号。
本发明实施例还提供了一种基于slam技术的多雷达防串扰方法，如图3所示，采用slam实时定位的和串扰噪声检测相结合实时检测多雷达串扰，并按照多激光雷达任务的优选等级实时调整路径规划，避免多雷达串扰。串扰噪声检测、slam实时定位和路径规划相结合的技术方案，以后台控制为基础，从路径规划层面快速解决多激光雷达串扰问题，更为高效、准确、快速。
作为优选方案，基于slam技术的多雷达防串扰方法，包括如下步骤：
步骤1、安装有激光雷达的移动设备在执行任务时通过噪声检测单元实时检测串扰；所述噪声检测单元包括根据雷达具体参数对应设置的串扰数模和比对模块，当激光雷达采集的dcs0-dcs3数据异常，通过对比模块分析出amp\rawdist等值发生的差异（可区分于其他类型噪点）是否大于串扰数模设定阈值。其中，apm表示被障碍物反射回来的、并由激光雷达接收到的探测光的光强值；rawdist表示激光雷达由dcs0-dcs3数据直接计算出来的原始距离值。
步骤2、当噪声检测单元检测到串扰发生时，也就是说通过对比模块分析出amp\rawdist等值发生的差异（可区分于其他类型噪点）大于串扰数模设定阈值，则噪声检测单元发送信号至路径规划单元，所述路径规划单元的底盘信息模块向路径计算模块提供串扰激光雷达所在的移动设备的底盘控制信息；
步骤3、所述路径计算模块根据底盘控制信息和slam实时定位单元的局部定位信息重新规划路径。路径规划单元可以根据每个移动装置的优先级别、退出串扰区域按照新的路径规划运行所需时间、关闭串扰激光雷达停机等待并沿原路径规划运行所需时间以及重新规划路径所需时间等多种因素的权重进行路径规划以达到代价最小的目的。
优选的，为了兼顾任务处理效率和快速可靠运算，根据串扰区域内的所有移动装置的任务等级的高低排序顺序，指令优先级最高的移动设备原地等待且激光雷达保持开机状态，直到串扰信号消失后，按照原定的规划路径运行至目标点；或者在优先级最高的激光雷达的原设定路径没有障碍的情况下，按照原设定路线减速或保持原速度驶出串扰区域，运行至目标点。具体的，步骤3中包括如下步骤：
步骤3.1、首先判断具有串扰激光雷达的移动设备是否有运载任务，如有运载任务则查看任务等级，指令优先级最高的移动设备原地等待直到串扰信号消失后，按照原定的规划路径运行至目标点；或者在优先级最高的激光雷达的原设定路径没有障碍的情况下，按照原设定路线驶出串扰区域。当原定的规划路径不可执行时，路径计算模块重新规划路径。
步骤3.2、具有串扰激光雷达的移动设备无运载任务或者运载任务级别低于其他具有串扰激光雷达的移动设备时，路径计算模块根据串扰激光雷达优先级别的高低依次计算重新规划路径的运行时长tn和移动设备移出串扰区域时长tn。
由路径计算模块根据重新规划路径的运行时长tn和移动设备移出串扰区域时长tn，当重新规划路径的运行时长tn大于等于移动设备移出串扰区域时长tn时，关闭激光雷达直至其成为串扰区域最高优先级的移动设备后，打开激光雷达直到串扰信号消失后，按照原定的规划路径运行至目标点；此处重新规划路径的运行时长为串扰激光雷达按照新的规划路径运行至目的地所需时间。当重新规划路径所需时长tn小于移动设备移出串扰区域时长tn时，路径计算模块重新规划路径。
以串扰区域共有3台激光雷达产生串扰为例，前述三台激光雷达分别按照其优先级别命名为d1、d2和d3，按任务优先性排序d1＜d2＜d3，则优先级最高的移动设备d3原地等待且激光雷达保持开机状态；直到移动装置d1和移动装置d2上的串扰激光雷达所产生的串扰信号消失后，按照原定的规划路径运行至目标点。
由路径计算模块比较移动设备d2重新规划路径所需运行时长t2和移动设备移出串扰区域时长t2，重新规划路径所需运行时长t2大于等于移动设备移出串扰区域时长t2，关闭移动设备d2上的激光雷达；直至其成为串扰区域最高优先级的移动设备后，打开激光雷达，直到串扰信号消失后，按照原定的规划路径运行至目标点。
由路径计算模块比较移动设备d1重新规划路径所需运行时长t1和移动设备移出串扰区域时长t1，重新规划路径所需时长t1小于移动设备移出串扰区域时长t1时，由路径计算模块重新规划路径，移动设备d1按照重新规划路径运行直至到达目标点。
实施例2
与实施例1不同的是，所述路径规划单元根据串扰噪声检测单元和slam实时定位单元的实时信息反馈按照每个激光雷达的任务权重对将要发生串扰的激光雷达进行局部或全局的路径规划。所述路径计算模块还包括串扰预判子模块，所述串扰预判子模块根据每一个激光雷达在设定路径的实时定位、发射角和接收角信息进行局部或全局串扰和/或碰撞预判，所述路径计算模块根据串扰预判子模块的串扰和/或碰撞预判调整路径规划以避免激光雷达串扰。
作为优选方案之一的，路径计算模块按照优先级别的高低重新规划路径时，通过串扰预判子模块根据每一个激光雷达在设定路径的实时定位、发射角和接收角信息进行局部或全局的串扰和/或碰撞预判调整路径规划以避免激光雷达串扰。
通过串扰预判断子模块的设置，在全局的路径规划和局部的路径规划中较大概率的减小了出现激光雷达对射或者多个激光雷达串扰的可能。
综上所述，通过串扰噪声检测单元、slam实时定位单元和路径规划单元的设置，有效而快速的解决了多雷达操作环境过程中的串扰现象，slam实时定位的方式和路径规划相结合的解决方式，从应用场景和与激光雷达相匹配的移动装置的运载任务入手，在保持测试频率、准确率及移动设备利用率的基础上，从线路的规划上避开了多激光雷达串扰的可能，在不引入额外运算程序和辅助设备的基础上，提高了多雷达运行机制的高效、准确、快速。
以上结合具体实施例描述了本发明的技术原理。这些描述只是为了解释本发明的原理，而不能以任何方式解释为对本发明保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明的保护范围之内。