【技术实现步骤摘要】
本申请涉及雷达点云测距，尤其涉及一种矿井车辆的雷达点云处理装置、方法、设备及介质。
技术介绍
1、随着智慧矿山的发展，矿井车辆的智能化研究成为当前重要的研究方向。目前，矿井车辆多数配备了激光雷达，用于测量周围环境并生成点云数据。这些数据可以用来识别物体、测量距离，以及生成环境的3d映射。然而，处理这些数据需要大量的计算能力，特别是在实时应用中，这是一个重大的挑战。
2、由于雷达数据的特殊性，例如噪声、分辨率和准确性，对数据的预处理也是必不可少的。传统的处理方法通常在cpu（central processing unit，中央处理器）或gpu（graphics processing unit，图形处理器）上进行，这些设备可以执行复杂的算法，但并不总是能满足实时性的要求。尤其是在涉及大量数据和复杂运算的应用中，如实时点云数据处理和3d地图生成，cpu和gpu的处理能力可能会成为瓶颈，导致矿井车辆在运用激光雷达定位及测距时往往难以取得良好的效果。
技术实现思路
1、本申请提供了一种矿井车辆的雷达点云处理装置、方法、设备及介质，用以解决现有的雷达点云处理方法易受cpu和gpu算力能力影响，导致激光定位测距效果不够理想的技术问题。
2、本申请提供了一种矿井车辆的雷达点云处理装置、方法、设备及介质，是一种基于fpga的高效能雷达原始数据处理机制，实现高精度雷达原始数据转化为雷达坐标系中的坐标点，并根据不同雷达出厂参数不同进行差值补偿，并可为配准提供实时的坐标旋转平移接口
3、首先，本申请提供了一种矿井车辆的雷达点云处理装置，安装于矿井车辆上，所述装置包括fpga芯片、第一以太网接口芯片、第二以太网接口芯片以及供电模块，所述fpga芯片的输入端及输出端分别连接所述第一以太网接口芯片的输出端及第二以太网接口芯片的输入端，所述第一以太网接口芯片的输入端连接雷达，所述第二以太网接口芯片的输出端连接终端设备。
4、在本申请的一种实现方式中，所述fpga芯片的型号为xc7k160t，所述第一以太网接口芯片以及所述第二以太网接口芯片的型号rtl8211。
5、其次，本申请还提供了一种矿井车辆的雷达点云处理方法，应用前述的雷达点云处理装置，所述方法包括以下步骤：步骤s1：接收雷达测得的原始雷达数据；步骤s2：预处理所述原始雷达数据，得到有效雷达数据；步骤s3：将所述有效雷达数据转换为雷达坐标点，并生成雷达点云数据；步骤s4：建立定点数运算框架，将所述雷达点云数据进行旋转，获得旋转坐标矩阵；步骤s5：基于所述旋转坐标矩阵，生成雷达点云数据处理结果，发送至执行机构用于所述矿井车辆的定位及测距。
6、在本申请的一种实现方式中，步骤s2，具体为：步骤s21：获取雷达激光回波直线距离数据及雷达发射角度数据；步骤s22：对所述雷达激光回波直线距离数据及所述雷达发射角度数据进行误差弥补，生成有效雷达数据。
7、在本申请的一种实现方式中，基于如下公式，进行误差弥补，
8、。
9、。
10、。
11、其中，r为雷达回波距离，ω为不同激光线束的发射角度，α代表水平偏移角度，λ为不同线束上的起始点水平角度误差，μ表示不同线束上的水平角修正，γx， γz分别表示水平、垂直方向雷达的安装误差。
12、在本申请的一种实现方式中，所述步骤s4中，定点数运算框架，公式如下。
13、。
14、其中， w，i，j，k为系统实时输入的旋转参数四元数； tx，ty，tz为偏移量；xi，yi，zi分别为x轴，y轴，z轴的输入坐标；xo，yo，zo分别为x轴，y轴，z轴的输出坐标。
15、在本申请的一种实现方式中，所述步骤s5，具体包括：步骤s51：将乘法运算设计为组合电路，与加法电路运算后的结果输出，暂存至寄存器中；步骤s52：将运算过程控制在预设时间阈值以及预设频率阈值之内；步骤s53：运用并行电路，拆分所述旋转坐标矩阵的运算算子，继而通过偏移相加计算获得所述终端设备所需的数据。
16、在本申请的一种实现方式中，所述步骤s51之前，所述方法还包括：搭建高效的矩阵乘法电路，将所述有效雷达数据与所述旋转坐标矩阵相乘。
17、再其次，本申请还提供了一种矿井车辆的雷达点云处理设备，所述设备包括：至少一个处理器；以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够完成前述的雷达点云处理方法。
18、最后，本申请还提供了一种矿井车辆的雷达点云处理装置的非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行前述的雷达点云处理方法。
19、本申请提供的一种矿井车辆的雷达点云处理装置、方法、设备及介质，接收终端可以直接实时显示雷达点云图像，并通过指令输入进行坐标旋转及3d位置偏移，服务井下高效感知。本方案可以实现高精度雷达原始数据转化为雷达坐标系中的坐标点，并根据不同雷达出厂参数不同进行差值补偿，并可为配准提供实时的坐标旋转平移接口，总体处理时间在百纳秒内。极大的为后期激光雷达算法降低计算负担，并提高实时性。
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1.一种矿井车辆的雷达点云处理装置，安装于矿井车辆上，其特征在于，所述装置包括FPGA芯片、第一以太网接口芯片、第二以太网接口芯片以及供电模块，所述FPGA芯片的输入端及输出端分别连接所述第一以太网接口芯片的输出端及第二以太网接口芯片的输入端，所述第一以太网接口芯片的输入端连接雷达，所述第二以太网接口芯片的输出端连接终端设备。
2.根据权利要求1所述的矿井车辆的雷达点云处理装置，其特征在于，所述FPGA芯片的型号为XC7K160T，所述第一以太网接口芯片以及所述第二以太网接口芯片的型号RTL8211。
3.一种矿井车辆的雷达点云处理方法，应用权利要求1或2任意一项所述的矿井车辆的雷达点云处理装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的矿井车辆的雷达点云处理方法，其特征在于，所述步骤S2，具体为：
5.根据权利要求4所述的矿井车辆的雷达点云处理方法，其特征在于，基于如下公式，进行误差弥补，
6.根据权利要求3所述的矿井车辆的雷达点云处理方法，其特征在于，所述步骤S4中，定点数运算框架，公式如下，>
7.根据权利要求3所述的矿井车辆的雷达点云处理方法，其特征在于，所述步骤S5，具体包括：
8.根据权利要求7所述的矿井车辆的雷达点云处理方法，其特征在于，所述步骤S51之前，所述方法还包括：
9.一种矿井车辆的雷达点云处理设备，其特征在于，所述设备包括：
10.一种矿井车辆的雷达点云处理的非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令用于执行权利要求3-8任意一项所述的雷达点云处理方法。
...【技术特征摘要】
1.一种矿井车辆的雷达点云处理装置，安装于矿井车辆上，其特征在于，所述装置包括fpga芯片、第一以太网接口芯片、第二以太网接口芯片以及供电模块，所述fpga芯片的输入端及输出端分别连接所述第一以太网接口芯片的输出端及第二以太网接口芯片的输入端，所述第一以太网接口芯片的输入端连接雷达，所述第二以太网接口芯片的输出端连接终端设备。
2.根据权利要求1所述的矿井车辆的雷达点云处理装置，其特征在于，所述fpga芯片的型号为xc7k160t，所述第一以太网接口芯片以及所述第二以太网接口芯片的型号rtl8211。
3.一种矿井车辆的雷达点云处理方法，应用权利要求1或2任意一项所述的矿井车辆的雷达点云处理装置，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
4.根据权利要求3所述的矿井车辆的雷达点云处理方法，其特...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘跃泽，陈雪梅，董宪元，杨宏伟，田奕宏，姚诚达，高丛政，
申请(专利权)人：北京理工大学前沿技术研究院，
类型：发明
国别省市：
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