激光雷达 IMU 紧耦合 SLAM 算法研究
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TP391 TH39

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国家自然科学基金民航联合研究基金重点项目(U2333205)资助


Research on tightly coupled SLAM algorithm for LiDAR IMU
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    摘要:

    传统激光雷达在 SLAM 过程中存在位姿估计累积误差大的问题且算法轻量化及实时性方面仍有改进空间。 提出一种 激光雷达和 IMU 紧耦合方式的方法,从点云去畸变、特征提取配准、紧耦合位姿估计 3 方面进行改进,针对激光雷达在高速运 动过程中的点云畸变问题,提出一种构建连续时间域的运动矫正方法且考虑计算效率问题使用预拟合平面机制提取特征。 应 对特征匹配时 KNN 搜索代价大,提出一种追踪机制来降低计算复杂度。 增强状态估计精准性,提出基于非线性几何观测器优 化的框架。 本方案在公共数据集上做了评估,与 LIO-SAM 和 Fast-LIO 相比,在轨迹的 APE 上分别下降 30. 52% 和 21. 36% ,在计 算效率上分别提升了 59. 9% 和 43. 7% 。

    Abstract:

    Traditional LiDAR systems encounter significant challenges with pose estimation accumulation errors during SLAM and require improvements in algorithm efficiency and real-time performance. This paper introduces a tightly coupled LiDAR-IMU integration method with enhancements in three key areas: Point cloud undistortion, feature extraction and registration, and tightly coupled pose estimation. To mitigate point cloud distortion caused by high-speed motion, a continuous time-domain motion correction method is proposed, along with a pre-fitting plane mechanism for feature extraction to balance accuracy and computational efficiency. To address the high computational cost of KNN search during feature matching, a tracking mechanism is introduced to reduce complexity. For improving state estimation accuracy, the method employs a framework optimized using a nonlinear geometric observer. Evaluation on public datasets demonstrates that the proposed method reduces trajectory APE by 30. 52% and 21. 36% compared to LIO-SAM and Fast-LIO, respectively. Additionally, computational efficiency improves by 59. 9% and 43. 7% , making the method highly effective for real-time applications.

    参考文献
    相似文献
    引证文献
引用本文

诸葛晶昌,高 宏,罗其俊,邢志伟.激光雷达 IMU 紧耦合 SLAM 算法研究[J].仪器仪表学报,2024,45(11):243-251

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  • 在线发布日期: 2025-01-26
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