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坐标系#

概述#

常用的坐标系包括世界坐标系、车辆坐标系和传感器坐标系.

  • 世界坐标系是一个固定的坐标系,用于定义车辆所在环境中的物理空间.
  • 车辆坐标系是车辆自己的坐标系,它定义了车辆在世界坐标系中的位置和方向.
  • 传感器坐标系是传感器自己的坐标系,用于定义传感器在车辆坐标系中的位置和方向.

坐标在 Autoware 中如何使用？#

在 Autoware 中,坐标系通常用于表示车辆和障碍物在空间中的位置和移动.坐标系通常用于路径规划、感知和控制,可以帮助车辆决定如何避开障碍物并规划安全高效的行驶路径.

  1. 传感器数据的转换

在 Autoware 中,每个传感器都有一个唯一的坐标系,其数据以坐标表示.为了关联不同传感器之间的独立数据,我们需要找到每个传感器与车身之间的位置关系.一旦确定了传感器在车身上的安装位置,它在运行过程中将保持固定,因此可以使用离线校准方法来确定每个传感器相对于车身的精确位置.

  1. ROS TF2

TF2 系统维护一个坐标转换树,以表示不同坐标系之间的关系.每个坐标系都有一个唯一的名称,它们通过坐标变换连接起来.如何使用 TF2,请参考 TF2 教程.

TF 树#

在 Autoware 中,常见的坐标系结构如下所示：

graph TD
    /earth --> /map
    /map --> /base_link
    /base_link --> /imu
    /base_link --> /lidar
    /base_link --> /gnss
    /base_link --> /radar
    /base_link --> /camera_link
    /camera_link --> /camera_optical_link
  • 地球： 地球 坐标系描述了地球上任何点的位置,包括大地经度、纬度和海拔高度.在 Autoware 中, earth 框架仅用于 GnssInsPositionStamped 消息.
  • map： map 坐标系用于表示本地地图上点的位置.地理坐标系使用 UTM 或 MGRS 映射到平面直角坐标系.map 框架的轴指向东、北、向上方向,如 坐标轴约定 中所述.
  • base_link：车辆坐标系,坐标系的原点是车辆后桥的中心.
  • IMU、Lidar、GNSS、雷达：这些是传感器帧,通过安装关系传输到车辆坐标系.
  • camera_link： camera_link 是 ROS 标准相机坐标系.
  • camera_optical_link： camera_optical_link 是图像标准相机坐标系.

通常,我们在 base_link 帧上没有物理定位传感器.因此,各种传感器都根据自己的帧进行定位,我们称之为 sensor 帧.

我们引入了一个新的框架命名约定：x_by_y：

x: estimated frame name
y: localization method/source

我们不能直接获取 sensor 帧.因为我们首先需要 EKF 模块来估计 base_link 框架.

在没有 EKF 模块的情况下,我们能做的最好的事情就是使用这个传感器估计 Map[map] --> sensor_by_sensor --> base_link_by_sensor .

GNSS/INS 传感器示例#

对于集成的 GNSS/INS,我们使用以下帧：

flowchart LR
    earth --> Map[map] --> gnss_ins_by_gnss_ins --> base_link_by_gnss_ins

gnss_ins_by_gnss_ins 帧是通过 GNSS/INS 传感器的坐标获得的.坐标使用 gnss_poser 节点转换为 map 帧.

最后, gnss_ins_by_gnss_ins 帧表示 gnss_ins 传感器在 地图 中估计的 gnss_ins 的位置.

然后通过使用 gnss_ins 和 base_link 帧之间的静态变换,我们可以得到 base_link_by_gnss_ins 帧.这表示 gnss_ins 传感器估计的 base_link .

引用：

坐标轴约定#

默认情况下,我们在整个堆栈中使用 East, North, Up (ENU) 坐标轴约定.

X+: East
Y+: North
Z+: Up

位置、方向、速度、加速度都在同一轴约定中定义.

GNSS/INS 传感器的位置应位于 地球 坐标系中.

GNSS/INS 传感器的方向、速度、加速度应位于传感器框架中.轴平行于 map 框架.

如果提供了 roll、pitch、yaw,则它们分别对应于绕 X、Y、Z 轴的旋转.

Rotation around:
  X+: roll
  Y+: pitch
  Z+: yaw

引用：

如何创建#

  1. 传感器的校准

每个传感器坐标系与 base_link 之间的转换关系都可以通过传感器校准技术获得. 请参阅以下链接 校准传感器 获取说明 关于如何校准传感器.

  1. 定位(Localization)

base_link 坐标系和 地图 坐标系之间的关系由车辆的位置和方向决定,可以从车辆定位结果中获得.

  1. 地图数据的地理参考

地理配准信息可以得到 earth 坐标系到局部 map 坐标系的变换关系.