环境感知是无人驾驶的关键技术，针对相机缺乏深度信息无法定位检测目标以及目标跟踪精度较差的问题，提出一种基于相机与激光雷达融合的目标定位与跟踪算法。该算法通过图像检测框内的激光雷达点云簇在像素平面的面积比例大小获得检测目标的定位信息，然后根据检测目标的轮廓点云在像素坐标系下的横向移动速度和纵向移动速度融合图像检测框中心坐标提高目标跟踪精度。实验结果表明：所提目标定位算法正确率为88.5417%，且平均每帧处理时间仅为0.03 s，满足实时性要求；图像检测框中心横坐标的平均误差为4.49 pixel，纵坐标的平均误差为1.80 pixel，平均区域重叠率为87.42%。

在工程应用中使用三维激光雷达的基础是对激光雷达的外参数进行标定，而对激光雷达外参标定通常都需要其他传感器的数据进行联合标定，且标定方法复杂，过程耗时较长。对此，提出一种简便的自动标定算法。首先利用RANSAC算法拟出多个平面，并通过相邻点法向量的夹角进行平面的二次筛选得到其平面方程，再根据平面方程得到平面间的交点坐标，使用反对称矩阵构建旋转矩阵，进一步利用交点坐标在雷达坐标系与世界坐标系下的不同求得近似转换关系，最后利用最小二乘思想对近似矩阵进行优化，得到较为准确的旋转位移矩阵。所提算法可以在特征点、角点点云缺失的情况下，通过平面方程拟合出较为精确的角点。仿真结果表明，该算法是可行的。

3D激光雷达是水面无人艇（USV）的关键感知模块，水域杂波的干扰会降低模块的目标检测能效，影响自主导航避障功能。提出一种基于3D激光雷达的水面目标DBSCAN-VoxelNet联合检测算法。该算法采用具有噪声的密度聚类方法（DBSCAN）滤除水面杂波干扰；基于VoxelNet深度神经网络将水面稀疏点云数据划分为体素形式，并将结果输入哈希表进行高效查询；经特征学习层提取特征张量，并将张量输入卷积层获取全局目标信息，实现高精度目标检测。实验结果表明，所提联合检测算法对水域杂波有较好的抑制性能，平均精度均值（mAP）为82.4%，有效提高了对水面目标的检测精度。

针对从三维激光雷达点云中准确实时地分割地面的问题，提出一种基于扫描线段特征的地面分割算法。算法首先对三维点云进行去噪和位姿修正，接着依据相邻点间的欧氏距离和绝对高度差分割扫描线，然后对扫描线段的相邻线段间距、倾斜度、绝对高度差等特征进行分析，采用最大似然估计法求解特征阈值函数，提高了阈值的自适应性；最后综合考虑起伏、倾斜等复杂地形，通过制定横、纵向分类策略将扫描线标记为平坦地面线段、坡面线段和障碍物线段。本算法已成功应用在地面无人平台上，使用情况和对比试验表明，在城市和野外场景中，本算法都能够稳定高效地分割地面。

针对车载三维激光雷达在工作前需要对安装外参数进行标定的问题, 综合考虑激光雷达的扫描光束不可见、多线式扫描等特点, 提出了一种激光雷达外参数的标定方法。首先对普通纸箱进行扫描, 以纸箱两个侧面和地面间的相互垂直关系作为约束, 采用随机抽样一致性算法(RANSAC)在获取的点云数据中拟合出三个平面的初始模型, 并通过旋转、平移步骤优化平面模型的拟合精度, 从最优模型中提取同名向量和同名点; 然后基于空间向量的三维坐标系转换模型, 对激光雷达的旋转和平移参数进行求解, 只需采集一次数据即可完成所有外参数的标定; 最后结合仿真和在标定后对室外环境三维重建的结果, 验证了算法的有效性。

三维激光雷达外参数标定是智能车通过激光雷达感知环境的基础, 针对常见标定方法实施繁琐、精度低, 以及依赖其他传感器的问题, 提出了一种分步自动标定算法。第1步对地面点云进行拟合得到地面方程, 构造水平度函数, 通过粒子群优化(PSO)算法优化水平度函数完成对激光雷达俯仰角、横滚角和纵向位移的标定; 第2步标定以第1步标定的完成为基础, 在车辆沿直线行驶过程中采集多帧含有同一标定杆的激光点云, 通过聚类得到标定杆聚类中心, 然后在二维平面内对多帧同一标定杆的聚类中心进行直线拟合, 根据直线斜率计算航向角。结果表明, 所提算法的精度可达10-5数量级, 耗时0.5 s, 极大地提高了标定精度和效率, 能满足实际工程的使用需求。上述两步自动标定算法由程序自动完成, 并且不依赖于其他传感器即可得到高精度的标定结果。

激光三维成像雷达是空间着陆导航中的一个最重要的传感器。开展激光雷达关键技术研究, 具有重要的科学价值和应用价值, 在国内具有一定的开创性。快速二维扫描系统设计是其中的一项关键技术。采用模拟、数字结合的方法, 设计了扫描系统的驱动、控制电路; 基于虚拟仪器, 采用NI的高速数据采集卡, 设计了电机的测试和标定系统, 测试得到了系统的非线性度和动态特性。结果表明, 此扫描系统可以很好地满足激光三维成像雷达的需求。

针对三维激光雷达在国内有巨大的应用市场,而国外商业三维激光雷达十分昂贵的现状,开发了一种360°连续扫描的便携式三维激光雷达系统。采用一个二维激光扫描仪与高精度转台连接,通过步进电机控制形成三维激光扫描。在分析系统误差来源的基础上,提出了系统误差校正方法,给出了三维坐标精确计算公式。实验结果表明,系统测量精度高,数据质量好。系统作用距离80 m,测距精度可达6 mm,测量速度每秒7256点,可满足室内室外大规模场景三维数据快速获取的需求,而成本仅是国外同类商业三维激光雷达价格的四分之一左右,且重量轻体积小,携带方便。