基于单前向4D成像雷达的几何配准与多普勒速度耦合雷达里程计方法

《IEEE Access》：Geometry–Doppler Alternating Optimization for Radar Odometry

　　摘要：本文提出了一种仅使用单前向4D成像雷达的雷达里程计方法。从这种最小配置中估计自运动具有挑战性，原因如下：雷达点云稀疏且噪声较大，几何配准在结构贫乏的环境（如隧道）中会发生退化，且单个雷达的瞬时多普勒无法完全观测六自由度（6-DoF）运动，因为线速度和角速度不可分离。为解决这些问题，我们提出了一种交替优化方法，将几何配准与多普勒速度耦合。由点到面迭代最近点（ICP）估计的旋转被提供给多普勒阶段，用于估计纵向速度，然后该速度被反馈至配准中。每个运动自由度被分配给观测最可靠的来源，其中旋转和垂直平移分配给几何配准，纵向平移分配给多普勒。针对地面车辆，该方法采用非完整约束作为既定前提，且无需跨模态融合权重。我们在MSC-RAD4R数据集的八个城市序列和NTU4DRadLM数据集的三个汽车序列上评估了该方法，与涵盖几何配准和多普勒融合的五个逐帧基线方法以及两个已发布的先进雷达里程计系统进行了比较。在逐帧方法中，本文方法在两个数据集的所有序列上均实现了最低的相对平移误差，并且在仅几何配准发散时的隧道路段保持稳定。与已发布的系统相比，该方法在共同完成的序列上获得了显著更低的平均误差。在完整6-DoF真值上的旋转评估证实，所提出的耦合方法保持了几何配准的旋转精度，消融和敏感性研究支持了设计选择。