sync_gps_lidar_imu_cam

简介

lidar-imu-cam-GPS时间戳硬件同步方案: 此方案使用GPS设备输出的PPS信号与GPRMC数据实现多传感器的时间同步, 其中PPS信号用于矫正不同设备时钟的计时偏差, GPRMC数据用于给定统一时间戳;

1.GPS接收器: "华测610"设备, 原始GPS信号接收频率为5Hz, 经内部算法与IMU设备融合可输出最高100Hz的定位数据;
　　　　　　*其中输出数据使用RS232协议, 包括A口、C口两个主要输出端口;
　　　　　　*A口输出PPS信号(引脚8)和GPRMC数据(引脚2); C口输出组合导航数据GPCHC.

2.lidar: Velodyne 16线, 使用官网驱动, 理论上适配velodyne的其他多线雷达.
　　　*驱动中仅使用lidar返回的"分-秒及以下数据", 对于"时"及以上信息由ROS时间给定, 因此需要保证电脑时间联网同步为UTC时间.

3.IMU: Xsens Mti-300, 为Mti-100系列产品, 理论上适用10/100系列产品.
　　　*驱动程序略作修改, 使用串口接收GPRMC数据, 对IMU时间戳进行绝对时间赋值, 修改文件为main.cpp.
　　　*硬件上同时将PPS接到SyncIn和ClockBias上. 参考: https://github.com/ZhuangYanDLUT/hard_sync_dut.git.

4.相机: 使用两个单目pointgrey的灰度相机组成双目相机, 使用IMU输出信号作为触发进行数据采集.
　　　*其中驱动部分略作修改, 使用IMU触发时间作为相机图像的采集时间, 修改文件为pointgrey_camera_driver/src/stereo_nodelet.cpp.
　　　*为实现固定频率采集, 需要固定快门速度, 1-3ms时图像亮度适中, 4ms及以上则图像中心开始产生亮斑.
　　　*硬件上, 触发线与IMU的SyncOut相连.

• 注: 以上时间统一为带时区的UTC时间(北京时间), 其中GPS-C口数据为GPS周秒时间, 目前与UTC时间相差18s整;

硬件连接方案

参考资料

1. GPS同步IMU: https://github.com/ZhuangYanDLUT/hard_sync_dut.git.
2. IMU触发相机: (驱动修改)https://github.com/TurtleZhong/Visual-Inertial-Synchronization-Hardware/blob/670409690b592d364e6c179a74981bfcdd920ced/pointgrey_camera_driver/pointgrey_camera_driver/src/nodelet.cpp
3. 串口程序: 调用ROS的serial实现.

TODO List:

• 优化GPS数据读取程序(目前满足要求)
• 无GPS设备时, 使用MCU模拟产生伪信号(替代方案可以使用多余的IMU, 如XSENS mti和dji-A3等可知道触发信号时间的)
• 添加统一启动的launch文件及相应数据录制命令(done)
• 固定USB端口的串口号(imu数据串口端口号已固定, imu接收NMEA的串口与GPS的串口未固定)
• GPS接收设备时钟的时间跳变问题: GPS与IMU时钟跳变最明显(问题出自mti-300的驱动中clockBias线设置有误, 未添加外部时钟源的频率/周期<倒数第二个参数, unit: ms>)

  psysettings[2] = XsSyncSetting(XSL_ClockIn, XSF_ClockBiasEstimation, XSP_RisingEdge, 0, 0, 0, 0, 1000, 0);  //XSL_ExtTimepulseIn
  * 判断依据为当配置正确时, 接收到的触发时间中低于‘秒’的部分被固定
  * 当之前错误设置(设置的0), 将每两分钟跳变5ms(正向跳变, 即mti的时间戳突然增加5ms) 
  

修改记录

• 相机驱动中接收IMU触发信号时间的buffer修改为1, 处于严谨考虑, 每次取出触发信号时间队列最新元素后将队列清空---主要原因在于ROS的非实时性;

* camera_time_sub_ = nh.subscribe("/imu/trigger_time", 1, &pointgrey_camera_driver::PointGreyCameraNodelet::cameraTimeCallback, this);
* while(!camera_time_.empty()) camera_time_.pop();

• XSENS Mti-300驱动参数修改, 详见TODO List.