calibration/雷达与RTK标定说明书.md

# 雷达与 RTK 标定说明书

本文说明如何用本仓库完成 **双天线 RTK ↔ 3D 激光雷达** 外参标定，得到可直接使用的 `T_RTK_lidar`。  
默认交付坐标系为 **车头向前**（`HeadingOffsetDeg = -90`）。更完整的指标与本次结果见根目录 [`README.md`](README.md)。

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## 1. 标定目标

```text
p_RTK = T_RTK_lidar · p_lidar
```

| 项目 | 说明 |
|---|---|
| 输出文件 | `final_T_RTK_lidar.json` |
| 坐标系 | **车头向前**：GGA 原点 + 车头 X（本车 `HeadingOffsetDeg=-90`） |
| 不用到的量 | 车体航向偏置、天线 XY 杆臂、IMU 融合姿态（双天线 pitch/roll 默认进入参考位姿） |
| 必须提供 | RTK 参考点（通常 ANT1）**相位中心**离地高度 |
| pair 配准 | **禁止**使用外参 seed |
| 求解初值 | 可用 `run/rtk_lidar_mechanical_initial.json`（仅 AX=XB） |

当前车（2026-08）示例参数：高度 **1.9165 m**，地面 ROI **`[-2.5, -1.5]`**，期望站数 **27**。

若下游需要车体外参：

```text
T_body_lidar = T_body_rtk · T_RTK_lidar
```

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## 2. 环境准备

- 系统：Windows + PowerShell  
- Python：3.11  
- `python -m pip install -r requirements.txt`（NumPy、SciPy、Open3D、small_gicp）

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## 3. 数据采集

### 3.1 每站独立目录

```text
raw_dataset/
├── stations/001|002|.../
└── captures/rtk.rscap , imu.rscap
```

### 3.2 G90 连续录制 + 站时间窗（本次 27 站）

用 `tools/export_g90_h32_windows_to_combined.py`（见 [`run/README.md`](run/README.md)），时间基多为 host UTC。

### 3.3 采集要求

| 要求 | 建议 |
|---|---|
| 站点数 | ≥ 30（更好 40～60）；本批 27 为最低可跑规模 |
| 相邻站转角 | 约 **15°～30°**，避免一长串同朝向 |
| 车辆状态 | **完全静止**后再记点云 |
| RTK | 固定解，航向有效；站内航向圆标准差 ≤ 0.5° |
| 必测量 | ANT1 相位中心离地高度 |

现场确认：GGA 对应哪根天线、`rawHeading` 方向、离地高度测法（改高度必须重跑求解）。

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## 4. 一键标定

### 4.1 站目录 → combined

```powershell
python tools\export_raw_to_combined.py `
  --stations-root "E:\calibration_data\stations" `
  --rtk-rscap "E:\calibration_data\captures\rtk.rscap" `
  --imu-rscap "E:\calibration_data\captures\imu.rscap" `
  --out "E:\calibration_output\exported" `
  --overwrite
```

### 4.2 导出 + 求解

```powershell
$Repo = (Resolve-Path ".").Path
$Raw  = "E:\calibration_data\stations_batch"
$Out  = "E:\calibration_output\rtk_lidar"

powershell.exe -NoProfile -ExecutionPolicy Bypass -File "$Repo\run\run_full_pipeline.ps1" `
  -DataRoot "$Raw\stations" `
  -RtkCapture "$Raw\captures\rtk.rscap" `
  -ImuCapture "$Raw\captures\imu.rscap" `
  -OutputRoot $Out `
  -RtkReferenceHeightAboveGroundM 1.9165 `
  -HeadingOffsetDeg -90 `
  -ExpectedStations 27 `
  -GroundZMin -2.5 `
  -GroundZMax -1.5
```

| 参数 | 含义 |
|---|---|
| `-RtkReferenceHeightAboveGroundM` | 相位中心离地高（m），**必填**；本车 1.9165 |
| `-HeadingOffsetDeg` | 默认 **-90** = 车头向前（本车主从装反） |
| `-GroundZMin/Max` | 约 2 m 雷达用 `[-2.5,-1.5]` |
| `-ExpectedStations` / `-MinStations` | 本批 27 / 20 |

### 4.3 已有 combined

```powershell
powershell.exe -NoProfile -ExecutionPolicy Bypass -File "$Repo\run\run_direct_rtk_lidar.ps1" `
  -CombinedRoot "D:\data\rtk_lidar_run\combined" `
  -WorkRoot "D:\data\rtk_lidar_run\prepared_vehicle_h19165" `
  -OutputRoot "D:\data\rtk_lidar_run\outputs_vehicle_h19165" `
  -RtkReferenceHeightAboveGroundM 1.9165 `
  -HeadingOffsetDeg -90 `
  -ExpectedStations 27 `
  -GroundZMin -2.5 `
  -GroundZMax -1.5
```

> 不得复用其他车辆或历史采集的天线离地高度、站点数量与外参结果。

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## 5. 输出说明

```text
$OutputRoot/
├── open3d_gicp/  small_gicp/  consensus/
├── common/ground_planes.csv
├── summary.json
└── final_T_RTK_lidar.json
```

看 `summary.json` 的共识对数、AX 残差、bootstrap、双后端差。内部一致性 ≠ ±3 cm 绝对真值。

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## 6. 可视化

```powershell
$Repo = "D:\First-dev-dept\calibration-rtk-run"
$Out  = "D:\data\rtk_lidar_run\outputs_vehicle_h19165"
$Work = "D:\data\rtk_lidar_run\prepared_vehicle_h19165"

powershell.exe -NoProfile -ExecutionPolicy Bypass -File "$Repo\run\view_result.ps1" `
  -Frames "$Work\frames_all" `
  -Pairs "$Out\consensus\B_consensus.npz" `
  -Extrinsic "$Out\final_T_RTK_lidar.json" `
  -PairIndex 0
```

重点看模式 **3 与 4**；用 `N`/`P` 多看**大转角**运动对。

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## 7. 注意事项

1. z 靠实测天线高度约束；改高度必须重跑求解。  
2. 不要改站点顺序；pair 索引依赖顺序。  
3. 只用 `points_raw`，禁止已变到车体的点。  
4. pair 阶段禁止外参 seed。  
5. IMU 只关联，不求解 IMU 外参。  
6. 尾部残差（P95/max）常被同朝向小转角站拉高，见根 README 第 7 节。

更细算法与本次数值结果见 [`README.md`](README.md)。