激光噪声

对于射线传感器，我们将高斯噪声添加到每个光束的范围内。您可以设置从中采样噪声值的高斯分布的平均值和标准偏差。对每个光束独立地采样噪声值。添加噪声后，将得到的范围钳位在传感器的最小和最大范围（包括该范围）之间。

mkdir -p ~/.gazebo/models/noisy_laser
gedit ~/.gazebo/models/noisy_laser/model.config

  • 模型配置

    <?xml version="1.0"?>
<model>
  <name>Noisy laser</name>
  <version>1.0</version>
  <sdf version='1.6'>model.sdf</sdf>

  <author>
   <name>My Name</name>
   <email>me@my.email</email>
  </author>

  <description>
    My noisy laser.
  </description>
</model>

  • 模型sdf描述

    gedit ~/.gazebo/models/noisy_laser/model.sdf
    <?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.6">
  <model name="hokuyo">
    <link name="link">
      <gravity>false</gravity>
      <inertial>
        <mass>0.1</mass>
      </inertial>
      <visual name="visual">
        <geometry>
          <mesh>
            <uri>model://hokuyo/meshes/hokuyo.dae</uri>
          </mesh>
        </geometry>
      </visual>
      <sensor name="laser" type="ray">
        <pose>0.01 0 0.03 0 -0 0</pose>
        <ray>
          <scan>
            <horizontal>
              <samples>640</samples>
              <resolution>1</resolution>
              <min_angle>-2.26889</min_angle>
              <max_angle>2.268899</max_angle>
            </horizontal>
          </scan>
          <range>
            <min>0.08</min>
            <max>10</max>
            <resolution>0.01</resolution>
          </range>
<!--##### 此处调整噪声，以米为单位，调整平均值和标准偏差值 #####-->
          <noise>
            <type>gaussian</type>
            <mean>0.0</mean>
            <stddev>0.01</stddev>
          </noise>
<!--#########################################-->
        </ray>
        <plugin name="laser" filename="libRayPlugin.so" />
        <always_on>1</always_on>
        <update_rate>30</update_rate>
        <visualize>true</visualize>
      </sensor>
    </link>
  </model>
</sdf>

查看话题/gazebo/default/hokuyo/link/laser/scan观察现象

Hokuyo雷达噪声参数如下：

<noise>
  <type>gaussian</type>
  <mean>0.0</mean>
  <stddev>0.01</stddev>
</noise>

相机噪声

对于相机传感器，我们对输出放大器噪声建模，该噪声会给每个像素独立增加一个高斯采样干扰。您可以设置从中采样噪声值的高斯分布的平均值和标准偏差。为每个像素独立采样一个噪声值，然后将该噪声值独立添加到该像素的每个颜色通道。在添加噪声之后，所得的颜色通道值将被钳位在0.0到1.0之间；否则，颜色通道值将被限制在0.0到1.0之间。该浮点颜色值将最终以无符号整数形式出现在图像中，通常在0到255之间（每个通道使用8位）。此噪声模型在GLSL着色器中实现，并且需要GPU运行。

  • 模型配置

    mkdir -p ~/.gazebo/models/noisy_camera
gedit ~/.gazebo/models/noisy_camera/model.config
    <?xml version="1.0"?>
<model>
  <name>Noisy camera</name>
  <version>1.0</version>
  <sdf version='1.6'>model.sdf</sdf>

  <author>
   <name>My Name</name>
   <email>me@my.email</email>
  </author>

  <description>
    My noisy camera.
  </description>
</model>

  • 模型sdf描述

    gedit ~/.gazebo/models/noisy_camera/model.sdf
    <?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.6">
  <model name="camera">
    <link name="link">
      <gravity>false</gravity>
      <pose>0.05 0.05 0.05 0 0 0</pose>
      <inertial>
        <mass>0.1</mass>
      </inertial>
      <visual name="visual">
        <geometry>
          <box>
            <size>0.1 0.1 0.1</size>
          </box>
        </geometry>
      </visual>
      <sensor name="camera" type="camera">
        <camera>
          <horizontal_fov>1.047</horizontal_fov>
          <image>
            <width>1024</width>
            <height>1024</height>
          </image>
          <clip>
            <near>0.1</near>
            <far>100</far>
          </clip>
    <!--####### 无单位值，杂波将添加到[0.0,1.0]范围内每个颜色通道 #######-->
          <noise>
            <type>gaussian</type>
            <mean>0.0</mean>
            <stddev>0.07</stddev>
          </noise>
    <!--####################-->
        </camera>
        <always_on>1</always_on>
        <update_rate>30</update_rate>
        <visualize>true</visualize>
      </sensor>
    </link>
  </model>
</sdf>

观察话题/gazebo/default/camera/link/camera/image

对于高质量的相机，以下值是合理的：

<noise>
  <type>gaussian</type>
  <mean>0.0</mean>
  <stddev>0.007</stddev>
</noise>

IMU噪声

对于IMU传感器，我们对角速度和线性加速度的两种干扰进行建模：噪声和偏置。分别考虑角速度和线性加速度，从而为该模型提供4组参数：速度噪声，速率偏差，加速度噪声和加速度偏差。IMU的方向数据不会受到任何干扰，IMU的方向数据会在世界范围内提取为理想值（将来会有所变化）。

噪声是可加的，是从高斯分布中采样的。您可以设置高斯分布的平均值和标准偏差（一个用于比率，一个用于加速度），并从中取样噪声值。对每个样本的每个分量（X，Y，Z）独立采样噪声值，并将其添加到该分量。

偏置也是可加的，但在仿真开始时会被采样一次。您可以设置高斯分布的平均值和标准偏差（一个用于比率，一个用于加速度），从中将采样偏差值。将根据提供的参数对偏差进行采样，然后以相等的概率取反；假设提供的均值表示偏差的大小，并且在两个方向上均可能存在偏差。此后，偏差是固定值，添加到每个样本的每个分量（X，Y，Z）。

注意：根据模拟的系统和物理引擎的配置，可能会发生模拟的IMU数据已经非常嘈杂的情况，因为系统并没有完全解决该问题。因此，根据您的应用，可能没有必要添加噪音。

  • 模型配置文件：

    mkdir -p ~/.gazebo/models/noisy_imu
gedit ~/.gazebo/models/noisy_imu/model.config
    <?xml version="1.0"?>
<model>
  <name>Noisy IMU</name>
  <version>1.0</version>
  <sdf version='1.6'>model.sdf</sdf>

  <author>
   <name>My Name</name>
   <email>me@my.email</email>
  </author>

  <description>
    My noisy IMU.
  </description>
</model>

  • 模型sdf描述：

    gedit ~/.gazebo/models/noisy_imu/model.sdf
    • 1
    <?xml version="1.0" ?>
<sdf version="1.6">
  <model name="imu">
    <link name="link">
      <inertial>
        <mass>0.1</mass>
      </inertial>
      <visual name="visual">
        <geometry>
          <box>
            <size>0.1 0.1 0.1</size>
          </box>
        </geometry>
      </visual>
      <collision name="collision">
        <geometry>
          <box>
            <size>0.1 0.1 0.1</size>
          </box>
        </geometry>
      </collision>
      <sensor name="imu" type="imu">
        <imu>
 <!--#####################################-->
          <angular_velocity>
            <x>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>2e-4</stddev>
                <bias_mean>0.0000075</bias_mean>
                <bias_stddev>0.0000008</bias_stddev>
              </noise>
            </x>
            <y>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>2e-4</stddev>
                <bias_mean>0.0000075</bias_mean>
                <bias_stddev>0.0000008</bias_stddev>
              </noise>
            </y>
            <z>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>2e-4</stddev>
                <bias_mean>0.0000075</bias_mean>
                <bias_stddev>0.0000008</bias_stddev>
              </noise>
            </z>
          </angular_velocity>
 <!--#####################################-->
          <linear_acceleration>
            <x>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>1.7e-2</stddev>
                <bias_mean>0.1</bias_mean>
                <bias_stddev>0.001</bias_stddev>
              </noise>
            </x>
            <y>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>1.7e-2</stddev>
                <bias_mean>0.1</bias_mean>
                <bias_stddev>0.001</bias_stddev>
              </noise>
            </y>
            <z>
              <noise type="gaussian">
                <mean>0.0</mean>
                <stddev>1.7e-2</stddev>
                <bias_mean>0.1</bias_mean>
                <bias_stddev>0.001</bias_stddev>
              </noise>
            </z>
          </linear_acceleration>
 <!--#####################################-->
        </imu>
        <always_on>1</always_on>
        <update_rate>1000</update_rate>
      </sensor>
    </link>
  </model>
</sdf>

要调整噪音，只需在中使用平均值和标准偏差值即可。速率噪声和速率偏差的单位为rad/s，加速度噪声和加速度偏差的单位为m/ s^2。

对于质量高IMU，以上数值都是合理的！

参考文献：