# 20260808 HI13 + H32：LiDAR–IMU 标定现状与问题

> 数据：`D:\data\calibration_usable_20260808`  
> 可用会话：`sessions_v1_host_aligned`（三优先窗）  
> 当前结果目录：各窗 `out_fixed_dt0/`  
> 清单：`sessions_v1_host_aligned/calibration_manifest_fixed_dt0.json`  
> 车辆配置：`config/vehicle_hi13_h32_20260808.yaml`  
> 约定外参：`p_IMU = T_IMU_lidar · p_lidar`

---

## 1. 一句话结论

**旋转 + 主机桥接时间对齐可以冻结；平移（full_se3）尚不可正式交付。**  
三窗 `rotation_only`（δt=0）结果跨窗一致，**不必因平移先验 Z 修正而重跑旋转**。

---

## 2. 当前可用结果（`out_fixed_dt0`）

约定：`p_IMU = T_IMU_lidar · p_lidar`；本轮交付 **仅旋转**，`t = [0,0,0]`，`time_offset_s = 0`。

| 窗 | 状态 | δt | roll/pitch/yaw (°) | 手眼 RMS (°) | 手眼对数 | vs CAD prior |
|----|------|----|---------------------|--------------|----------|--------------|
| `priority_174005_174515` | `rotation_only_accepted` | 0 | −0.398 / +0.108 / **89.998** | 0.625 | 1374 | 0.413° |
| `priority_174905_175450` | 同上 | 0 | −0.316 / −0.352 / **90.002** | 0.293 | 1182 | 0.473° |
| `priority_175910_180530` | 同上 | 0 | −0.373 / −0.036 / **90.005** | 0.786 | 789 | 0.375° |

- 跨窗旋转互差约 **0.15°–0.47°**（相对三窗均值 ≤0.26°）。
- CAD/安装平移先验只用于后续 SE3 / 校验，不写入本轮交付 `T`。
- 原始摘要：各窗 `out_fixed_dt0/summary.json`；总表 `calibration_manifest_fixed_dt0.json`。

### 2.1 窗1 `priority_174005_174515` — `R_IMU_lidar`

- 路径：`...\priority_174005_174515\out_fixed_dt0\summary.json`
- rpy_deg_xyz：`[-0.39806616272552936, 0.10842366761721789, 89.99788311264182]`
- quaternion_xyzw：`[-0.0031254048203223084, -0.0017872288323561246, 0.7070914597978358, 0.707112936622415]`

```text
R =
[[ 3.6946588133e-05, -0.9999758655693408, -0.0069474393698490 ],
 [ 0.9999982088237712,  2.3798651350e-05,  0.0018925598731371 ],
 [-0.0018923488575947, -0.0069474968493909,  0.9999740753156198 ]]
t = [0, 0, 0]
```

### 2.2 窗2 `priority_174905_175450` — `R_IMU_lidar`

- 路径：`...\priority_174905_175450\out_fixed_dt0\summary.json`
- rpy_deg_xyz：`[-0.31554362742542746, -0.35231680831805484, 90.00193338170823]`
- quaternion_xyzw：`[0.00022698471903919405, -0.004121119694188399, 0.7071067019847445, 0.7070948146172911]`

```text
R =
[[-3.3743238552e-05, -0.9999848355714863, -0.0055070399001942 ],
 [ 0.9999810938467022,  1.2097239027e-07, -0.0061491421465438 ],
 [ 0.0061490495645171, -0.0055071432752239,  0.9999659297008071 ]]
t = [0, 0, 0]
```

### 2.3 窗3 `priority_175910_180530` — `R_IMU_lidar`

- 路径：`...\priority_175910_180530\out_fixed_dt0\summary.json`
- rpy_deg_xyz：`[-0.37335575043737196, -0.03585856981709423, 90.00538974486676]`
- quaternion_xyzw：`[-0.002082462199099642, -0.002525219418619018, 0.7071355299053291, 0.7070704554452735]`

```text
R =
[[-9.4068775206e-05, -0.9999787650354249, -0.0065161821101807 ],
 [ 0.9999997997313592, -8.9988606603e-05, -0.0006264497522950 ],
 [ 0.0006258500675082, -0.0065162397345547,  0.9999785732361544 ]]
t = [0, 0, 0]
```

### 相对历史失败轮次

| 轮次 | 问题 | 结果 |
|------|------|------|
| `sessions_v1_aligned` | 首帧强行对齐设备钟 | 三窗手眼失败，RMS ~9°–12° |
| 自由估 δt + signed refine | 窗3 δt 漂到 −0.48 s；窗2 yaw≈19° | 跨窗 yaw 矛盾（81°/19°/93°） |
| **本轮 fixed δt=0** | 主机桥接后冻结时间 | 三窗 yaw≈90°，可互证 |

---

## 3. 已澄清并写入配置的坐标系 / 先验

### 3.1 车体与传感器

- 车体：X 前 / Y 左 / Z 上；雷达与 IMU 安装在 **X 正方向**（后轮轴前方）。
- CAD 图纸可能画成 +X 朝后，那只是读图坐标系，**不是**车体真实轴。
- IMU：HI13 RFU（X 右 / Y 前 / Z 上），原始数据不做轴向重映射。
- 雷达 NPZ：假定与车体一致（X 前 / Y 左 / Z 上）。

### 3.2 安装量（`translation_m`）

| 传感器 | X / Y（后轮轴中心） | Z（离地） |
|--------|---------------------|-----------|
| IMU | 2.574 / 0.0365 m | 0.8925 + 0.294 = **1.1865 m** |
| 雷达 | 2.522 / 0.00002 m | 相位中心实测 **1.9165 m** |

- 后轮轴中心离地：**294 mm**（Z 用离地高时加在 CAD 轴心高上）。
- 雷达相位中心以实测 1.9165 m 为准（不再用「CAD dZ + 63.5 mm」作为最终离地高）。

### 3.3 导出外参先验

- `R_IMU_lidar` ≈ yaw 90°：`[[0,-1,0],[1,0,0],[0,0,1]]`（软约束 σ=15°）。
- `t_IMU_lidar` ≈ **`[0.0365, -0.0518, 0.730]` m**（相对 Z = 1.9165 − 1.1865）。
- **旋转先验未因 Z 修正改变**；仅平移先验 Z 从旧值 0.8085 改为 0.730。

---

## 4. 现存问题清单

### P1. IMU 预积分平移 `Δp` 不可用（阻塞正式平移）

- 现象：可视化模式 4 若用完整 `X⁻¹ A X`，橙/蓝点云常呈**上下错层**（Z 差米级～几十米）。
- 根因：加速度预积分缺少可靠重力/零偏处理，`t_A` 尤其 Z 发散；**不是旋转外参错了**。
- 旁证：相对 GICP 的旋转残差中位约 0.16°；`|t_A|` 中位却常 >1 m。
- 影响：`full_se3` / 依赖 IMU 位移的平移估计不可信。
- 缓解（已做）：`visualize_pair_3d.py` 对 `rotation_only` 默认模式 4 = **R 共轭 + GICP 的 t_B**（`--mode4-translation gicp|imu|auto`）。

### P2. 平面运动导致竖直平移弱可观

- 三优先窗以水平转弯为主，缺少缓坡/俯仰激励。
- 流水线门控已给出 `translation_accepted=false`。
- 即使打开平移先验（σ≈5 cm），弱激励下结果易变成**先验回显**，不宜当标定成功。

### P3. 时间偏移若再自由估计会被带偏（已规避，需保持）

- 主机 UTC 桥接（MSOP/IMU `HostReceiveUtc`）后，两路已在同一时间轴，残差通常几十毫秒量级。
- 若再做有符号 δt 精修，会与错误/未收敛的 R 耦合，窗3 曾从约 −0.12 s 走到 **−0.48 s**。
- **现行做法**：桥接会话使用 `--fixed-time-offset-s 0 --no-signed-time-refine`。

### P4. 单窗低残差 ≠ 外参正确（历史教训）

- 自由 δt 轮次中，窗2 手眼 RMS 最低（~0.3°）但 yaw≈19°，与 CAD/其他窗差 60°+。
- 平面运动下 yaw 外参可出现多个能拟合 `R_A R_X ≈ R_X R_B` 的解。
- **必须**做跨窗一致性 + 可视化叠点，不能只看单窗 RMS。

### P5. 旋转软先验尚未做无先验对照

- 当前 σ=15°；笔记显示 Tsai 初值本身已接近（约 0.3°–1.1° RMS），不像纯先验硬拽。
- 仍缺一次：关闭先验或放大 `sigma_deg` 的对照，以排除「只是被拉到 90°」的疑虑。

### P6. 文档与操作约定未完全同步（工程）

- README 需明确写清：host-bridge 后固定 δt=0、禁用 signed refine、rotation_only 可视化用法。
- 交付物目前缺一版「冻结的联合/中位 R + 使用说明」JSON/报告（旋转可交，平移明确不交）。

---

## 5. 不该做 / 可以做

| 动作 | 建议 |
|------|------|
| 因 Z 先验修正重跑三窗 rotation_only | **不必**（R 未依赖新 t） |
| 正式交付 6-DOF / 信赖当前 `Δp` 估 t | **不要** |
| 试验性 `full_se3`（固定 R、δt=0、新 t 先验） | 可做，结果标「实验」 |
| 可视化验收模式 3 vs 4（gicp 平移） | **建议做** |
| 无先验 / 大 σ 旋转对照 | **建议做** |
| 冻结交付 `R` + `δt=0` 说明 | **建议做** |
| 补采缓坡或加强垂直尺寸约束后再估 t | 正式平移前需要 |

---

## 6. 建议下一步顺序

1. **验收旋转**：三窗抽转弯运动对，模式 3/4 叠点；可选无先验对照。  
2. **定稿旋转**：三窗中位或联合手眼 → 交付 `R_IMU_lidar` +「δt=0（主机桥接）」说明；**明确不交 t**。  
3. **工程收尾**：README 主机桥接配方；需要时再整理联合标定脚本入口。  
4. **平移（靠后）**：改善 IMU 位移模型或改用更可靠的位移观测 + 竖直激励后，再用新 `t` 先验跑 SE3。

---

## 7. 常用路径与命令

```text
数据根：
  D:\data\calibration_usable_20260808\sessions_v1_host_aligned\

结果：
  ...\priority_XXXX\out_fixed_dt0\summary.json
  ...\priority_XXXX\out_fixed_dt0\motion_pairs.json
  ...\calibration_manifest_fixed_dt0.json
```

```powershell
# 可视化（rotation_only 默认模式4用 GICP 平移）
python tools\visualize_pair_3d.py `
  --lidar D:\data\calibration_usable_20260808\sessions_v1_host_aligned\priority_174005_174515\lidar `
  --summary D:\data\calibration_usable_20260808\sessions_v1_host_aligned\priority_174005_174515\out_fixed_dt0\summary.json `
  --pair-index 0

# 若要看「坏 Δp」导致的错层效果：
#   --mode4-translation imu
```

---

## 8. 问题优先级（跟踪用）

| ID | 严重度 | 状态 | 标题 |
|----|--------|------|------|
| P1 | 高 | 未解决 | IMU `Δp` 不可用，阻塞正式平移 |
| P2 | 高 | 未解决 | 平面运动，竖直 t 弱可观 |
| P3 | 高 | 已规避 | 自由 δt / signed refine 带偏（需保持冻结） |
| P4 | 中 | 已吸收教训 | 单窗低残差不可单独验收 |
| P5 | 中 | 待做 | 无旋转先验对照 |
| P6 | 低 | 待做 | README/交付物同步 |