CN109917355A - 激光雷达距离误差补偿系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光雷达回波信号和距离对激光雷达测量距离准确性的一种误差补正方法，主要步骤包括激光雷达发射一次光脉冲被光电探测器探测接受得到一个高斯信号，根据不同的距离得到的信号强度信息不同，对测量结果进行误差补正，因为测量物体的远近不一样，测量物体的表面反射率不一样，测量物体的倾斜角度不一样，这些都会影响到光脉冲照射到物体表面之后返回到光探测器的能量变化，本发明主要解决的就是在激光雷达测量过程中，由于物体的的各种可能会导致测量的返回功率发生变化的因素发生变化，影响测量结果的准确性。在经过此发明补偿系统之后，测量结果更加接近真实距离，提高测量精度。

Description

激光雷达距离误差补偿系统

技术领域

本发明涉激光雷达系统，具体涉及激光雷达对不同距离，不同反射率以及不同反射面等因素带来的测量误差的进行补偿的补偿系统。

背景技术

激光雷达测距原理是计算一个脉冲光程经历的时间乘以光速，在激光发射的时候记下一个开始时间，在光探测器接受到信号时记下停止时间。返回的光信号在经过光探测器之后输出的是一个模拟信号， TDC电路需要进行时刻鉴别，时刻鉴别大致可分成前沿阈值检测、恒比定时检测、过零检测、峰值检测等。这些检测方法或多或少都存在检测误差，就是人们常说的“行走误差”。

因为物体反射率变化或者测量距离等因素的变化，导致光探测器测量的信号幅值发生变化，特别是测量范围变化比较大的激光雷达，在近距离和远距离测量的信号强度势必会出现很大的波动，这样就会导致光探测器输出的信号波形上升沿发生畸变，信号发生展宽，影响停止时间的测量结果。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的激光雷达距离误差补偿系统。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

1、激光雷达距离误差补偿系统，包括以下步骤：

S1，光探测器信号特征的测量。

S2，光探测器信号特征的一处理。

S3，激光雷达定距离的测量。

S4，激光雷达多目标定距离测量。

S5，激光雷达多目标测量之后的数据处理。

S6不同的反射率，不同的测量距离以及不同倾斜面等因素给激光雷达测量结果带来误差的因素进行准确的误差补偿方法。

所述激光雷达通过时间测量获得每个返回信号的差异。

所述探测器信号特征的统一处理，每次返回信号的不确定性，通过滤波处理和延时处理可以加强返回信号的稳定性。

所述激光雷达每次取一个定距离，减少雷达旋转测量带来的不确定性。

所述激光雷达多目标定距离测量，测量不同反射率的目标物，确定整个测量范围，覆盖整个信号特征。

所述激光雷达多目标测量之后的数据处理，采用最小二乘法拟合，使得处理后的数据曲线线性回归更好，更逼近真实值。

所述激光雷达不同的反射率，不同的测量距离以及不同倾斜面等因素给激光雷达测量结果带来误差的因素进行准确的误差补偿方法，用基准测量值加上补偿值等于真实值。此方法使得测量的适应性更广，减少测量误差。与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.光探测器信号特征的测量，一种特有的测量方法，光探测器信号特征的一处理，减少信号的噪声，激光雷达定距离的测量，一种特定的检测工装和测量方法，激光雷达多目标定距离测量，自动测量不同反射率目标的信号特征，激光雷达多目标测量之后的数据处理，使得测量的数据稳定重复性好，测量目标物为多反射率的朗伯体，不同的反射率，不同的测量距离以及不同倾斜面等因素给激光雷达测量结果带来误差的因素进行准确的误差补偿方法，光探测器信号特征的测量方法，在于通过时间测量获得每个返回信号的差异。

2.探测器信号特征的一处理，因为每次返回信号的不确定性，通过滤波处理和延时处理可以加强返回信号的稳定性，激光雷达定距离的测量，每次取一个定距离，减少雷达旋转测量带来的不确定性，激光雷达多目标定距离测量，测量不同反射率的目标物，确定整个测量范围，覆盖整个信号特征。

3.激光雷达多目标测量之后的数据处理，采用最小二乘法拟合，使得处理后的数据曲线线性回归更好，更逼近真实值，不同的反射率，不同的测量距离以及不同倾斜面等因素给激光雷达测量结果带来误差的因素进行准确的误差补偿方法，用基准测量值加上补偿值等于真实值。此方法使得测量的适应性更广，减少测量误差。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

激光雷达距离误差补偿系统，包括以下步骤：

S1，光探测器信号特征的测量。

S2，光探测器信号特征的一处理。

S3，激光雷达定距离的测量。

S4，激光雷达多目标定距离测量。

S5，激光雷达多目标测量之后的数据处理。

S6不同的反射率，不同的测量距离以及不同倾斜面等因素给激光雷达测量结果带来误差的因素进行准确的误差补偿方法。

所述激光雷达通过时间测量获得每个返回信号的差异。

所述探测器信号特征的统一处理，每次返回信号的不确定性，通过滤波处理和延时处理可以加强返回信号的稳定性。

所述激光雷达每次取一个定距离，减少雷达旋转测量带来的不确定性。

所述激光雷达多目标定距离测量，测量不同反射率的目标物，确定整个测量范围，覆盖整个信号特征。

所述激光雷达多目标测量之后的数据处理，采用最小二乘法拟合，使得处理后的数据曲线线性回归更好，更逼近真实值。

所述激光雷达不同的反射率，不同的测量距离以及不同倾斜面等因素给激光雷达测量结果带来误差的因素进行准确的误差补偿方法，用基准测量值加上补偿值等于真实值。此方法使得测量的适应性更广，减少测量误差。

实施例1：如图1中是本发明的整个补偿系统的步骤流程图

激光雷达放置固定位置，调整发射激光点的左右位置和俯仰位置，保持激光光束和测量目标物处于发现位置，这样可以测量一个准确的距离值。如果激光光束发生偏移，测量的距离和实际距离会有一个平面或者空间的θ角。Δ＝L-Lsinθ，Δ为测量距离误差

L为实际测量距离

θ为激光光束与测量目标物的法线夹角

放置激光雷达和测量目标物的工装可以调节左右旋转角度以及俯仰角度。

激光雷达跟测量目标物放置一个自动化测试导轨上，导轨可以自动行走到所需的测量距离，导轨带距离反馈系统。导轨的距离行走系统与雷达测量系统做同步规划，保证测量结果的准确性。

测量的目标物分为两个极端反射率物体黑色和白色，分别为10％反射率和100％反射率。在测量过程中可以自动切换测量目标物，提高测试效率跟以后的生产效率。

测量程序不能按正常雷达发射频率发射脉冲激光，根据每个距离的行程时间调整激光的发射频率。

实施例2：如图2中是本发明一个关键数据接发收以及数据拟合的流程图：

数据读取多次读取，计算所有数据的均值，设置一个阈值范围，大于阈值范围的当做异常数据处理，然后再去除异常数据的数据量下计算均值作为有效数据下传数据处理软件。

测试软件得到测量的回波信号特征值B1、B2、B3……Bn

自动测试导轨设置固定间距L1、L2、L3……Ln，得到的时间t1、 t2、t3……tn，得到的时间经过计算公式(d＝1/2ct)得到距离d1、d2、d3……dn，在计算测量距离与真实距离之间的误差值Δ(Δ＝D-L)。

图中是测量误差Δ跟回波信号B拟合的多项式曲线，拟合的 R2＝0.9984，说明测量的数据跟拟合的曲线具有很高的拟合度。

拟合可以分为线性拟合，指数拟合，多项式拟合等，为了使拟合的曲线具有更好的拟合度，我们选用了多项式拟合。

对于给定的定点数据(Δi，Bi)，1<i<n,用多项式公式：

f(x)＝a0+a1x+a2x+……k

拟合出的补偿曲线直接写入激光雷达的测量程序，得到一个信号特征对应的距离误差值。

程序测量值t代入距离计算公式(d＝1/2ct)得到一个测量数据值，再通过测量的信号特征值代入补偿公式得到一个测量补偿值，软件输出的测量结果＝数据测量值+测量补偿值。

实施例3：如图3中为一种基于TOF的小型化同轴式激光雷达系统示意图：

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.激光雷达距离误差补偿系统，其特征在于，包括以下步骤：

S1，光探测器信号特征的测量。

S2，光探测器信号特征的一处理。

S3，激光雷达定距离的测量。

S4，激光雷达多目标定距离测量。

S5，激光雷达多目标测量之后的数据处理。

S6不同的反射率，不同的测量距离以及不同倾斜面等因素给激光雷达测量结果带来误差的因素进行准确的误差补偿方法。

2.根据权利要求1所述的激光雷达距离误差补偿系统，其特征在于，所述激光雷达通过时间测量获得每个返回信号的差异。

3.根据权利要求1所述的激光雷达距离误差补偿系统，其特征在于，所述探测器信号特征的统一处理，每次返回信号的不确定性，通过滤波处理和延时处理可以加强返回信号的稳定性。

4.根据权利要求1所述的激光雷达距离误差补偿系统，其特征在于，所述激光雷达每次取一个定距离，减少雷达旋转测量带来的不确定性。

5.根据权利要求1所述的激光雷达距离误差补偿系统，其特征在于，所述激光雷达多目标定距离测量，测量不同反射率的目标物，确定整个测量范围，覆盖整个信号特征。

6.根据权利要求1所述的激光雷达距离误差补偿系统，其特征在于，所述激光雷达多目标测量之后的数据处理，采用最小二乘法拟合，使得处理后的数据曲线线性回归更好，更逼近真实值。

7.根据权利要求1所述的激光雷达距离误差补偿系统，其特征在于，所述激光雷达不同的反射率，不同的测量距离以及不同倾斜面等因素给激光雷达测量结果带来误差的因素进行准确的误差补偿方法，用基准测量值加上补偿值等于真实值。此方法使得测量的适应性更广，减少测量误差。