CN110361714B - 激光雷达的测距补偿系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光雷达的测距补偿系统，它包括底盘、安装在底盘上的驱动电机、能在驱动电机的带动下在底盘上方做圆周运动的激光雷达，所述角度固定挡光片位于激光雷达圆周运动轨迹的外侧；激光雷达得到该角度固定挡光片与激光雷达之间的固有标准距离；激光雷达在扫过角度固定挡光片时获取该角度固定挡光片与激光雷达之间的实时测量距离；激光雷达将固有标准距离与实时测量距离差值作为距离补偿值。本发明无同频干扰问题，能实现准确的激光雷达距离校准，达到高效、节能，低成本目的。

Description

激光雷达的测距补偿系统及方法
技术领域
本发明涉及雷达测距技术领域，具体地指一种激光雷达的测距补偿系统及方法。
背景技术
由于温度、环境光等因素的影响，激光雷达测得的距离会出现偏离，因此需要根据环境因素进行动态调整，传统的方法是使用参考光路来补偿温度、环境光等因素的影响，该方法共分为三种，第一种是机械式的单发单收系统，第二种是光学式的单发双收系统，第三种为双发双收系统，这三种均是采用的双光路参考法，其主要原理如下：
机械式的单发单收系统，该系统以机械开关控制内外光路的转换，通过内外光路的相位差值实现相位校正，达到消除环境光等的干扰，但机械装置其具固有的机械磨损、响应速率慢、使用寿命短等缺陷使之不适合在精密测试中使用。
光学式的单发双收系统，一个发射系统两个接收系统组合而成，两个接收系统分别接收内外两路光信号，以内外光路的相位差来实现相位校准，但其含有的两个接收系统就需要两个雪崩二极管(APD)来探测信号，使成本大大增加，而且双光路也大大增加了电路中同频干扰概率。
双发单收式系统，该系统由两个发射系统和一个接收系统组成，外光路中激光器照射到目标后经目标反射到探测器接收；内光路中激光器发出光信号到探测器接收，由接收装置对两路光进行相位比较，从而实现距离校准，其固然比前两种方式更具优势，但其需在固有的产品设计上增加一路参考光路，在操作复杂程度及成本控制上都有所增加。
发明内容
本发明的目的就是要提供一种激光雷达的测距补偿系统及方法，本发明无同频干扰问题，能实现准确的激光雷达距离校准，达到高效、节能，低成本目的。
为实现此目的，本发明所设计的一种激光雷达的测距补偿系统，其特征在于，它包括激光雷达、底盘、角度固定挡光片、驱动电机，所述底盘包括底盘圆形区域和底盘侧边电机安装区域，驱动电机安装在底盘侧边电机安装区域上，所述激光雷达的激光测距传感器能在驱动电机的带动下在底盘上绕底盘圆形区域中心做圆周运动，所述角度固定挡光片位于激光测距传感器圆周运动轨迹的外侧；
所述激光雷达用于得到该角度固定挡光片与底盘圆形区域中心点之间的固有标准距离；
所述激光测距传感器用于在扫过角度固定挡光片时获取该角度固定挡光片与激光测距传感器之间的实时测量距离；
所述激光雷达还用于将所述固有标准距离与实时测量距离差值作为距离补偿值，并利用距离补偿值进行激光测距传感器测距时的测距漂移补偿。
一种利用上述系统的激光雷达的测距补偿方法，它包括如下步骤：
步骤1：将角度固定挡光片与底盘圆形区域中心点之间的固有标准距离写入激光雷达的信号处理器中，
步骤2：所述激光测距传感器在扫过角度固定挡光片时获取该角度固定挡光片与激光测距传感器之间的实时测量距离；
步骤3：所述激光雷达将所述固有标准距离与实时测量距离差值作为距离补偿值，并利用距离补偿值进行激光测距传感器测距时的测距漂移补偿。
本发明在激光雷达圆周运动轨迹的外侧安装角度固定挡光片，激光雷达扫过角度固定挡光片时就可以获得该挡光片的标准距离。当环境温度和/或环境光改变时，激光雷达获得的距离会发生漂移。由于角度固定挡光片离激光雷达中心(底盘圆形区域中心)的距离已知且恒定，所以当环境温度和/或环境光改变时，激光雷达测得此角度固定挡光片的距离亦发生改变，根据此距离与标准距离的偏差来修正激光雷达内部的参数，从而达到调整激光雷达距离校准的目的。
本发明中角度固定挡光片可以是雷达保护罩的支撑柱(或者雷达底盘上的挡光片)，相比传统的双光路，以其中一路光路作为参考的测距系统，本发明的结构更简单，校准过程和对应的算法更简单，能明显提高激光雷达测距漂移补偿效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1相应实施例的俯视结构示意图(雷达保护罩省去)；
图3为本发明中激光雷达的原理框图。
其中，1—雷达保护罩、2—底盘、2.1—底盘圆形区域、2.2—底盘侧边电机安装区域、3—角度固定挡光片、4—驱动电机、5—激光测距传感器、6—主动皮带轮、7—从动皮带轮、8—传动皮带。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明：
如图1和2所示的激光雷达的测距补偿系统，它包括激光雷达、底盘2、角度固定挡光片3、驱动电机4，所述底盘2包括底盘圆形区域2.1和底盘侧边电机安装区域2.2，驱动电机4安装在底盘侧边电机安装区域2.2上，所述激光雷达的激光测距传感器5能在驱动电机4的带动下在底盘2上绕底盘圆形区域2.1中心做圆周运动，所述角度固定挡光片3位于激光测距传感器5圆周运动轨迹的外侧；
所述激光雷达用于得到该角度固定挡光片3与底盘圆形区域2.1中心点之间的固有标准距离，该距离为设备设计时的固有距离；
所述激光测距传感器5用于在扫过角度固定挡光片3时获取该角度固定挡光片3与激光测距传感器5之间的实时测量距离；
所述激光雷达还用于将所述固有标准距离与实时测量距离差值作为距离补偿值，并利用距离补偿值进行激光测距传感器5测距时的测距漂移补偿，来消除环境温度和环境光的干扰。
上述技术方案中，驱动电机4驱动主动皮带轮6，主动皮带轮6通过传动皮带8带动从动皮带轮转动，从动皮带轮7带动激光雷达的激光测距传感器5在底盘2上绕底盘圆形区域2.1中心做圆周运动。
上述技术方案中，所述角度固定挡光片3有多个，每个角度固定挡光片3与底盘圆形区域2.1中心之间的距离相等，激光测距传感器5获取每个角度固定挡光片3与激光测距传感器5之间的实时测量距离，并将所有实时测量距离求平均值，利用固有标准距离与实时测量距离平均值的差值作为距离补偿值。
上述技术方案中，如图3所示，所述激光雷达包括激光测距传感器5、激光二极管驱动、偏压电路模块、信号处理器、信号采集模块，其中，信号处理器通过激光二极管驱动使激光测距传感器5的激光二极管发出激光信号，激光信号照射到目标后经目标反射到激光测距传感器5的雪崩二极管；
信号处理器通过偏压电路模块为激光测距传感器5的雪崩二极管提供击穿电压，使雪崩二极管能接受经目标反射的激光信号，信号采集模块采集经目标反射的激光信号，并转换为电信号提供给信号处理器进行测距分析处理。由于激光雷达5电路板的内部电路、雪崩二极管APD、激光二极管LD等会由于温度的变化发生参数的变化，影响测距结果的变化。
上述技术方案中，所述角度固定挡光片3有3个，激光测距传感器5在扫过三个角度固定挡光片3时，分别获取各个角度固定挡光片3与激光测距传感器5之间的实时测量距离D1、D2、D3，激光雷达中的信号处理器计算得到三个角度固定挡光片3与激光测距传感器5之间实时测量距离的平均值D0 ’＝average(D1、D2、D3)，利用固有标准距离D0与实时测量距离的平均值D0 ’的差值作为距离补偿值doffset，在激光测距传感器5对目标测距时，利用距离补偿值doffset对目标测距结果进行补偿。
为了提高补偿精度，还可以在不同时间进行多次测量，再取平均，即将不同时间的实时测量距离的平均值D0 ’再取平均，得到多次测量距离的平均值D1 ’，并利用固有标准距离D0与多次测量距离的平均值D1 ’的差值作为距离补偿值doffset。
上述技术方案中，相邻两个角度固定挡光片3之间与圆周运动轨迹中心的夹角为120度左右。可以是均匀分布的，也可以不是。该参数的设计考虑到了测试的准确性、激光测距传感器5的出光效率。
上述技术方案中，它还包括雷达保护罩1，所述雷达保护罩1通过3个角度固定挡光片3罩在底盘2的上方。本发明将角度固定挡光片作为雷达保护罩的支撑柱，简化了系统结构，利于本系统在扫地机器人等场景下的应用。
一种利用上述系统的激光雷达的测距补偿方法，它包括如下步骤：
步骤1：将角度固定挡光片3与底盘圆形区域2.1中心点之间的固有标准距离写入激光雷达的信号处理器中，
步骤2：所述激光测距传感器5在扫过角度固定挡光片3时获取该角度固定挡光片3与激光测距传感器5之间的实时测量距离；
步骤3：所述激光雷达将所述固有标准距离与实时测量距离差值作为距离补偿值，并利用距离补偿值进行激光测距传感器5测距时的测距漂移补偿。
所述距离补偿值用于补偿因激光测距传感器5周围环境温度和/或环境光变化引起的目标测距结果漂移。
所述步骤3中，激光测距传感器5在扫过三个角度固定挡光片3时，分别获取各个角度固定挡光片3与激光测距传感器5之间的实时测量距离D1、D2、D3。
所述步骤3中，激光雷达中的信号处理器计算得到三个角度固定挡光片3与激光测距传感器5之间实时测量距离的平均值D0 ’＝average(D1、D2、D3)，利用固有标准距离D0与实时测量距离的平均值D0 ’的差值作为距离补偿值doffset，在激光雷达对目标测距时，利用距离补偿值doffset对目标测距结果进行补偿，即激光雷达测量得到的激光测距传感器5与目标之间的距离加上距离补偿值doffset。
此补偿方法与现有激光测距补偿方法不同之处在于，其用同一圈的空间平均来作参考，且不需要附加光路和设备，在保证测试结果准确性的同时，也提高了效率及降低了成本。而激光测距补偿是用时间先后测得的距离平均作参考，而且还需要借助参考光路或者附加的挡光板来实现。因此，本发明的结构更简单，校准过程和对应的算法更简单，能明显提高激光雷达测距漂移补偿效率。
本说明书未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (4)

1.一种激光雷达的测距补偿系统，其特征在于，它包括激光雷达、底盘(2)、角度固定挡光片(3)、驱动电机(4)，所述底盘(2)包括底盘圆形区域(2.1)和底盘侧边电机安装区域(2.2)，驱动电机(4)安装在底盘侧边电机安装区域(2.2)上，所述激光雷达的激光测距传感器(5)能在驱动电机(4)的带动下在底盘(2)上绕底盘圆形区域(2.1)中心做圆周运动，所述角度固定挡光片(3)位于激光测距传感器(5)圆周运动轨迹的外侧；
所述激光雷达用于得到该角度固定挡光片(3)与底盘圆形区域(2.1)中心点之间的固有标准距离；
所述激光测距传感器(5)用于在扫过角度固定挡光片(3)时获取该角度固定挡光片(3)与激光测距传感器(5)之间的实时测量距离；
所述激光雷达还用于将所述固有标准距离与实时测量距离差值作为距离补偿值，并利用距离补偿值进行激光测距传感器(5)测距时的测距漂移补偿；
所述角度固定挡光片(3)有多个，每个角度固定挡光片(3)与底盘圆形区域(2.1)中心之间的距离相等，激光测距传感器(5)在扫过多个角度固定挡光片(3)时，分别获取各个角度固定挡光片(3)与激光测距传感器(5)之间的实时测量距离D1、D2、D3、...Dn，激光雷达中的信号处理器计算得到多个角度固定挡光片(3)与激光测距传感器(5)之间实时测量距离的平均值D0’＝average(D1、D2、D3、...Dn)，并利用固有标准距离D0与实时测量距离的平均值D0’的差值作为距离补偿值doffset，在激光测距传感器(5)对目标测距时，利用距离补偿值doffset对目标测距结果进行补偿；
将不同时间的实时测量距离的平均值D0’再取平均，得到多次测量距离的平均值D1’，并利用固有标准距离D0与多次测量距离的平均值D1’的差值作为距离补偿值doffset；
所述距离补偿值用于补偿因激光测距传感器(5)周围环境温度和/或环境光变化引起的目标测距结果漂移；
所述激光雷达包括激光测距传感器(5)、激光二极管驱动、偏压电路模块、信号处理器、信号采集模块，其中，信号处理器通过激光二极管驱动使激光测距传感器(5)的激光二极管发出激光信号，激光信号照射到目标后经目标反射到激光测距传感器(5)的雪崩二极管；
信号处理器通过偏压电路模块为激光测距传感器(5)的雪崩二极管提供击穿电压，使雪崩二极管能接受经目标反射的激光信号，信号采集模块采集经目标反射的激光信号，并转换为电信号提供给信号处理器进行测距分析处理；
它还包括雷达保护罩(1)，所述雷达保护罩(1)通过多个角度固定挡光片(3)罩在底盘(2)的上方。
2.一种利用权利要求1所述系统的激光雷达的测距补偿方法，其特征在于，它包括如下步骤：
步骤1：将角度固定挡光片(3)与底盘圆形区域(2.1)中心点之间的固有标准距离写入激光雷达的信号处理器中，
步骤2：所述激光测距传感器(5)在扫过角度固定挡光片(3)时获取该角度固定挡光片(3)与激光测距传感器(5)之间的实时测量距离；
步骤3：所述激光雷达将所述固有标准距离与实时测量距离差值作为距离补偿值，并利用距离补偿值进行激光测距传感器(5)测距时的测距漂移补偿。
3.根据权利要求2所述的激光雷达的测距补偿方法，其特征在于：所述步骤3中，激光测距传感器(5)在扫过多个角度固定挡光片(3)时，分别获取各个角度固定挡光片(3)与激光测距传感器(5)之间的实时测量距离D1、D2、D3...Dn。
4.根据权利要求3所述的激光雷达的测距补偿方法，其特征在于：所述步骤3中，激光雷达中的信号处理器计算得到多个角度固定挡光片(3)与激光测距传感器(5)之间实时测量距离的平均值D0’＝average(D1、D2、D3、...Dn)，利用固有标准距离D0与实时测量距离的平均值D0’的差值作为距离补偿值doffset，在激光雷达对目标测距时，利用距离补偿值doffset对目标测距结果进行补偿，即激光雷达测量得到的激光测距传感器(5)与目标之间的距离加上距离补偿值doffset。
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