CN111123244A - 一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法 - Google Patents

一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111123244A
CN111123244A CN201911297821.5A CN201911297821A CN111123244A CN 111123244 A CN111123244 A CN 111123244A CN 201911297821 A CN201911297821 A CN 201911297821A CN 111123244 A CN111123244 A CN 111123244A
Authority
CN
China
Prior art keywords
laser
area
telescope
geometric
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911297821.5A
Other languages
English (en)
Inventor
阎杰
钟琪
郑玉成
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Anhui Wanyi Science and Technology Co Ltd
Original Assignee
Anhui Wanyi Science and Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anhui Wanyi Science and Technology Co Ltd filed Critical Anhui Wanyi Science and Technology Co Ltd
Priority to CN201911297821.5A priority Critical patent/CN111123244A/zh
Publication of CN111123244A publication Critical patent/CN111123244A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明公开了一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法，包括以下步骤：S1、将激光雷达的望远镜接收信号区域分为盲区、过渡区以及完全接收区；S2、在所述盲区、过渡区、完全接收区中，分别得出三个区域内的几何因子，S3、对所述过渡区中的几何因子进行修正。本发明的离轴式激光雷达几何因子的校正方法，能够在无需依赖天气状况的情况也能够对激光雷达的几何因子进行校正。

Description

一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法
技术领域
本发明涉及一种激光雷达技术领域，特别涉及一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法。
背景技术
激光雷达是一种主动式的现代光学遥感设备，具有很高的时空分辨率，可以连续地探测大气中气溶胶粒子的光学特性垂直分布特征，较好的弥补以往探测仪器的不足。
激光雷达的工作原理是激光器向大气中发射线偏振光，激光传输路径上的大气气溶胶或云等物质散射后，其偏振态和光强会发生相应的变化，通过光学接收系统捕获后向散射设信号，再经过对原始信号的去噪、反演等处理便可以得到反映大气气溶胶或云的物理特性的图谱。
同轴式光学发射系统和离轴式光学发射系统是目前两种比较常用的发射系统类型。对于离轴式系统来说，采用实验的方法校正几何因子是目前比较常用的一种方式，但这种方式理论上要求天空干洁无气溶胶，对天气状况要求较高，实际的校正效果受到天气的影响，存在一定程度的不确定性。
发明内容
为了解决上述现有技术中的不足，本发明的目的在于提供一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法，该校正方法能够在无需依赖天气状况的情况也能够对激光雷达的几何因子进行校正。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法，包括以下步骤：
S1、将激光雷达的望远镜接收信号区域分为盲区、过渡区以及完全接收区；
其中，所述盲区是激光器的后向散射信号不在望远镜有效接收范围之内的区域，所述过渡区是激光器的后向散射信号的部分信号被望远镜有效接收范围的区域，所述完全接收区是激光器的后向散射信号完全被望远镜有效接收范围之内的区域；
S2、在所述盲区、过渡区、完全接收区中，分别得出三个区域内的几何因子，其中，
在所述盲区中，几何因子为O＝0；
在所述过渡区中，几何因子0＜O＜1；
在所述完全接收区中，几何因子为O＝1；
S3、对所述过渡区中的几何因子进行修正，其修正过程为：
a、得出望远镜接收到的任意位置处的后向散射信号强度I1，以及激光器发出的激光在相同位置处的信号强度I2；
b、根据上述得到的望远镜接收到的信号强度I1以及激光器发出的激光在相同位置处的信号强度I2，得出理论几何因子O′，其中，O′＝I1/I2；
c、根据高斯分布公式，得出几何因子的权重W；
d、根据几何因子O与权重W的关系，得出几何因子O的精确值，其中，O＝W*I1/I2。
2.根据权利要求1所述的离轴式激光雷达几何因子的校正方法，其特征在于，在步骤S3 中，将O′＝I1/I2使用O′＝S/S′代替，其中，S是望远镜接收到的后向散射信号强度为I1位置处的光斑面积，S′是激光器发出的激光在信号强度为I2处的光斑面积。
采用上述技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1.本发明不依赖于天气情况，可以在任何情况下对离轴式激光雷达的几何因子进行校正；
2.本发明相较于传统技术中采用实验法的校正方法，免去了需要采集数据、数据拟合等复杂的过程，简单高效。
附图说明
图1是本发明的离轴激光雷达的几何因子示意图；
图2是本发明的望远镜接收信号的光斑示意图a；
图3是本发明的望远镜接收信号的光斑示意图b；
图4是本发明的望远镜的信号接收比例关系图；
图5是本发明的望远镜接收信号的光斑质心位置示意图；
图6本发明的过渡区的几何因子的高斯分布示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
本发明公开了一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法，该方法相较于传统校正中采用的实验法，能够免去依赖天气状况才可进行校正的麻烦，而且免去了需要采集数据、数据拟合等复杂的过程，简单高效。包括以下步骤：
S1、如图1所示，将激光雷达的望远镜接收信号区域分为盲区1、过渡区2以及完全接收区3；
其中，盲区1是激光器4的后向散射信号不在望远镜5有效接收范围之内的区域，过渡区2是激光器4的后向散射信号的部分信号被望远镜5有效接收范围的区域，完全接收区3是激光器4的后向散射信号完全被望远镜5有效接收范围之内的区域。
S2、在盲区1、过渡区2、完全接收区3中，分别得出三个区域内的几何因子，其中，
在盲区1中，由于望远镜5完全接收不到激光器4的向后散射信号，因而在盲区1中，其几何因子为O＝0；
在过渡区2中，由于望远镜5只能接收到激光器4的部分向后散射信号，而该部分向后散射信号的强度I1小于激光器4发出的激光在相同位置时的光信号强度I2，在过渡区2中，望远镜5接收到的信号比例随着距离r改变，在不同距离上有着不同的比例，在过渡区2中这个比例的范围为0＜O＜1，随着距离的增加，接收的比例也逐渐增大，因而其几何因子0＜O＜1；
在完全接收区3中，由于望远镜5接收到激光器4的全部向后散射信号，因而，在完全接收区3中，其几何因子为O＝1。
由上可知，在盲区1以及完全接收区3中，其几何因子是固定不变的，因而在盲区1和完全接收区3中，其几何因子是不需要进行校正的，而在过渡区2中，随着过渡区3中任意位置到激光器的距离的增加，其几何因子是逐渐变化，因而，在过渡区2中，其几何因子是个变量，需要对其进行修正。
S3、对过渡区2中的几何因子进行修正，其修正过程为：
a、得出望远镜5接收到的任意位置处的后向散射信号强度I1，以及激光器4发出的激光在相同位置处的信号强度I2；
b、根据上述得到的望远镜5接收到的信号强度I1以及激光器4发出的激光在相同位置处的信号强度I2，得出理论几何因子O′，其中，O′＝I1/I2；
c、根据高斯分布公式，得出几何因子的权重W；
d、根据几何因子O与权重W的关系，得出几何因子O的精确值，其中，O＝W*I1/I2。
在步骤S3中，将O′＝I1/I2使用O′＝S/S′代替，其中，S是望远镜接收到的后向散射信号强度为I1位置处的光斑面积，S′是激光器发出的激光在信号强度为I2处的光斑面积。
下面结合附图，对修正过渡区2中的几何因子进行具体的描述。
在过渡区2中，望远镜5接收到的信号的光斑如图2所示，也就是说，望远镜5接收到的信号的光斑面积S，可以分成两部分，分别是S1和S2，如图3所示，其中：
S＝S1+S2。
在这里面S1和S2是望远镜5的主光轴距离d、激光器发散角α、望远镜接收角β和激光传输距离l的函数，他们的关系可以表达为：
S1＝func1(d-1，α，β，l)
S2＝func2(d-1，α，β，l)
由此可以得到望远镜5接收部分的光斑面积S的表达式为：
S＝func1(d-1，α，β，l)+func2(d-1，α，β，l)
在上式中，
S1＝func1(d-1，α，β，l)
S2＝func2(d-1，α，β，l)
也可以表达为：
Figure RE-GDA0002422600460000041
Figure RE-GDA0002422600460000042
其中，
Figure RE-GDA0002422600460000043
Figure RE-GDA0002422600460000044
在上式中，α1是激光器4发射的激光发散角，α2是望远镜5的接收视场角，l是激光器4 发出的激光到达位置到激光雷达的距离，d0是激光器4的光轴与望远镜5的光轴之间的距离。其中，在本实施例中，α和α1均表示激光器4发射的激光发散角，两者数值相等；α2与β均表示望远镜5的接收视场角，两者数值相等。
在本实施例中，距离激光雷达为l处的光斑面积S的表达式为：
s＝π(α1*l)2；
因而，在本实施例中，理论上的几何因子的表达式为：
Figure RE-GDA0002422600460000045
通常，不同位置的激光光强分布符合高斯分布，不同位置的激光光强是光斑半径r的函数，对于接收范围内的光斑能量的计算做一个近似，定义有效接受区域径向长度的中点为质心P，用该点的能量代表这个区域的平均能量，质心P位置如图5所示。同时，激光器4发出的激光能量是以高斯分布的形式分布的，其能量分布图如图6所示，因而，在过渡区2中，激光光斑半径为r处的高斯分布权重的表达式为：
Figure RE-GDA0002422600460000051
上式中，R是激光光斑的最大半径，r是传输距离为l处的激光光斑半径。
假设质心P到激光器主光轴中心间距为r′，由此得到的最终几何因子为：
Figure RE-GDA0002422600460000052
其中，
Figure RE-GDA0002422600460000053
是质心P位于激光器4主光轴时的权重。
由此可见，通过本发明的校准方法来校准激光雷达的几何因子，可以不用依赖天气情况，在任何情况下对离轴式激光雷达的几何因子进行校正，而且免去了需要采集数据、数据拟合等复杂的过程，简单高效。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。
除说明书所述的技术特征外，其余技术特征为本领域技术人员的已知技术，为突出本发明的创新特点，其余技术特征在此不再赘述。

Claims (2)

1.一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、将激光雷达的望远镜接收信号区域分为盲区、过渡区以及完全接收区；
其中，所述盲区是激光器的后向散射信号不在望远镜有效接收范围之内的区域，所述过渡区是激光器的后向散射信号的部分信号被望远镜有效接收范围的区域，所述完全接收区是激光器的后向散射信号完全被望远镜有效接收范围之内的区域；
S2、在所述盲区、过渡区、完全接收区中，分别得出三个区域内的几何因子，其中，
在所述盲区中，几何因子为O＝0；
在所述过渡区中，几何因子0＜O＜1；
在所述完全接收区中，几何因子为O＝1；
S3、对所述过渡区中的几何因子进行修正，其修正过程为：
a、得出望远镜接收到的任意位置处的后向散射信号强度I1，以及激光器发出的激光在相同位置处的信号强度I2；
b、根据上述得到的望远镜接收到的信号强度I1以及激光器发出的激光在相同位置处的信号强度I2，得出理论几何因子O′，其中，O′＝I1/I2；
c、根据高斯分布公式，得出几何因子的权重W；
d、根据几何因子O与权重W的关系，得出几何因子O的精确值，其中，O＝W*I1/I2。
2.根据权利要求1所述的离轴式激光雷达几何因子的校正方法，其特征在于，在步骤S3中，将O′＝I1/I2使用O′＝S/S′代替，其中，S是望远镜接收到的后向散射信号强度为I1位置处的光斑面积，S′是激光器发出的激光在信号强度为I2处的光斑面积。
CN201911297821.5A 2019-12-13 2019-12-13 一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法 Pending CN111123244A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911297821.5A CN111123244A (zh) 2019-12-13 2019-12-13 一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911297821.5A CN111123244A (zh) 2019-12-13 2019-12-13 一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111123244A true CN111123244A (zh) 2020-05-08

Family

ID=70500037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911297821.5A Pending CN111123244A (zh) 2019-12-13 2019-12-13 一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111123244A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116300122A (zh) * 2023-05-15 2023-06-23 无锡中科光电技术有限公司 一种大气激光雷达系统光路准直的全自动控制方法、装置及存储介质

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1952687A (zh) * 2006-11-02 2007-04-25 中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光雷达光路自动准直方法及准直仪
CN101963665A (zh) * 2010-08-23 2011-02-02 西安理工大学 激光雷达几何重叠因子自动调整系统及调整方法
CN205484801U (zh) * 2016-02-23 2016-08-17 江苏中科大港激光科技有限公司 一种激光测距机的光轴调校系统
US20160238698A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-18 Florida Atlantic University Underwater sensing system
CN110441777A (zh) * 2019-07-11 2019-11-12 中山大学 一种基于激光雷达的气溶胶垂直廓线的反演方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1952687A (zh) * 2006-11-02 2007-04-25 中国科学院安徽光学精密机械研究所 激光雷达光路自动准直方法及准直仪
CN101963665A (zh) * 2010-08-23 2011-02-02 西安理工大学 激光雷达几何重叠因子自动调整系统及调整方法
US20160238698A1 (en) * 2015-02-17 2016-08-18 Florida Atlantic University Underwater sensing system
CN205484801U (zh) * 2016-02-23 2016-08-17 江苏中科大港激光科技有限公司 一种激光测距机的光轴调校系统
CN110441777A (zh) * 2019-07-11 2019-11-12 中山大学 一种基于激光雷达的气溶胶垂直廓线的反演方法

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
YUCHU QIN ET AL.: "Characterizing Radiometric Attributes of Point Cloud Using a Normalized Reflective Factor Derived From Small Footprint LiDAR Waveform", 《IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN APPLIED EARTH OBSERVATIONS AND REMOTE SENSING》 *
刘巧君等: "基于激光器输出模式的离轴激光雷达重叠因子计算及近场信号校正", 《物理学报》 *
康圣等: "非共轴激光雷达系统参数对几何因子的影响", 《光学与光电技术》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116300122A (zh) * 2023-05-15 2023-06-23 无锡中科光电技术有限公司 一种大气激光雷达系统光路准直的全自动控制方法、装置及存储介质
CN116300122B (zh) * 2023-05-15 2023-08-15 无锡中科光电技术有限公司 一种大气激光雷达系统光路准直的全自动控制方法、装置及存储介质

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107942305B (zh) 双偏振雷达系统初始差分相位的在线标定方法
US11041941B2 (en) Method and device for calibrating a radar object detection system
JP4244993B2 (ja) レーダ
CN107290733A (zh) 收发天线一体化的激光雷达共轴光学系统
KR101781609B1 (ko) 우적계와 이중편파레이더를 이용한 단일편파레이더의 반사도 보정방법
KR101903960B1 (ko) 라이다 장치
CN115712107A (zh) 用于激光雷达的信号处理方法、探测方法以及激光雷达
CN102662162A (zh) X波段多普勒雷达降水估测方法
KR101796189B1 (ko) 이중편파레이더를 이용한 단일편파레이더의 반사도 보정방법
US8570209B2 (en) Method for optimizing the operation of an active lateral-view sensor when the height above the surface to be detected is variable
CN111679293A (zh) 一种激光雷达质量控制方法
CN111123244A (zh) 一种离轴式激光雷达几何因子的校正方法
KR20210014082A (ko) 각각의 항공기에 대해 모드 s 적응적 빔 제어를 갖는 세컨더리 레이더
JP3521796B2 (ja) レーザレーダ装置
US20200241120A1 (en) Apparatus and method for increasing lidar sensing distance
CN107688171A (zh) 激光雷达消除盲区的方法
US11921238B2 (en) Convolved augmented range LIDAR nominal area
KR20120119910A (ko) 스캐닝 레이더 시스템의 신호를 각도 포커싱하는 방법
TWI689741B (zh) 車用雷達偵測角度調整系統及其垂直角度調整雷達
CN114924269B (zh) 一种基于星载f-scan sar的距离向模糊度分析方法
CN111190178A (zh) 一种相频扫三坐标雷达的多波束顺序比幅测高方法
CN114910874A (zh) 一种车载激光雷达安装校准方法
CN108646231A (zh) 一种激光雷达信号过渡区的校正方法
CN110940950B (zh) 一种差斜率稳定方法
JP2001159636A (ja) ウィンドプロファイラ装置及び風速ベクトル算出方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20200508