CN111198360B - 激光雷达及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光雷达及其控制方法。该激光雷达的控制方法，可以根据激光回波的实际接收光强度和期望接收光强度的差值，对激光雷达的发射功率进行调整，从而使激光回波的实际接收光强度大体等于期望接收光强度。该控制方法，可以使激光雷达在不同环境下所接收的回波光强保持相对稳定，从而避免在不同的探测环境里由于激光接收光强变化过于剧烈引起探测精度的波动，进而提升了激光雷达的探测效果。

Description

激光雷达及其控制方法

技术领域

本发明涉及激光探测领域，特别是涉及激光雷达及其控制方法。

背景技术

激光雷达，是以发射激光束对目标的位置和速度等特征量进行探测的雷达系统。其工作原理是向目标发射激光信号,然后将接收到的从目标反射回来的激光回波与发射的激光信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息。

申请人在实现传统技术的过程中发现：传统的激光雷达，在不同的探测环境里精度会有较大波动。

发明内容

基于此，有必要针对传统技术中存在的激光雷达精度波动的问题，提供一种激光雷达及其控制方法。

一种激光雷达的控制方法，包括：

发射激光并获取激光回波，得到对应所述激光回波的实际接收光强度；

获取激光回波的期望接收光强度；

根据所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值，调整所述激光雷达的发射功率，以使所述激光回波的实际接收光强度相对于所述期望接收光强度的误差满足预设第一误差范围。

在其中一个实施例中，所述发射激光并获取激光回波，得到对应所述激光回波的实际接收光强度，包括：

发射激光并获取激光回波的波形；

对所述激光回波的波形进行积分，得到所述对应激光回波的实际接收光强度。

在其中一个实施例中，所述期望接收光强度为饱和接收光强度的一半。

在其中一个实施例中，所述获取激光回波的期望接收光强度，包括：

发射激光并获取激光回波，得到对应所述激光回波的实际接收光强度；

获取对应所述实际接收光强度的输出光功率；

建立所述实际接收光强度与所述输出光功率之间的对应关系；

调整所述激光雷达的发射功率并重复上述步骤；

当所述实际接收光强度及所述输出光功率的对应关系偏离线性关系时，所述实际接收光强度为饱和接收光强度，将所述饱和接收光强度的一半作为所述期望接收光强度。

在其中一个实施例中，所述调整所述激光雷达的发射功率，包括：

调整所述激光雷达的充能时间以调整所述激光雷达的发射功率。

在其中一个实施例中，所述根据所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值，调整所述激光雷达的发射功率，包括：

当所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值为负数，则调整所述激光发射器的充能时间以增大所述激光雷达的发射功率；

当所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值为正数，则调整所述激光发射器的充能时间以减小所述激光雷达的发射功率。

在其中一个实施例中，所述激光回波的实际接收光强度相对于所述期望接收光强度的预设第一误差范围为-10％到10％。

一种激光雷达，包括：

光发射模块，用于发射激光；

光接收模块，用于获取激光回波并对所述激光回波进行光电转换，以得到所述激光回波的实际接收光强度；

控制模块，与所述光发射模块和所述光接收模块电性连接，所述控制模块设有激光回波的期望接收光强度，以根据所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值，调整所述激光雷达的发射功率。

上述激光雷达，可以根据激光回波的所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值，对激光雷达的发射功率进行调整，从而使激光回波的实际接收光强度大体等于期望接收光强度。该激光雷达可以使激光回波的实际接收光强度保持相对稳定，从而避免在不同的探测环境里由于激光回波的实际接收光强度变化引起探测精度的波动，进而提升了激光雷达的探测效果。

在其中一个实施例中，所述控制模块为PID控制器。

在其中一个实施例中，所述激光雷达，还包括：

放大模块，与所述光接收模块电性连接，以获取所述光接收模块传递的电信号；所述放大模块用于将所述电信号线性放大。

上述激光雷达的控制方法，可以根据激光回波的实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值，对激光雷达的发射功率进行调整，从而使激光回波的实际接收光强度大体等于期望接收光强度。该控制方法，可以使激光雷达在不同环境下所接收的回波光强保持相对稳定，从而避免在不同的探测环境里由于激光接收光强变化过于剧烈引起探测精度的波动，进而提升了激光雷达的探测效果。

附图说明

图1为本申请一个实施例中激光雷达的控制方法的流程示意图。

图2为本申请一个实施例中激光雷达的控制方法步骤S100的流程示意图。

图3为本申请一个实施例中放大器表征函数示意图。

图4为本申请一个实施例中激光雷达的控制方法步骤S200的流程示意图。

图5为本申请一个实施例中激光雷达的模块结构示意图。

图6为本申请另一个实施例中激光雷达的模块结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

激光雷达通常由激光发射机、光学接收机和信息处理系统组成。其中，激光发射机用于将电脉冲转换为光脉冲并发射，形成激光。激光照射在物体表面并反射后形成激光回波。该激光回波由光学接收机接收后转化为电信号，该电信号可以称为回波信号，回波信号经放大器放大，再经过信息处理系统即可得到激光雷达的探测信息。这些是本领域的惯用技术手段，不再赘述。申请人发现，由于被探测物体与激光雷达之间的距离不同，激光回波的光强也不同。而放大器具有一定的工作范围，当激光回波的光强对应的回波信号超出放大器的工作范围时，就会导致放大器的放大倍数发生变化，从而影响激光雷达的探测精度。

基于以上问题，本申请提供一种激光雷达的控制方法，如图1所示，包括如下步骤：

S100，发射激光并获取激光回波，得到对应激光回波的实际接收光强度。

激光雷达发射激光，照射在被探测物体上后反射形成激光回波，该激光回波由激光雷达获取，并经过光电转化，得到回波信号，回波信号信号是电信号，可以用于表征接收到的光强度，因而可以通过回波信号得到激光回波的实际接收光强度。

本发明实施例中，激光回波指光信号，而回波信号为激光回波对应的电信号，回波信号的强度、波形等可以指征激光回波的光强度。

S200，获取激光回波的期望接收光强度。

控制系统获取激光回波的期望接收光强度。话句话说，控制系统获取激光回波对应的回波信号的期望强度。该获取激光回波的期望接收光强度可以是系统预设的期望接收光强度，也可以是通过人机交互装置输入的期望接收光强度，还可以是系统根据放大器工作范围自动计算得到的期望接收光强度等。

S300，根据实际接收光强度和期望接收光强度的差值，调整激光雷达的发射功率，以使激光回波的实际接收光强度相对于期望接收光强度的误差满足预设第一误差范围。

获取激光回波的实际接收光强度和期望接收光强度后，对激光回波的实际接收光强度和期望接收光强度进行比较，并根据该比较结果调整激光发射功率，从而调整激光回波的实际接收光强度，以使激光回波的实际接收光强度相对于期望接收光强度的误差在预设的第一误差范围内。

具体来说，该激光雷达的控制方法，在发射激光并获取激光回波后，获取激光回波的实际接收光强度。再对该激光回波的实际接收光强度和期望接收光强度进行比较，根据比较结果调整激光发射功率，从而调整激光回波的实际接收光强度，以使激光回波的实际接收光强度相对于期望接收光强度的误差在预设第一误差范围内。该控制方法，可以使激光回波的实际接收光强度大体等于期望接收光强度，从而使激光回波的实际接收光强度保持相对稳定，避免在不同的探测环境里由于激光回波的实际接收光强度变化引起探测精度的波动，进而提升了激光雷达的探测效果。

在一个实施例中，如图2所示，步骤S100中，发射激光并获取激光回波，得到对应激光回波的实际接收光强度，具体可以包括：

S110，发射激光并获取激光回波的波形；

S120，对激光回波的波形进行积分，得到对应激光回波的实际接收光强度。

具体来说，激光回波一般属于可见光，其对应的回波信号的波形为正弦波形。对该波形进行积分，得到该波形所对应的面积，该面积即可表征激光回波的实际接收光强度。

在一个实施例中，上述期望接收光强度，为饱和接收光强度的一半。

具体来说，如图3所示，对于放大器而言，其表征图像通常以输入信号强度为横坐标，以光增益倍数为纵坐标。函数曲线先呈平直后呈下降。在函数曲线呈平直的范围内，放大器对输入信号强度进行恒定倍数的放大。在函数曲线呈下降的范围内，放大器对输入信号强度的放大倍数会随着输入信号强度的增加而减小。因此，函数曲线呈平直的范围即为放大器的工作范围。其中，函数曲线由平直转为下降的转折点，其对应的横坐标为饱和输入信号强度。

在本申请中，放大器的输入信号强度为激光回波的实际接收光强度。放大器的饱和输入信号强度为饱和接受光强度。因此，为使激光回波的实际接收光强度的可调范围最大，将期望接收光强度设为饱和接收光强度的一半。

在一个具体的实施例中，如图4所示，S200获取激光回波的期望接收光强度，可以是系统根据放大器工作范围自动计算得到的期望接收光强度，包括：

S210，发射激光并获取激光回波，得到对应激光回波的实际接收光强度。

激光雷达发射激光，照射在被探测物体上后反射形成激光回波，该激光回波由激光雷达获取，并经过光电转化，通过回波信号得到激光回波的实际接收光强度。

S220，获取对应实际接收光强度的输出光功率。

获取激光回波的实际接收光强度后，通过放大器对回波信号进行放大，并获取放大后的对应的输出光功率。

S230，建立实际接收光强度与输出光功率之间的对应关系。

将激光回波的实际接收光强度与经放大器放大后的回波信号对应的输出光功率一一对应，并建立实际接收光强度与输出光功率之间的对应关系。

S240，调整激光雷达的发射功率，并重复步骤S210至步骤S230。

将激光雷达的发射功率从小调至大，并重复建立激光回波的实际接收光强度与输出光功率之间的对应关系。

S250，获取饱和接收光强度的一半得到期望接收光强度。

将激光雷达的发射功率从小调至大后，激光回波的实际接收光强度也包括了从小到大的范围。此时，对实际接收光强度与输出光功率之间的对应关系进行检测，当实际接收光强度与输出光功率之间的对应关系偏离线性关系时，说明随着实际接收光强度的增大，放大器的放大倍数逐渐变小，此时，该点的实际接收光强度即为饱和接收光强度。将饱和接收光强度的一半作为激光回波的期望接收光强度。

上述激光雷达的控制方法，可以自动获取该激光雷达的放大器的工作范围，从而获得适宜该激光雷达的期望接收光强度，使本申请的激光雷达使用更加便捷。

在一个实施例中，步骤300根据实际接收光强度和期望发光强强度的差值，调整激光雷达的发射功率，以使激光回波的实际接收光强度相对于期望接收光强度的误差满足预设第一误差范围，包括：

S310，当实际接收光强度与期望接收光强度的差值为负数，增大激光雷达的发射功率；

S320，当实际接收光强度与期望接收光强度的差值为正数，减小激光雷达的发射功率。

具体来说，当实际接收光强度小于期望接收光强度，实际接收光强度与期望接收光强度的差值为负数时，应当增强实际接收光强度。此时，可以通过增大激光雷达的发射功率从而增强激光回波的实际接收光强度。反之，当实际接收光强度大于期望接收光强度，实际接收光强度与期望接收光强度的差值为正数时，应当减小实际接收光强度。此时，可以通过减小激光雷达的发射功率从而减小激光回波的实际接收光强度。

在一个具体的实施例中，调整激光雷达的发射功率具体可以是：调整激光雷达的充能时间以调整激光雷达的发射功率。因此，当实际接收光强度小于期望接收光强度，可以增大激光雷达的冲能时间，以增大激光雷达的发射功率。反之，当实际接收光强度大于期望接收光强度，可以减小激光雷达的冲能时间，以减小激光雷达的发设功率。

在一个具体的实施例中，上述预设第一误差范围为-10％到10％，即激光回波的实际接收光强度相对于期望接收光强度的误差在-10％到10％之间。

即：-10％<＝(实际接收光强度-期望接收光强度)/期望接收光强度<＝10％

本申请还提供一种激光雷达，如图5所示，包括：

光发射模块，用于发射激光。该光发射模块可以是激光发射器。

光接收模块，用于获取激光回波，并对激光回波进行光电转换，从而得到激光回波的实际接收光强度。该光学接收模块可以是光学接收机。

控制模块，与光发射模块和光接收模块电性连接。控制模块与光发射模块电性连接，用于向光发射模块传递控制信号；控制模块还与光接收模块电性连接，用于根据光接收模块传递的回波信号获取实际接收到的激光回波的光强度信息。控制模块设有激光回波的期望接收光强度，以根据实际接收光强度和期望接收光强度的差值，调整激光雷达的发射功率。

上述激光雷达，可以根据激光回波的实际接收光强度和期望接收光强度的差值，对激光雷达的发射功率进行调整，从而使激光回波的实际接收光强度大体等于期望接收光强度。该激光雷达可以使激光回波的实际接收光强度保持相对稳定，从而避免在不同的探测环境里由于激光回波的实际接收光强度变化引起探测精度的波动，进而提升了激光雷达的探测效果。

在一个实施例中，本申请的激光雷达，其光学接收模块具有波形获取单元和实际接收光强度计算单元。其中，波形获取单元用于获取激光回波对应的回波信号的波形。实际接收光强度计算单元用于对激光回波对应的回波信号的波形进行积分，从而得到激光回波的实际接收光强度。

在一个实施例中，如图6所示，上述激光雷达还包括：放大模块。

光接收模块获取激光回波并对其进行光电转换后，得到对应激光回波的电信号。该电信号可以是电流信号或电压信号。放大模块与光接收模块电性连接，以使光接收模块可以向放大模块传递电信号。放大模块用于获取光接收模块传递的电信号，并对其进行线性放大。

控制模块也与放大模块电性连接，以获取放大模块传递的放大后的电信号。控制模块内可以设有处理器，从而对激光回波对应的电信号及放大后的电信号进行处理。

在一个具体的实施例中，该放大模块可以是跨导放大模块。跨导放大模块与光接收模块电性连接。当光接收模块接收到激光回波后，将该激光回波转换为电流信号。跨导放大模块用于获取该电流信号，并将该电流信号转换为电压信号，再对该电压信号进行线性放大，从而完成对激光回波的放大。

在其他的实施例中，控制模块也可以向光接收模块和放大模块传递控制信号，以控制光接收模块和放大模块工作。

在一个实施例中，本申请的激光雷达的控制模块包括：期望接收光强度计算单元。

具体来说，激光雷达的期望接收光强度可以预设，也可以通过该期望接收光强度计算单元进行计算得到。

该期望发光计算单元与光学接收模块及放大模块电性连接，从而获取激光回波的实际接收光强度和经光放大模块放大后的输出功率。实际接受光强度及放大后的输出功率均为电信号。该期望发光计算单元可以通过建立实际接收光强度与输出功率之间的对应关系得到期望接收光强度。具体为：建立实际接收光强度与输出功率之间的对应关系；当实际接收光强度与输出功率之间的对应关系偏离线性关系时，获取偏离时的实际接收光强度为饱和接收光强度。将饱和接收光强度的一半作为期望接收光强度。

在一个具体的实施例中，上述激光雷达，其控制模块为PID(proportion-integral-derivative，比例-积分-微分)控制器。PID控制器是工业控制应用中常见的反馈回路部件，其包括比例单元P、积分单元I和微分单元D。PID控制的基础是比例控制，积分控制消除稳态误差，微分控制加快大惯性系统响应速度以及减弱超调趋势，从而使系统工作在最佳状态。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (7)

1.一种激光雷达的控制方法，其特征在于，包括：

发射激光并获取激光回波，得到对应所述激光回波的实际接收光强度；

获取激光回波的期望接收光强度，包括：获取对应所述实际接收光强度的输出光功率；建立所述实际接收光强度与所述输出光功率之间的对应关系；调整所述激光雷达的发射功率并重复上述步骤；当所述实际接收光强度及所述输出光功率的对应关系偏离线性关系时，将所述实际接收光强度作为饱和接收光强度，获取饱和接收光强度的一半得到激光回波的期望接收光强度；

根据所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值，调整所述激光雷达的发射功率，以使所述激光回波的实际接收光强度相对于所述期望接收光强度的误差满足预设第一误差范围,所述激光回波的实际接收光强度相对于所述期望接收光强度的预设第一误差范围为-10％到10％。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述发射激光并获取激光回波，得到对应所述激光回波的实际接收光强度，包括：

发射激光并获取激光回波的波形；

对所述激光回波的波形进行积分，得到所述对应激光回波的实际接收光强度。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述调整所述激光雷达的发射功率，包括：

调整所述激光雷达的充能时间以调整所述激光雷达的发射功率。

4.根据权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述根据所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值，调整所述激光雷达的发射功率，包括：

当所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值为负数，则调整所述激光发射器的充能时间以增大所述激光雷达的发射功率；

当所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值为正数，则调整所述激光发射器的充能时间以减小所述激光雷达的发射功率。

5.一种激光雷达，其特征在于，包括：

光发射模块，用于发射激光；

光接收模块，用于获取激光回波并对所述激光回波进行光电转换，以得到所述激光回波的实际接收光强度；

控制模块，与所述光发射模块和所述光接收模块电性连接，所述控制模块设有激光回波的期望接收光强度，以根据所述实际接收光强度和所述期望接收光强度的差值，调整所述激光雷达的发射功率；以使所述激光回波的实际接收光强度相对于所述期望接收光强度的误差满足预设第一误差范围,所述激光回波的实际接收光强度相对于所述期望接收光强度的预设第一误差范围为-10％到10％；

所述期望接收光强度的确定过程包括：获取对应所述实际接收光强度的输出光功率；建立所述实际接收光强度与所述输出光功率之间的对应关系；调整所述激光雷达的发射功率并重复上述步骤；当所述实际接收光强度及所述输出光功率的对应关系偏离线性关系时，将所述实际接收光强度作为饱和接收光强度，获取饱和接收光强度的一半得到激光回波的期望接收光强度。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述控制模块为PID控制器。

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，还包括：

放大模块，与所述光接收模块电性连接，以获取所述光接收模块传递的电信号；所述放大模块用于将所述电信号线性放大。

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