CN113050072A - 一种激光雷达测试系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光雷达测试系统及方法，系统包括测试平台、电控直线导轨、电控旋转支架、电控靶标架、靶标、电控喷雾器、电控光源和中央控制器。测试平台包括电控升降平台、电控倾斜台和电控旋转平台。中央控制器控制各个电控设备的工作状态，实现了激光雷达性能测试的自动化；且可实现对视场角、分辨率、测量距离、测距准确度、测距精度、测距灵敏度、测距一致性、反射率准确度、反射率精度、反射率灵敏度、反射率一致性等性能参数的测试，以及还可测试距离、目标反射率、目标尺寸、激光入射角、环境光强、天气等条件对各个性能参数的影响。实现了对激光雷达性能的全面、自动的测试，提高了激光雷达测试的效率和测试数据的可靠性。

Description

一种激光雷达测试系统及方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，更具体地说，涉及一种激光雷达测试系统及方法。
背景技术
激光雷达传感器是一种重要的传感器，在自动驾驶、勘探等领域正发挥着越来越重要的作用。为了选择合适的激光雷达，并为激光点云的处理算法提供参考，需要对激光雷达进行全面的测试。
目前，激光雷达测试没有一套标准化的方法，一种测试方式是将激光雷达安装在车顶，用其测量一定尺寸的靶标和应用场景中的常见目标，在车行驶的过程中记录点云数据，从点云数据中提取出测量距离、分辨率、反射率特性等参数；该方法得到的测试数据不够精确和可靠。还有的一种测试方式是，将靶标放在导轨上，靶标可沿导轨移动，用于测试激光雷达的回波能力、最远/最近测量距离、测距精度、横纵向分辨率、纵向视场角、测距一致性等；该测试方法的测试数据不够全面，且不能测试各影响因素对各性能参数的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种激光雷达测试系统及方法，欲实现对激光雷达性能的全面、自动的测试，以提高激光雷达测试的效率和测试数据的可靠性。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
第一方面，提供了一种激光雷达测试系统，包括：测试平台、电控直线导轨、电控旋转支架、电控靶标架、靶标、电控喷雾器、电控光源和中央控制器；
所述测试平台包括电控升降平台、电控倾斜台和电控旋转平台，所述测试平台的上表面，用于固定待测激光雷达；
所述电控旋转支架安装在所述电控直线导轨上；
所述电控直线导轨包括电机，用于受所述中央控制器控制驱动所述电控旋转支架沿着所述电控直线导轨滑动；
所述电控靶标架与所述电控旋转支架固定连接；
所述电控靶标架，用于安装所述靶标；
所述中央控制器，用于控制所述电控升降平台沿z轴方向升降；
所述中央控制器，还用于控制所述电控倾斜台绕y轴旋转；
所述中央控制器，还用于分别控制所述电控旋转平台和所述电控旋转支架绕z轴旋转；
所述中央控制器，还用于调整所述电控靶标架的宽度或高度；
所述中央控制器，还用于分别控制所述电控喷雾器和所述电控光源的工作状态。
可选的，所述靶标，具体为：
由多个不同反射率部分按照反射率大小依次拼接在一起，且沿反射率变化的方向卷成一个两端各有一个卷轴的靶标。
可选的，所述靶标，还包括：
由不同反射率的小方格拼接在一起的部分，且每两个相邻小方格的反射率之差均相同。
第二方面，提供一种激光雷达测试方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控直线导轨，将待测激光雷达与靶标的距离调节为预设距离值；
通过控制电控靶标架，将靶标尺寸调节为预设宽度；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达，并调节待测激光雷达的俯仰角和方位角；
根据调节待测激光雷达的俯仰角和方位角过程中，待测激光雷达采集到的靶标点云，计算得到待测激光雷达的视场边界。
第三方面，提供一种激光雷达测试方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控直线导轨，将待测激光雷达与靶标的距离调节为预设距离值；
通过控制电控靶标架，将靶标尺寸调节为预设宽度；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达，并获取待测激光雷达采集的靶标点云；
分别对靶标点云的横向和纵向的点数进行计算，得到横向点数和纵向点数；
计算得到横向分辨率为arctan(2W/(L×Nh))，且计算得到纵向分辨率为arctan(2H/(L×Nv))，其中，W为所述预设宽度的一半，H为靶标高度的一半，L为所述预设距离值，Nh为所述横向点数，Nv为所述纵向点数。
第四方面，提供一种激光雷达测试方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达；
通过控制电控靶标架带动靶标的卷轴转动，使得每次测试最近测量距离和最远测量距离时，以靶标的不同反射率部分作为测试靶标，得到不同反射率对应的最近测量距离和最远测量距离；
通过控制电控旋转支架，使得每次测试最近测量距离和最远测量距离时，靶标以不同角度面对待测激光雷达，得到不同入射角度对应的最近测量距离和最远测量距离。
第五方面，提供一种激光雷达测试方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达；
通过控制电控靶标架，使得每次测试最远测量距离时，靶标露出不同尺寸，得到不同尺寸靶标对应的最远测量距离；
保持靶标尺寸不变，通过控制电控倾斜台和电控旋转平台使得按照预设步长改变待测激光雷达的俯仰角和方位角，以使每次测试最近测试距离和最远测量距离时，待测激光雷达不同位置的视场探测靶标，得到待测激光雷达的视场中不同位置对应的最近测量距离和最远测量距离。
第六方面，提供一种激光雷达测试方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达；
通过控制电控靶标架带动靶标的卷轴转动，使得靶标的一个反射率部分作为测试靶标；
根据待测激光雷达采集到的靶标点云，计算得到反射率的测量值；
根据反射率的测量值和实际值，计算得到反射率准确度和精度。
第七方面，提供一种激光雷达测试方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达；
根据各个小方格的反射率的测量值和实际值，计算得到各个反射率对应的反射率准确度和精度；
根据各个小方格的反射率的测量值和实际值，计算得到反射率灵敏度。
第八方面，提供一种激光雷达测试方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达；
控制电控喷雾器的喷雾量不变，并按照预设的步长调节电控光源的发光强度，以使每次测试待测激光雷达的性能参数时，电控光源的发光强度不同，得到不同发光强度对应的性能参数；
控制电控光源的发光强度不变，并按照预设的步长调节电控喷雾器的喷雾量，以使每次测试待测激光雷达的性能参数时，电控喷雾器的喷雾量不同，得到不同喷雾量对应的性能参数。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
上述技术方案提供的一种激光雷达测试系统，包括测试平台、电控直线导轨、电控旋转支架、电控靶标架、靶标、电控喷雾器、电控光源和中央控制器。测试平台包括电控升降平台、电控倾斜台和电控旋转平台，测试平台的上表面，用于固定待测激光雷达。中央控制器控制各个电控设备的工作状态，实现了激光雷达性能测试的自动化；且可实现对视场角、分辨率、测量距离、测距准确度、测距精度、测距灵敏度、测距一致性、反射率准确度、反射率精度、反射率灵敏度、反射率一致性等性能参数的测试，以及还可测试距离、目标反射率、目标尺寸、激光入射角、环境光强、天气等条件对各个性能参数的影响。实现了对激光雷达性能的全面、自动的测试，提高了激光雷达测试的效率和测试数据的可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种激光雷达测试系统的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种靶标的示意图；
图3为图2所示靶标的俯视图；
图4为本发明实施例提供的另一种靶标的示意图；
图5为本发明实施例提供的反射率灰阶卡的示意图；
图6为本发明实施例提供的一种激光雷达测试方法的流程图；
图7为本发明实施例提供的另一种激光雷达测试方法的流程图；
图8为本发明实施例提供的又一种激光雷达测试方法的流程图；
图9为本发明实施例提供的又一种激光雷达测试方法的流程图；
图10为本发明实施例提供的又一种激光雷达测试方法的流程图；
图11为本发明实施例提供的又一种激光雷达测试方法的流程图；
图12为本发明实施例提供的又一种激光雷达测试方法的流程图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1，为本实施例提供的一种激光雷达测试系统，包括：测试平台11、电控直线导轨12、电控旋转支架13、电控靶标架14、靶标15、电控喷雾器16、电控光源17和中央控制器18。测试平台11包括电控旋转平台111、电控倾斜台112和电控升降平台(未示出)。
测试平台11的上表面，用于固定待测激光雷达21。测试平台11的表面设置有一块用于安装待测激光雷达的安装板，其上有合适的螺孔和螺栓，用于固定待测激光雷达；针对不同的待测激光雷达，可以更换相应的安装板，以适配不同的螺栓型号和其他的激光雷达安装方式。
电控旋转支架13安装在电控直线导轨12上。电控直线导轨12沿x轴正方向放置。电控直线导轨12包括电机，用于受中央控制器18控制驱动电控旋转支架13沿着电控直线导轨12滑动。
电控靶标架14与电控旋转支架13固定连接；电控靶标架14，用于安装靶标15。
中央控制器18，用于控制电控升降平台沿z轴方向升降，以调节待测激光雷达的高度；中央控制器18，还用于控制电控倾斜台112绕y轴旋转，电控倾斜台112绕y轴的可旋转范围大于待测激光雷达的纵向视场角；中央控制器18，还用于分别控制电控旋转平台111绕z轴旋转，电控旋转平台111绕z轴的可旋转范围大于或等于待测激光雷达的横向视场角；中央控制器18，还用于调整电控靶标架14的宽度或高度。如图1所示，建立的三维直角坐标系为：原点在待测激光雷达中心，向前为x轴正方向，向左为y轴正方向，向上为z轴正方向。
中央控制器18，还用于控制电控旋转支架13绕自身轴旋转，以改变靶标15面对待测激光雷达21的角度。固定靶标15的电控靶标架14可以为矩形框，矩形框的上下两边或左右两边为导轨，用于调整靶标尺寸。
中央控制器18，还用于分别控制电控喷雾器16和电控光源17的工作状态，以模拟天气和强光源。电控喷雾器16的喷雾量可控，以测试在雨雾天气下的待测激光雷达性能。电控光源17发出的光强也可控，用于测试待测激光雷达在受到自然光、车灯光或其他激光雷达的激光等其它光源干扰时的性能。
待测激光雷达可以是任何一种激光雷达，包括但不限于机械旋转式激光雷达、MEMS激光雷达、Flash激光雷达、OPA激光雷达和液晶激光雷达等。
电控直线导轨12、电控旋转支架13、电控靶标架14、电控旋转平台111、电控倾斜台112和电控升降平台113均包括电机，中央控制器18向这些电控设备分别发送控制信号，以通过控制电机来驱动这些电控设备的工作状态。中央控制器18还向电控喷雾器16和电控光源17分别发送控制信号，控制电控喷雾器16的喷雾量以及控制电控光源17的发光强度。中央控制器18还接收待测激光雷达21采集到的点云数据，以实现待测激光雷达21的性能参数的自动测量。
中央控制器18还可以包括人机交互界面，以便用户设置所需测试的参数。用户根据感兴趣的内容设置好测试内容后，整个测试过程由程序控制上述激光雷达测试系统自动完成。中央控制器18的程序通过控制电机设置各种实验参数，记录相应的原始数据，再从原始数据中计算出相关的激光雷达性能参数，绘制各种变化曲线，从而实现激光雷达测试的自动化，提高测试的效率和准确性。
参见图2和图3，靶标可由一个已知反射率的纸质材质152卷成一个“画卷”，“画卷”两端各有一个卷轴151。卷轴151可嵌入电控靶标架14的矩形框中，由电机控制，可使靶标展开为不同大小。参见图4，靶标还可由多个不同反射率部分153按照反射率大小依次拼接在一起，且沿反射率变化的方向卷成一个两端各有一个卷轴的靶标，可使靶标上不同反射率的部分露出用于测试。
参见图5，为测试激光雷达的反射率灵敏度，由不同反射率的小方格154拼接在一起形成靶标，且每两个相邻小方格154的反射率之差均相同。每个小方格154的反射率不同，按照反射率升序或降序排列，相邻小方格154的反射率差都一样，最小反射率接近0％，最大反射率接近100％，小方格154数量越多越好。图5示出的靶标也称为反射率灰阶卡，用于测出激光雷达的反射率性能在反射率下的一致性。反射率灰阶卡还可以是“画卷”中的一个特殊的靶标，即“画卷”中的一部分。
视场角(Field of Vision,FoV)是指激光雷达能探测到的最大角度范围，分为横向视场角(Horizontal FoV,HFoV)和纵向视场角(Vertical FoV,VFoV)。通常，激光雷达的FoV为矩形，只需测量上下左右的边界即可得到FoV；若激光雷达的FoV为不规则形状，则以一定步长遍历其所有边界即可得到FoV。参见图6所示，为本实施例提供的一种激光雷达测试方法，用于测试激光雷达的视场角，该方法可以包括以下步骤：
S61：中央控制器通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零。
S62：中央控制器通过控制电控直线导轨，将待测激光雷达与靶标的距离调节为预设距离值。
S63：中央控制器通过控制电控靶标架，将靶标尺寸调节为预设宽度。
S64：中央控制器通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度。
S65：中央控制器开启待测激光雷达，并调节待测激光雷达的俯仰角和方位角。
S66：中央控制器根据调节待测激光雷达的俯仰角和方位角过程中，待测激光雷达采集到的靶标点云，计算得到待测激光雷达的视场边界。
矩形的FoV的测试过程为：中央控制器将靶标与待测激光雷达的距离调节为L，使靶标处于待测激光雷达测量范围内；中央控制器将待测激光雷达高度和靶标高度调节为同一高度；中央控制器调节靶标的宽度为2W，高度为2H，则靶标对待测激光雷达的张角在横向和纵向上的分别为2arctan(W/L)和2arctan(H/L)；开启待测激光雷达探测靶标，中央控制器对待测激光雷达采集到的点云数据进行处理，在x轴正方向距离L附近查找靶标的点云，可确定靶标的边界。为测试待测激光雷达的FoV下边缘，中央控制器控制测试平台的俯仰角，使激光雷达的仰角以一定步长不断增大。一开始，整个靶标都在待测激光雷达FoV中；随后靶标下部移出待测激光雷达FoV，待测激光雷达FoV下边缘在靶标上从下到上移动；最后，激光雷达FoV下边缘移动到靶标上边缘，靶标在FoV刚好完全消失，程序记录下此时测试平台的仰角θ1，则激光雷达的下视场为θdown＝θ1–arctan(H/L)。同理可测量待测激光雷达的上视场θup、左视场θleft和右视场θright，由此得到待测激光雷达的整个FoV。
对于FoV不规则的待测激光雷达，以上述方法，在不同的方位角下测上下FoV边界，在不同俯仰角下测左右FoV边界，即可得到完整的FoV。
分辨率是指相邻激光光束之间的夹角，分为横向分辨率和纵向分辨率。常见的机械旋转式激光雷达的横向分辨率是均匀的，即在视场中不同位置的分辨率都相同；有的纵向视场也是均匀的，有的纵向视场不均匀，通常为中间密，两边疏。MEMS激光雷达没有机械旋转式激光雷达的扫描线，但视场中横纵向分辨率是近似均匀的，可按照类似机械旋转式激光雷达的方式测量。还有少量激光雷达的横纵向分辨率都不均匀，需要在视场的不同位置测量分辨率。参见图7，为本实施例提供一种激光雷达测试方法，用于测试分辨率，该方法包括以下步骤：
S71：中央控制器通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零。
S72：中央控制器通过控制电控直线导轨，将待测激光雷达与靶标的距离调节为预设距离值。
S73：中央控制器通过控制电控靶标架，将靶标尺寸调节为预设宽度。
S74：中央控制器通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度。
S75：中央控制器开启待测激光雷达，并获取待测激光雷达采集的靶标点云。
S76：中央控制器分别对靶标点云的横向和纵向的点数进行计算，得到横向点数和纵向点数。
S77：中央控制器计算得到横向分辨率为arctan(2W/(L×Nh))，且计算得到纵向分辨率为arctan(2H/(L×Nv))，其中，W为预设宽度的一半，H为靶标高度的一半，L为预设距离值，Nh为横向点数，Nv为纵向点数。
对于分辨率均匀的待测激光雷达，靶标应该尽量大，包含的点数尽量多，取平均后得到分辨率更准确，减小误差；对于分辨率不均匀的待测激光雷达，也可用大靶标用上述方法测量平均分辨率。为测量分辨率不均匀的激光雷达视场中不同位置的局部分辨率，靶标在分辨率不均匀的方向应尽量小且大于待测分辨率，中央控制器控制测试平台的俯仰角和方位角，使视场的待测位置与靶标重合，用上述计算方法可得该处分辨率。调节俯仰角和方位角，可得到完整的视场不同位置的分辨率。
激光雷达的测量距离有限，存在最近测量距离和最远测量距离。当目标距离激光雷达距离很近时，回波间隔时间很短，回波强度很强，受限于激光雷达内部的信号处理速度、光接收器的动态范围等能力，激光雷达的探测距离无法小到0，通常有几十厘米的最近测量距离。因为目标的反射率和激光的入射角都会影响激光回波的强度，所以目标反射率和激光入射角也会影响激光雷达的最近测量距离，因此目标反射率和激光入射角也是测量激光雷达最近测量距离时需要考虑和设置的参数。当目标距离激光雷达很远时，回波强度很弱，由于发射的激光强度有限、噪声干扰、光接收器灵敏度和增益有限等原因，激光雷达的探测距离不能无限大。因为目标的反射率和激光的入射角都会影响激光回波的强度，所以目标反射率和激光入射角也会影响激光雷达的最远测量距离，因此目标反射率和激光入射角也是测量激光雷达最远测量距离时需要考虑和设置的参数。另外，由于激光雷达的角分辨率有限，当有限大小的目标距离激光雷达很远时，其对激光雷达的张角很小，当距离远到此张角小于激光雷达的分辨率时，就可能没有激光打在该目标上，即使目标能反射激光形成有效的回波，也不能被激光雷达探测到。因此测量激光雷达的最远测量距离时还需测试物体尺寸的影响。另外，有的激光雷达在视场中不同位置的测距能力不同，有的激光雷达的分辨率不均匀，还需在视场的不同位置测量最远测量距离。
参见图8，为本实施例提供的一种激光雷达测试方法，用于测试不同目标反射率和不同入射角度对最近测量距离和最远测量距离的影响，该方法包括以下步骤：
S81：中央控制器通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零。
S82：中央控制器通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度。
S83：中央控制器开启待测激光雷达。
S84：中央控制器通过控制电控靶标架带动靶标的卷轴转动，使得每次测试最近测量距离和最远测量距离时，以靶标的不同反射率部分作为测试靶标，得到不同反射率对应的最近测量距离和最远测量距离。
根据不同反射率对应的最近测量距离，可得到待测激光雷达的最近测量距离随目标反射率的变化曲线；且根据不同反射率对应的最远测量距离，可得到待测激光雷达的最远测量距离随目标反射率的变化曲线。
S85：中央控制器通过控制电控旋转支架，使得每次测试最近测量距离和最远测量距离时，靶标以不同角度面对待测激光雷达，得到不同入射角度对应的最近测量距离和最远测量距离。
根据不同入射角度对应的最近测量距离，可得到待测激光雷达的最近测量距离随入射角度的变化曲线；且根据不同入射角度对应的最远测量距离，可得到待测激光雷达的最远测量距离随如何角度的变化曲线。
测量待测激光雷达的最近测量距离时，将待测激光雷达中心和靶标中心调节为同一高度，使待测激光雷达正对靶标。中央控制器向电控直线导轨的电机发出控制信号，带动靶标从与待测激光雷达距离为0开始，向远离待测激光雷达的方向移动，中央控制器实时处理激光雷达输出的点云数据，在预设的特定区域识别并监测靶标的点云。当距离靶标中心一定的区域范围所有激光光束都有回波时(或预设其他判定条件，如80％的点都有回波，或中心处距离最近的点有回波等)，将此时待测激光雷达与靶标的距离记录为待测激光雷达的最近测量距离。
测量待测激光雷达的最远测量距离时，待测激光雷达中心和靶标中心处于同一高度，待测激光雷达正对靶标。同样地，电机控制导轨使靶标由近及远移动。考虑到待测激光雷达的标称最远测量距离一般能到100m量级，这么长的电控直线导轨难以实现且成本较高，可用无线控制的小车载着靶标运动，通过小车轮速、GPS或惯性导航设备得出小车到待测激光雷达的距离，也可在待测激光雷达旁放置激光测距仪来测量待测激光雷达与靶标的距离作为距离真值。中央控制器在靶标远离待测激光雷达的过程中实时监测靶标点云，当靶标点云消失(或其他预设条件，如靶标上的点数少于10个点)时，记录此时靶标和待测激光雷达的距离，此距离即为待测激光雷达对该靶标的最远测量距离。
参见图9，为本实施例提供的一种激光雷达测试方法，用于测试不同目标尺寸对最远测量距离的影响，以及测试视场的不同位置的最近测量距离和最远测量距离，该方法包括以下步骤：
S91：中央控制器通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零。
S92：中央控制器通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度。
S93：中央控制器开启待测激光雷达。
S94：中央控制器通过控制电控靶标架，使得每次测试最远测量距离时，靶标露出不同尺寸，得到不同尺寸靶标对应的最远测量距离。
S95：中央控制器保持靶标尺寸不变，通过控制电控倾斜台和电控旋转平台使得按照预设步长改变待测激光雷达的俯仰角和方位角，以使每次测试最近测试距离和最远测量距离时，待测激光雷达不同位置的视场探测靶标，得到待测激光雷达的视场中不同位置对应的最近测量距离和最远测量距离。
对于视场中不同位置的测距能力和分辨率不均匀的待测激光雷达，调节测试平台的方位角和俯仰角，以待测激光雷达不同位置的视场探测靶标，可得到整个视场中不同位置的最近测量距离和最远测量距离
测距准确度是指激光雷达测量得到的距离与目标的实际距离的偏差，即测量均值与真实值的差异。测距精度是指测量同一距离时的波动，即多次测量结果的标准差。测距灵敏度也叫测距分辨率，是指激光雷达能测到的最小的距离变化。测距一致性是指上述测距性能在不同距离下测量同一目标，或者在同一距离下测量不同反射率目标的差异。
测试待测激光雷达的测距准确度和精度时，将待测激光雷达中心和靶标中心调节为同一高度，待测激光雷达正对靶标；中央控制器控制并记录电控直线导轨控制数据，从而得到待测激光雷达和靶标的距离的实际值，并使待测激光雷达和靶标的距离在待测激光雷达的测距范围内。中央控制器同时根据靶标点云，计算出靶标上各点的三维坐标，提取各点的x坐标，将各点x坐标的平均值作为距离的测量值减去记录的实际值，得到测距准确度；计算各点x坐标的标准差或方差，作为测距精度。
测试待测激光雷达的灵敏度时，中央控制器控制靶标以一定步长移动，每移动一步，中央控制器利用上述方法计算出靶标上所有点的x坐标平均值，并与第一次计算得到的x坐标平均值对比，变化大小接近靶标移动距离则认为待测激光雷达识别出了距离变化；示例性的，(|d2-d1|-n×dstep)/(n×dstep)＜10％，则认为n×dstep为测距灵敏度，d2为中央控制器第n次控制靶标移动后计算得到的x坐标平均值，d1为中央控制器没有控制靶标移动时计算得到的x坐标平均值，dstep为中央控制器控制靶标移动的距离值。靶标移动的距离从小到大变化，即可找到激光雷达的测距灵敏度。
在不同距离下用同一靶标重复上述实验，可得到待测激光雷达在不同距离下的测距性能一致性，绘制出待测激光雷达测距性能随距离的变化曲线；待测激光雷达测距性能包括测距准确度、测距精度和测距灵敏度。在同一距离下用不同反射率目标重复上述实验，可得到待测激光雷达在不同反射率下的测距性能一致性，绘制出待测激光雷达测距性能随反射率的变化曲线。
反射率准确度时指激光雷达测量得到的反射率与目标的实际反射率的偏差。反射率精度是指测量实际反射率均匀的目标时的波动。反射率灵敏度也叫反射率分辨率，是指激光雷达能测到的最小的反射率变化。反射率一致性是指上述反射率性能在不同距离下测量同一实际反射率均匀的目标，或者在同一距离下测量不同反射率目标的差异。
参见图10，为本实施例提供的一种激光雷达测试方法，用于测量反射率准确度和反射率精度，该方法包括以下步骤：
S101：中央控制器通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零。
S102：中央控制器通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度。
S103：中央控制器开启待测激光雷达。
S104：中央控制器通过控制电控靶标架带动靶标的卷轴转动，使得靶标的一个反射率部分作为测试靶标。
中央控制器控制靶标卷轴的转动，使一定反射率的靶标露出，作为测试靶标，记录该靶标的反射率的实际值。
S105：中央控制器根据待测激光雷达采集到的靶标点云，计算得到反射率的测量值。
中央控制器同时记录靶标上的所有点的数据，提取各点的强度(Intensity)信息，并根据距离计算相应的反射率(Reflectivity)，以计算得到的反射率平均值作为反射率的测量值；有的激光雷达会直接输出反射率信息，不需计算，可直接采用此反射率数据，作为反射率的测量值。
S106：中央控制器根据反射率的测量值和实际值，计算得到反射率准确度和精度。
将反射率的测量值和实际值进行对比，得到反射率准确度。计算各点反射率测量值的标准差或方差，得到反射率精度。
测量反射率灵敏度时，中央控制器控制靶标卷轴得到一定的靶标反射率，以一定步长逐步增大靶标的反射率，每增大一次，计算得到靶标反射率均值，并与第一次计算得到的反射率均值对比，变化大小接近靶标增大的反射率则将此时的实际反射率差为待测激光雷达的反射率灵敏度。示例性的，
(|R2-R1|-n×Rstep)/(n×Rstep)＜10％，则认为n×Rtep为反射率灵敏度，R2为中央控制器第n次控制靶标增大反射率后计算得到的靶标反射率均值，R1为中央控制器没有控制靶标增大反射率时计算得到的靶标反射率均值，Rstep为中央控制器每次控制靶标增大的反射率值。
在不同距离下用同一靶标重复上述实验，可得到待测激光雷达在不同距离下的反射率性能一致性，绘制出激光雷达反射率性能随距离的变化曲线；反射率性能包括反射率准确度、反射率精度和反射率灵敏度。在同一距离下用不同反射率目标重复上述实验，可得到待测激光雷达在不同反射率下的反射率性能一致性，绘制出激光雷达反射率性能随反射率的变化曲线。
除了上述方法测量激光雷达的反射率性能在不同反射率时的一致性，还可以用前述反射率灰阶卡。参见图11，为本实施例提供的一种激光雷达测试方法，用于利用反射率灰阶卡测量反射灵敏度，且测试不同反射率对反射率准确度和反射率精度的影响，该方法包括以下步骤：
S111：中央控制器通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零。
S112：中央控制器通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度。
S113：中央控制器开启待测激光雷达。
S114：中央控制器根据各个小方格的反射率的测量值和实际值，计算得到各个反射率对应的反射率准确度和精度。
测试待测激光雷达的反射率准确度和反射率精度时，中央控制器控制靶标使其露出反射率灰阶卡，分别测量灰阶卡各个小方格中的反射率均值和标准差，可得出反射率准确度和反射率精度随反射率的变化曲线。
S115：中央控制器根据各个小方格的反射率的测量值和实际值，计算得到反射率灵敏度。
测试待测激光雷达的反射率灵敏度时，中央控制器控制靶标使其露出反射率灰阶卡，待测激光雷达记录靶标上所有点的反射率的实际值；并在每个小方格内分别计算反射率的均值作为对应小方格的反射率测量值。对比相邻小方格的反射率测量值，若差值远小于实际的反射率差值，则认为待测激光雷达没有分辨出反射率变化，再对比间隔一个小方格的反射率测量值，以此类推，直到反射率测量值的差值和实际的反射率差值接近时，将实际反射率的差值为待测激光雷达的反射率灵敏度。
激光雷达在使用中会收到环境中各种因素的干扰。干扰主要包括：(1)光的干扰，包括来自其他激光雷达的激光干扰，以及来自阳光或车灯等非激光干扰；(2)天气干扰，包括雨、雪、雾、霾等。这些干扰都可能造成点云中的噪声，有的激光雷达通过硬件和软件的方法对这些噪声进行了滤除，噪声较小，而有的激光雷达没有相应的降噪功能。严重的噪声会造成激光雷达各种性能的下降，如测距范围变小，测距准确度、测距精度、测距灵敏度和测距一致性下降，反射率准确度、反射率精度、反射率灵敏度和反射率一致性下降等，因此需要测试环境干扰对激光雷达的影响。参见图12，为本实施例提供一种激光雷达测试方法，用于测试不同环境干扰对性能参数的影响，该方法包括以下步骤：
S121：中央控制器通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零。
S122：中央控制器通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度。
S123：中央控制器开启待测激光雷达。
S124：中央控制器控制电控喷雾器的喷雾量不变，并按照预设的步长调节电控光源的发光强度，以使每次测试待测激光雷达的性能参数时，电控光源的发光强度不同，得到不同发光强度对应的性能参数。
S125：中央控制器控制电控光源的发光强度不变，并按照预设的步长调节电控喷雾器的喷雾量，以使每次测试待测激光雷达的性能参数时，电控喷雾器的喷雾量不同，得到不同喷雾量对应的性能参数。
中央控制器控制电控靶标架上的电控光源或电控喷雾器，调节发光强度或喷雾量，根据用户感兴趣的激光雷达性能重复上述实验，绘制出激光雷达各种性能参数随干扰光强度或水雾大小的变化曲线。
对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。
在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可，且本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或者组合。
对本发明所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种激光雷达测试系统，其特征在于，包括：测试平台(11)、电控直线导轨(12)、电控旋转支架(13)、电控靶标架(14)、靶标(15)、电控喷雾器(16)、电控光源(17)和中央控制器(18)；
所述测试平台(11)包括电控旋转平台(111)、电控倾斜台(112)和电控升降平台，所述测试平台(11)的上表面，用于固定待测激光雷达(21)；
所述电控旋转支架(13)安装在所述电控直线导轨(12)上；
所述电控直线导轨(12)包括电机，用于受所述中央控制器控制驱动所述电控旋转支架(13)沿着所述电控直线导轨(12)滑动；
所述电控靶标架(14)与所述电控旋转支架(13)固定连接；
所述电控靶标架(14)，用于安装所述靶标(15)；
所述中央控制器(18)，用于控制所述电控升降平台沿z轴方向升降；
所述中央控制器(18)，还用于控制所述电控倾斜台(112)绕y轴旋转；
所述中央控制器(18)，还用于控制所述电控旋转平台(111)绕z轴旋转；
所述中央控制器(18)，还用于控制所述电控旋转支架(13)绕自身轴旋转；
所述中央控制器(18)，还用于调整所述电控靶标架(14)的宽度或高度；
所述中央控制器(18)，还用于分别控制所述电控喷雾器(16)和所述电控光源(17)的工作状态。
2.根据权利要求1所述的激光雷达测试系统，其特征在于，所述靶标(15)，具体为：
由多个不同反射率部分(153)按照反射率大小依次拼接在一起，且沿反射率变化的方向卷成一个两端各有一个卷轴(151)的靶标。
3.根据权利要求2所述的激光雷达测试系统，其特征在于，所述靶标(15)，还包括：
由不同反射率的小方格(154)拼接在一起的部分，且每两个相邻小方格(154)的反射率之差均相同。
4.一种激光雷达测试方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的系统，所述方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控直线导轨，将待测激光雷达与靶标的距离调节为预设距离值；
通过控制电控靶标架，将靶标尺寸调节为预设宽度；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达，并调节待测激光雷达的俯仰角和方位角；
根据调节待测激光雷达的俯仰角和方位角过程中，待测激光雷达采集到的靶标点云，计算得到待测激光雷达的视场边界。
5.一种激光雷达测试方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的系统，所述方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控直线导轨，将待测激光雷达与靶标的距离调节为预设距离值；
通过控制电控靶标架，将靶标尺寸调节为预设宽度；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达，并获取待测激光雷达采集的靶标点云；
分别对靶标点云的横向和纵向的点数进行计算，得到横向点数和纵向点数；
计算得到横向分辨率为arctan(2W/(L×Nh))，且计算得到纵向分辨率为arctan(2H/(L×Nv))，其中，W为所述预设宽度的一半，H为靶标高度的一半，L为所述预设距离值，Nh为所述横向点数，Nv为所述纵向点数。
6.一种激光雷达测试方法，其特征在于，基于如权利要求2所述的系统，所述方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达；
通过控制电控靶标架带动靶标的卷轴转动，使得每次测试最近测量距离和最远测量距离时，以靶标的不同反射率部分作为测试靶标，得到不同反射率对应的最近测量距离和最远测量距离；
通过控制电控旋转支架，使得每次测试最近测量距离和最远测量距离时，靶标以不同角度面对待测激光雷达，得到不同入射角度对应的最近测量距离和最远测量距离。
7.一种激光雷达测试方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的系统，所述方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达；
通过控制电控靶标架，使得每次测试最远测量距离时，靶标露出不同尺寸，得到不同尺寸靶标对应的最远测量距离；
保持靶标尺寸不变，通过控制电控倾斜台和电控旋转平台使得按照预设步长改变待测激光雷达的俯仰角和方位角，以使每次测试最近测试距离和最远测量距离时，待测激光雷达不同位置的视场探测靶标，得到待测激光雷达的视场中不同位置对应的最近测量距离和最远测量距离。
8.一种激光雷达测试方法，其特征在于，基于如权利要求2所述的系统，所述方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达；
通过控制电控靶标架带动靶标的卷轴转动，使得靶标的一个反射率部分作为测试靶标；
根据待测激光雷达采集到的靶标点云，计算得到反射率的测量值；
根据反射率的测量值和实际值，计算得到反射率准确度和精度。
9.一种激光雷达测试方法，其特征在于，基于如权利要求3所述的系统，所述方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达；
根据各个小方格的反射率的测量值和实际值，计算得到各个反射率对应的反射率准确度和精度；
根据各个小方格的反射率的测量值和实际值，计算得到反射率灵敏度。
10.一种激光雷达测试方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的系统，所述方法，包括：
通过控制电控倾斜台和电控旋转平台，将待测激光雷达的俯仰角和方位角均调节为零；
通过控制电控升降平台，将待测激光雷达中心与靶标中心调节为同一高度；
开启待测激光雷达；
控制电控喷雾器的喷雾量不变，并按照预设的步长调节电控光源的发光强度，以使每次测试待测激光雷达的性能参数时，电控光源的发光强度不同，得到不同发光强度对应的性能参数；
控制电控光源的发光强度不变，并按照预设的步长调节电控喷雾器的喷雾量，以使每次测试待测激光雷达的性能参数时，电控喷雾器的喷雾量不同，得到不同喷雾量对应的性能参数。
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