CN113391319A - 一种激光雷达外壳的制造方法及激光雷达外壳 - Google Patents

Abstract

本发明适用于雷达技术领域，提供了一种激光雷达外壳的制造方法及激光雷达外壳。其中，该方法包括：确定消像散约束条件；确定消像旋约束条件；确定各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，得到激光雷达外壳的表面参数方程，表面参数方程用于制造消除目标激光雷达的像散和像旋的激光雷达外壳。本发明通过制造的激光雷达外壳可以消除激光雷达的像散和像旋，从而提高激光雷达探测数据的准确性。

Description

一种激光雷达外壳的制造方法及激光雷达外壳

技术领域

本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达外壳的制造方法及激光雷达外壳。

背景技术

激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。目前的激光雷达大多数采用光束旋转扫描探测方案，光束旋转扫描产生的像旋以及激光雷达的固有像散会导致激光雷达的探测结果不够准确。为了提高激光雷达探测结果的准确性，通常将激光雷达的外壳设计为圆筒状，以降低光束旋转扫描产生的像旋，或者在激光雷达内部安装校正透镜组，以校正激光雷达的固有像散。

然而，圆筒状的激光雷达外壳难以校正激光雷达发射光源的固有像散，校正透镜组又不适用于采用光束旋转扫描探测方案的激光雷达，这两种方案均无法有效提高激光雷达探测结果的准确性。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种激光雷达外壳的制造方法及激光雷达外壳，以解决激光雷达探测结果的准确性低下的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种激光雷达外壳的制造方法，包括：

获取目标激光雷达的发射系统的参数，并根据发射系统的参数确定消像散约束条件；

基于消像散约束条件确定第一扫描角度下发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距；第一扫描角度为发射系统发出光束的任一扫描角度；

基于目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件；

基于消像旋约束条件、第一后焦距和第二后焦距确定第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；

基于第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，确定各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；

根据各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，得到激光雷达外壳的表面参数方程，表面参数方程用于制造消除目标激光雷达的像散和像旋的激光雷达外壳。

本发明实施例的第二方面提供了一种激光雷达外壳的制造装置，包括：

第一条件确定模块，用于获取目标激光雷达的发射系统的参数，并根据发射系统的参数确定消像散约束条件；

焦距确定模块，用于基于消像散约束条件确定第一扫描角度下发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距；第一扫描角度为发射系统发出光束的任一扫描角度；

第二条件确定模块，用于基于目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件；

第一半径确定模块，用于基于消像旋约束条件、第一后焦距和第二后焦距确定发射系统在第一扫描角度下对应的激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；

第二半径确定模块，用于基于第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，确定各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；

表面确定模块，用于根据各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，得到激光雷达外壳的表面参数方程，表面参数方程用于制造消除目标激光雷达的像散和像旋的激光雷达外壳。

本发明实施例的第三方面提供了一种激光雷达外壳，激光雷达外壳基于任一项激光雷达外壳的制造方法的步骤制造。

本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如任一项激光雷达外壳的制造方法的步骤。

本发明与现有技术相比存在的有益效果是：

本发明提供了一种激光雷达外壳的制造方法，该方法包括：获取目标激光雷达的发射系统的参数，并根据发射系统的参数确定消像散约束条件；基于消像散约束条件确定第一扫描角度下发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距；第一扫描角度为发射系统发出光束的任一扫描角度；基于目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件；基于消像旋约束条件、第一后焦距和第二后焦距确定第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；基于第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，确定各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；根据各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，得到激光雷达外壳的表面参数方程，表面参数方程用于制造消除目标激光雷达的像散和像旋的激光雷达外壳。本发明考虑像旋和像散对雷达探测准确性的影响，基于消除像散和像旋的条件确定激光雷达外壳的表面参数方程，并通过该表面参数方程制造激光雷达外壳，从而减小激光雷达的像散和像旋，提高激光雷达探测数据的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的激光雷达外壳的制造方法的实现流程图；

图2是本发明实施例提供的激光雷达内部的光束路径示意图；

图3是本发明实施例提供的激光雷达外壳的制造装置的结构示意图；

图4是本发明一个实施例中仿真激光雷达外壳产生后焦距的示意图；

图5是本发明一个实施例中仿真外壳校正激光二极管像散的结果图；

图6是本发明一个实施例中激光雷达外壳面形和不同水平角度的截面示意图；

图7是是本发明一个实施例中校正像散和像旋的结果图；

图8是本发明实施例提供的终端的示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图通过具体实施例来进行说明。

参见图1，其示出了本发明实施例提供的激光雷达外壳的制造方法的实现流程图，详述如下：

步骤101，获取目标激光雷达的发射系统的参数，并根据发射系统的参数确定消像散约束条件。

在本实施例中，目标激光雷达的发射系统可以包括激光二极管、准直透镜以及旋转反射镜。激光光束从激光二极管发出，然后经过准直透镜校准，成为接近平行的光束，最后到达旋转反射镜，经过旋转反射镜的反射到达各个扫描角度，实现对目标的探测。发射系统的参数可以包括激光二极管的工作波长、垂直发散角、水平发散角等，准直透镜的厚度、折射率、入射面曲率半径和出射面曲率半径，以及激光二极管、准直透镜和旋转反射镜的距离。

本实施例中的消像散约束条件用于表述发射系统的参数之间的关系，对发射系统的参数进行调整，直至各个参数的关系满足消像散约束条件，从而降低激光雷达的像散。需要调整的发射系统的参数可以为激光雷达外壳的安装位置、厚度、折射率以及外壳的形状等。

步骤102，基于消像散约束条件确定第一扫描角度下发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距；第一扫描角度为发射系统发出光束的任一扫描角度。

在本实施例中，第一平面可以是子午面，也表示为xoz平面；第二平面可以是弧矢面，也表示为yoz平面。预设一个发射系统发出光束的扫描角度，并依据此扫描角度对应的光束从激光雷达外壳射出的理想出射角度计算光束在第一平面和第二平面的后焦距，从而找到可以满足消像散约束条件的第一后焦距和第二后焦距。同时，基于计算出的第一后焦距和第二后焦距可以进一步确定后续参数，使目标激光雷达的探测准确性达到预期的程度。

步骤103，基于目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件。

在本实施例中，激光雷达在探测目标时需要转动旋转反射镜，使激光光束被反射到不同角度，此时就会产生像旋，影响对扫描空间覆盖的均匀性，也影响目标跟踪瞄准时真实离轴数据的获取。因此，消像旋约束条件就是要保证激光雷达外壳在激光光束到达的各个角度上对激光光束的作用一致。例如，目标激光雷达在水平面内进行旋转扫描，则激光雷达外壳在水平面上需要满足以反射镜为中心轴的旋转对称性。

步骤104，基于消像旋约束条件、第一后焦距和第二后焦距确定第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径。

在本实施例中，目标激光雷达使用第一后焦距和第二后焦距可以满足消像散约束条件，在此基础上，结合消像旋约束条件确定的激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，即可在第一扫描角度下同时降低激光雷达的像散和像旋对探测结果的影响。

步骤105，基于第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，确定各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径。

在本实施例中，由于激光光束是边旋转边进行扫描探测的，在确定第一扫描角度下满足消像散约束条件和消像旋约束条件的内壁曲率半径和外壁曲率半径后，还需要确定其他各个扫描角度下满足消像散约束条件和消像旋约束条件的内壁曲率半径和外壁曲率半径。

步骤106，根据各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，得到激光雷达外壳的表面参数方程，表面参数方程用于制造消除目标激光雷达的像散和像旋的激光雷达外壳。

可选的，基于发射系统的参数确定消像散约束条件包括：

获取目标激光雷达内激光二极管的固有像散；

基于激光二极管的固有像散确定消像散约束条件；

消像散约束条件包括：

f_by＝f_bx+a

其中，f_by表示发射系统在第二平面的第二后焦距，f_bx表示发射系统在第一平面的第一后焦距，a表示激光二极管的固有像散。

在本实施例中，激光二极管的固有像散表现为激光二极管发出的光束在经过准直透镜后的截面为非轴对称的条状，将第一焦距和第二焦距的差值设置为激光二极管的固有像散值，可以对像散起到抑制作用。

可选的，获取目标激光雷达内激光二极管的固有像散包括：

计算

得到激光二极管的固有像散；

其中，

表示光束在第二平面上的束腰大小，ω_y(a)表示发光面处的光束半径，λ表示激光波长。

在本实施例中，激光二极管在子午面上的有源层厚度较小，发出的激光光束远场发散角较大；在弧矢面的有源层厚度较大，发出的激光光束远场发散角较小。因此光束在子午面和弧矢面的束腰位置不同。子午面上激光束快轴的束腰位置通常在腔面，而弧矢面上由于波导效应激光束慢轴的束腰位置在激光腔内部，两个束腰位置的距离就是激光二极管的固有像散。根据基模高斯光束束腰与远场发散角的关系可得到：

其中，ω(z)表示基模高斯光束束腰，θ表示远场发散角，z₀是高斯光束束腰位置，

ω₀表示高斯光束束腰大小，λ表示激光波长。

基于上述公式可以得到：

在一个具体的实施例中，激光二极管的波长为905nm，发光区150×1μm，垂直方向和水平方向的半峰宽发散角为25°×10°，

代入上述公式，则该激光二极管的固有像散为

可选的，基于消像散约束条件确定第一扫描角度下发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距包括：

将发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过激光雷达外壳外表面后与光轴在第一平面的夹角作为第一夹角；

基于第一夹角计算发射系统在第一平面的第一后焦距；

基于发射系统在第一平面的第一后焦距和消像散约束条件计算发射系统在第二平面的第二后焦距。

在本实施例中，第一夹角可以为发射系统在第一扫描角度下发出的光束从激光雷达外壳射出时的理想出射角度，即第一扫描角度下光束在离开激光雷达外壳时与光轴的理想夹角，然后根据第一夹角计算第一后焦距。在计算出第一后焦距后，结合消像散约束条件中第一后焦距、第二后焦距以及固有像散的关系，可以得到第二后焦距。也可以先计算第二后焦距，再根据消像散约束条件计算第一后焦距。

优选的，第一扫描角度取0°。

参照图2，基于第一夹角计算发射系统在第一平面的第一后焦距包括：

计算

得到发射系统在第一平面的第一后焦距；

其中，ux1表示第一夹角，ux1′表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过激光雷达外壳内表面后与光轴在第一平面的夹角，ux2表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜外表面后与光轴在第一平面的夹角，ux2′表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜内表面后与光轴在第一平面的夹角，ux3表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜内表面前与光轴在第一平面的夹角，hx1表示第一交点和光轴在第一平面的距离，第一交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束与激光雷达外壳外表面的交点；hx2表示第二交点和光轴在第一平面的距离，第二交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过激光雷达外壳内表面的交点；hx3表示第三交点和光轴在第一平面的距离，第三交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过准直透镜外表面的交点；hx4表示第四交点和光轴在第一平面的距离，第四交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过准直透镜内表面的交点；n表示激光雷达外壳的折射率，t表示准直透镜外表面与旋转反射镜中心的距离，n0表示准直透镜的折射率，r1表示准直透镜外表面的曲率半径，r2表示准直透镜内表面的曲率半径，d0表示准直透镜的厚度。

在本实施例中，计算得到在第一扫描角度下可以得到第一夹角的后焦距，具体可以是通过激光光束经过各个角度变化点时的角度关系进行倒推。例如，在子午面上，取第一扫描角度的值为0°，对应的第一夹角ux1也为0°，据此计算ux1′，再以此类推，直至计算出hx4与ux3，再根据三角函数对应关系，计算出f_bx。

本实施例中的计算步骤同样适用于弧矢面，对应的计算公式为：

其中，uy1表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过激光雷达外壳外表面后与光轴在第二平面的夹角，uy1′表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过激光雷达外壳内表面后与光轴在第二平面的夹角，uy2表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜外表面后与光轴在第二平面的夹角，uy2′表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜内表面后与光轴在第二平面的夹角，uy3表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜内表面前与光轴在第二平面的夹角，hy1表示第五交点和光轴在第二平面的距离，第五交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束与激光雷达外壳外表面的交点；hy2表示第六交点和光轴在第二平面的距离，第六交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过激光雷达外壳内表面的交点；hy3表示第七交点和光轴在第二平面的距离，第七交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过准直透镜外表面的交点；hy4表示第八交点和光轴在第二平面的距离，第八交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过准直透镜内表面的交点。

可选的，基于目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件包括：

若目标激光雷达的运行方式为旋转扫描，则消像旋约束条件为：

其中，rx1表示激光雷达外壳外壁在第一平面的曲率半径，rx2表示激光雷达外壳内壁在第一平面的曲率半径，ry1表示激光雷达外壳外壁在第二平面的曲率半径，ry2表示激光雷达外壳内壁在第二平面的曲率半径，t1表示旋转反射镜中心到激光雷达外壳内壁的距离，d表示激光雷达外壳的厚度。

本实施例中的ry2在确定第一后焦距和第二后焦距后，基于角度关系计算得到。在其他实施例中，激光雷达外壳的运行方式还可以是钟摆式、章动式和光纤扫描式，不同的运行方式对应不同程度的像旋，消像旋约束条件需要根据具体情况确定。

可选的，激光雷达外壳的表面参数方程包括内表面参数方程和外表面参数方程；

内表面参数方程为：

外表面参数方程为：

其中，y表示激光雷达外壳的表面参数方程的自变量，α表示发射系统的扫描角度。

在本实施例中，第一扫描角度下满足消像散约束条件的激光雷达外壳曲率半径在近轴区构成双圆锥曲面，即在两个正交的截面内存在不同的曲率半径。由于激光光束旋转扫描会产生像旋，双圆锥曲面还无法在其他扫描角度内有效地校正像散，需要使双圆锥曲面的主轴随扫描角度的变化而变化，因此将前述公式结合整理，可以得到本实施例中的表面参数方程。该表面参数方程对应的激光雷达外壳可以在各个扫描角度校正激光雷达的像散和像旋。

由上可知，本发明首先获取目标激光雷达的发射系统的参数，并根据发射系统的参数确定消像散约束条件；基于消像散约束条件确定第一扫描角度下发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距；第一扫描角度为发射系统发出光束的任一扫描角度；基于目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件；然后基于消像旋约束条件、第一后焦距和第二后焦距确定第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；最后基于第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，确定各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；根据各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，得到激光雷达外壳的表面参数方程，表面参数方程用于制造消除目标激光雷达的像散和像旋的激光雷达外壳。本发明考虑像旋和像散对雷达探测准确性的影响，基于消除像散和像旋的条件确定激光雷达外壳的表面参数方程，并通过该表面参数方程制造激光雷达外壳，从而减小激光雷达的像散和像旋，提高激光雷达探测数据的准确性。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。

以下为本发明的装置实施例，对于其中未详尽描述的细节，可以参考上述对应的方法实施例。

图3示出了本发明实施例提供的激光雷达外壳的制造装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

如图3所示，激光雷达外壳的制造装置3包括：

第一条件确定模块31，用于获取目标激光雷达的发射系统的参数，并根据所述发射系统的参数确定消像散约束条件；

焦距确定模块32，用于基于所述消像散约束条件确定第一扫描角度下所述发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距；所述第一扫描角度为所述发射系统发出光束的任一扫描角度；

第二条件确定模块33，用于基于所述目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件；

第一半径确定模块34，用于基于所述消像旋约束条件、所述第一后焦距和所述第二后焦距确定所述发射系统在所述第一扫描角度下对应的激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；

第二半径确定模块35，用于基于所述第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，确定各个扫描角度下所述激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；

表面确定模块36，用于根据各个扫描角度下所述激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，得到所述激光雷达外壳的表面参数方程，所述表面参数方程用于制造消除所述目标激光雷达的像散和像旋的激光雷达外壳。

可选的，第一条件确定模块31包括：

像散获取单元，用于获取目标激光雷达内激光二极管的固有像散；

第一条件确定单元，用于基于激光二极管的固有像散确定消像散约束条件；

消像散约束条件包括：

f_by＝f_bx+a

其中，f_by表示发射系统在第二平面的第二后焦距，f_bx表示发射系统在第一平面的第一后焦距，a表示激光二极管的固有像散。

可选的，像散获取单元具体用于：

计算

得到激光二极管的固有像散；

其中，

表示光束在第二平面上的束腰大小，ω_y(a)表示发光面处的光束半径，λ表示激光波长。

可选的，焦距确定模块32包括：

第一夹角确定单元，用于将发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过激光雷达外壳外表面后与光轴在第一平面的夹角作为第一夹角；

第一后焦距计算单元，用于基于第一夹角计算发射系统在第一平面的第一后焦距；

第二后焦距计算单元，用于基于发射系统在第一平面的第一后焦距和消像散约束条件计算发射系统在第二平面的第二后焦距。

可选的，第一后焦距计算单元具体用于：

计算

得到发射系统在第一平面的第一后焦距；

其中，ux1表示第一夹角，ux1′表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过激光雷达外壳内表面后与光轴在第一平面的夹角，ux2表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜外表面后与光轴在第一平面的夹角，ux2′表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜内表面后与光轴在第一平面的夹角，ux3表示发射系统在第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜内表面前与光轴在第一平面的夹角，hx1表示第一交点和光轴在第一平面的距离，第一交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束与激光雷达外壳外表面的交点；hx2表示第二交点和光轴在第一平面的距离，第二交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过激光雷达外壳内表面的交点；hx3表示第三交点和光轴在第一平面的距离，第三交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过准直透镜外表面的交点；hx4表示第四交点和光轴在第一平面的距离，第四交点为发射系统在第一扫描角度下发出的光束在经过准直透镜内表面的交点；n表示激光雷达外壳的折射率，t表示准直透镜外表面与旋转反射镜中心的距离，n0表示准直透镜的折射率，r1表示准直透镜外表面的曲率半径，r2表示准直透镜内表面的曲率半径，d0表示准直透镜的厚度。

可选的，第二条件确定模块33具体用于：

若目标激光雷达的运行方式为旋转扫描，则消像旋约束条件为：

其中，rx1表示激光雷达外壳外壁在第一平面的曲率半径，rx2表示激光雷达外壳内壁在第一平面的曲率半径，ry1表示激光雷达外壳外壁在第二平面的曲率半径，ry2表示激光雷达外壳内壁在第二平面的曲率半径，t1表示旋转反射镜中心到激光雷达外壳内壁的距离，d表示激光雷达外壳的厚度。

可选的，激光雷达外壳的表面参数方程包括内表面参数方程和外表面参数方程；

内表面参数方程为：

外表面参数方程为：

其中，y表示激光雷达外壳的表面参数方程的自变量，α表示发射系统的扫描角度。

由上可知，本发明首先获取目标激光雷达的发射系统的参数，并根据发射系统的参数确定消像散约束条件；基于消像散约束条件确定第一扫描角度下发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距；第一扫描角度为发射系统发出光束的任一扫描角度；基于目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件；然后基于消像旋约束条件、第一后焦距和第二后焦距确定第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；最后基于第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，确定各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；根据各个扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，得到激光雷达外壳的表面参数方程，表面参数方程用于制造消除目标激光雷达的像散和像旋的激光雷达外壳。本发明考虑像旋和像散对雷达探测准确性的影响，基于消除像散和像旋的条件确定激光雷达外壳的表面参数方程，并通过该表面参数方程制造激光雷达外壳，从而减小激光雷达的像散和像旋，提高激光雷达探测数据的准确性。

参照图4，在一个具体的实施例中，使用曲率半径为19mm、厚度4mm、BK7材料的平凸准直透镜在zemax序列模式下进行建模仿真，通过曲率半径rx1＝22mm、rx2＝20mm，ry1＝20mm、ry2＝18mm的PMMA激光雷达外壳，对工作波长905nm、固有像散0.50mm的激光二极管在两个正交平面分别产生36.861mm的第一后焦距和37.367mm的第二后焦距，两个后焦距的差值为0.50mm正好对应于激光二极管的像散值，能够有效地消除0.50mm像散对光束准直的影响，如图5所示。

根据上述参数的激光二极管以及图4中zemax序列模式下的透镜参数，建立非序列模式下通过激光雷达外壳校正激光二极管像散的仿真模型。图5的仿真结果表明，在没有引入本发明中的激光雷达外壳的情况下，0.50mm像散的激光二极管经过BK7材料的准直透镜后，由于固有像散的影响，在20m接收探测器位置呈现出如图5A所示的非对称的椭圆形光斑。根据上面计算的结果，在t1＝20mm处放置相应的双圆锥PMMA材料的外壳后，激光二极管0.5mm的固有像散被有效地校正，在20m接收探测器位置呈现出如图5B所示的对称的圆形光斑。

为了能够在不同扫描角度有效地校正像散，需要考虑光束旋转扫描所产生的像旋问题，因此需要确定各个扫描角度下激光雷达外壳在子午面和弧矢面的曲率半径。图6示出激光雷达在水平面上进行旋转扫描探测，其方位角度分别为0°(yoz平面)、45°和90°(xoz平面)时的外壳截面，从截面可知yoz平面上外壳曲率半径ry1＝20mm、ry2＝18mm小于xoz平面上外壳曲率半径rx1＝22mm、rx2＝20mm，并且厚度保持一致，中间45°截面是两个正交截面的曲率半径rx1、rx2，ry1、ry2的主轴也随着扫描角度变化而变化的过渡区。

图7是zemax非序列模式下仿真激光雷达外壳面形校正像散和像旋的结果图。将图6中的激光雷达表面参数通过ProE结构建模，结合zemax非序列模式仿真激光雷达外壳面形校正像散和像旋的效果。在没有加入激光雷达外壳时，由于激光二极管的固有像散，在20m接收探测器位置呈现出与图5A类似的非对称的椭圆形光斑。准直光束通过反射镜旋转扫描时，该椭圆形光斑的主轴也随着反射镜旋转相应的角度而产生像旋现象，扫描角度为30°、45°、60°和90°时在接收探测器感光面上显示出相应的光斑旋转情况，如图7A所示。系统引入图6中计算出的激光雷达外壳后，外壳同样采用PMMA材料，仿真结果表明，905nm波长激光二极管0.5mm的固有像散和像旋被有效地校正，扫描角度为30°、45°、60°和90°时在20m接收探测器位置呈现出对称的圆形光斑，如图7B所示。

图8是本发明一实施例提供的终端的示意图。如图8所示，该实施例的终端8包括：处理器80、存储器81以及存储在所述存储器81中并可在所述处理器80上运行的计算机程序82。所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述各个激光雷达外壳的制造方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至步骤106。或者，所述处理器80执行所述计算机程序82时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图3所示单元31至36的功能。

示例性的，所述计算机程序82可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器81中，并由所述处理器80执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序82在所述终端3中的执行过程。

所述终端8可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述终端可包括，但不仅限于，处理器80、存储器81。本领域技术人员可以理解，图8仅仅是终端8的示例，并不构成对终端8的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述终端还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。

所称处理器80可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。

所述存储器81可以是所述终端8的内部存储单元，例如终端8的硬盘或内存。所述存储器81也可以是所述终端8的外部存储设备，例如所述终端8上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)，安全数字(Secure Digital，SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器81还可以既包括所述终端8的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器81用于存储所述计算机程序以及所述终端所需的其他程序和数据。所述存储器81还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/终端实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达外壳的制造方法，其特征在于，包括：

获取目标激光雷达的发射系统的参数，并根据所述发射系统的参数确定消像散约束条件；

基于所述消像散约束条件确定第一扫描角度下所述发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距；所述第一扫描角度为所述发射系统发出光束的任一扫描角度；

基于所述目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件；

基于所述消像旋约束条件、所述第一后焦距和所述第二后焦距确定所述第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；

基于所述第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，确定各个扫描角度下所述激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；

根据各个扫描角度下所述激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，得到所述激光雷达外壳的表面参数方程，所述表面参数方程用于制造消除所述目标激光雷达的像散和像旋的激光雷达外壳。

2.根据权利要求1所述的激光雷达外壳的制造方法，其特征在于，所述基于所述发射系统的参数确定消像散约束条件包括：

获取所述目标激光雷达内激光二极管的固有像散；

基于所述激光二极管的固有像散确定所述消像散约束条件；

所述消像散约束条件包括：

f_by＝f_bx+a

其中，f_by表示所述发射系统在第二平面的第二后焦距，f_bx表示所述发射系统在第一平面的第一后焦距，a表示所述激光二极管的固有像散。

3.根据权利要求2所述的激光雷达外壳的制造方法，其特征在于，所述获取所述目标激光雷达内激光二极管的固有像散包括：

计算

得到激光二极管的固有像散；

其中，ω_0y表示光束在第二平面上的束腰大小，ω_y(a)表示发光面处的光束半径，λ表示激光波长。

4.根据权利要求2所述的激光雷达外壳的制造方法，其特征在于，所述基于所述消像散约束条件确定所述第一扫描角度下所述发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距包括：

将所述发射系统在所述第一扫描角度下发出的光束在经过激光雷达外壳外表面后与光轴在第一平面的夹角作为第一夹角；

基于所述第一夹角计算所述发射系统在第一平面的第一后焦距；

基于所述发射系统在第一平面的第一后焦距和所述消像散约束条件计算所述发射系统在第二平面的第二后焦距。

5.根据权利要求4所述的激光雷达外壳的制造方法，其特征在于，所述基于所述第一夹角计算所述发射系统在第一平面的第一后焦距包括：

计算

得到所述发射系统在第一平面的第一后焦距；

其中，ux1表示所述第一夹角，ux1′表示所述发射系统在所述第一扫描角度下发出的光束经过激光雷达外壳内表面后与光轴在第一平面的夹角，ux2表示所述发射系统在所述第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜外表面后与光轴在第一平面的夹角，ux2′表示所述发射系统在所述第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜内表面后与光轴在第一平面的夹角，ux3表示所述发射系统在所述第一扫描角度下发出的光束经过准直透镜内表面前与光轴在第一平面的夹角，hx1表示第一交点和光轴在第一平面的距离，所述第一交点为所述发射系统在所述第一扫描角度下发出的光束与激光雷达外壳外表面的交点；hx2表示第二交点和光轴在第一平面的距离，所述第二交点为所述发射系统在所述第一扫描角度下发出的光束在经过激光雷达外壳内表面的交点；hx3表示第三交点和光轴在第一平面的距离，所述第三交点为所述发射系统在所述第一扫描角度下发出的光束在经过准直透镜外表面的交点；hx4表示第四交点和光轴在第一平面的距离，所述第四交点为所述发射系统在所述第一扫描角度下发出的光束在经过准直透镜内表面的交点；n表示激光雷达外壳的折射率，t表示准直透镜外表面与旋转反射镜中心的距离，n0表示准直透镜的折射率，r1表示准直透镜外表面的曲率半径，r2表示准直透镜内表面的曲率半径，d0表示准直透镜的厚度。

6.根据权利要求1所述的激光雷达外壳的制造方法，其特征在于，所述基于所述目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件包括：

若所述目标激光雷达的运行方式为旋转扫描，则所述消像旋约束条件为：

其中，rx1表示激光雷达外壳外壁在第一平面的曲率半径，rx2表示激光雷达外壳内壁在第一平面的曲率半径，ry1表示激光雷达外壳外壁在第二平面的曲率半径，ry2表示激光雷达外壳内壁在第二平面的曲率半径，t1表示旋转反射镜中心到激光雷达外壳内壁的距离，d表示激光雷达外壳的厚度。

7.根据权利要求1所述的激光雷达外壳的制造方法，其特征在于，所述激光雷达外壳的表面参数方程包括内表面参数方程和外表面参数方程；

所述内表面参数方程为：

所述外表面参数方程为：

其中，y表示激光雷达外壳的表面参数方程的自变量，α表示发射系统的扫描角度。

8.一种激光雷达外壳的制造装置，其特征在于，包括：

第一条件确定模块，用于获取目标激光雷达的发射系统的参数，并根据所述发射系统的参数确定消像散约束条件；

焦距确定模块，用于基于所述消像散约束条件确定第一扫描角度下所述发射系统第一平面的第一后焦距和第二平面的第二后焦距；所述第一扫描角度为所述发射系统发出光束的任一扫描角度；

第二条件确定模块，用于基于所述目标激光雷达的运行方式确定消像旋约束条件；

第一半径确定模块，用于基于所述消像旋约束条件、所述第一后焦距和所述第二后焦距确定所述发射系统在所述第一扫描角度下对应的激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；

第二半径确定模块，用于基于所述第一扫描角度下激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，确定各个扫描角度下所述激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径；

表面确定模块，用于根据各个扫描角度下所述激光雷达外壳的内壁曲率半径和外壁曲率半径，得到所述激光雷达外壳的表面参数方程，所述表面参数方程用于制造消除所述目标激光雷达的像散和像旋的激光雷达外壳。

9.一种激光雷达外壳，其特征在于，所述激光雷达外壳基于上述权利要求1至7中任一项所述激光雷达外壳的制造方法的步骤制造。

10.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上的权利要求1至7中任一项所述激光雷达外壳的制造方法的步骤。

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