CN114325730A - 一种大视场远距离激光雷达测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种大视场远距离激光雷达测试方法，包括第一扫描模式至第M扫描模式，还包括：在第一扫描模式，根据激光雷达的像素及分辨率，设定第一扫描角度；根据激光雷达振镜在每个扫描角度的停留时间，设定第一激光脉冲次数和第一扫描频率；当完成第N‑1扫描模式的扫描周期后，通过缩小第N‑1扫描角度得到第N扫描角度，通过提高第N‑1激光脉冲次数得到第N激光脉冲次数，且通过降低第N‑1扫描频率得到第N扫描频率，进入到第N扫描模式中；直至进入第M扫描模式；当完成第M扫描模式的扫描周期后，相对应地调整扫描角度、激光脉冲次数和扫描频率，进入到第一扫描模式中；实时将第一扫描模式至第M扫描模式中扫描得到被测物体的数据分别输出至操控台。

Description

一种大视场远距离激光雷达测试方法
技术领域
本发明涉及激光雷达测距领域，更具体的说是，涉及一种大视场远距离激光雷达测试方法。
背景技术
激光雷达使用激光作为信号源，激光被物体反射后，通过接收系统采集回波信号，并与初始信号相比较，得到光信号的时间或相位的变化量，从而获得被测物体距离的位置信息。由于激光具有重复频率高、激光光斑小、能量集中、指向性好等优点。使得激光雷达可以实现对被测物体的远距离、高精度测量。当前，激光雷达在航空航天、遥感探测、测量和智能驾驶等领域都有广泛的应用。激光雷达在应用中，往往需要兼顾大视场与远距离。
激光雷达使用振镜对三维空间进行扫描，并根据激光雷达视场大小确定每次扫描角度由此来确定被测物体的方向，振镜在每一个角度时，激光雷达向所测空间发射激光束，激光雷达发射激光并开始计时，当激光遇到被测物体漫反射产生的回波信号并被雷达探测到，激光雷达计时结束，根据时间测算出被测物体的距离，由于一次激光发射进行测量会受被测物体、天气、距离、光功率等因素的影响，不一定会测到，而且也容易造成误差，需要多次向被测空间发射激光束，根据每次探测到回波信号的时间进行直方图统计，取分布次数最多的时间进行换算距离。距离越远，返回的光信号越弱，要提高激光雷达测试距离，一般通过增大激光器发射功率，或者增大每个角度的激光发射次数以提高统计次数，进而可以获得更远的测试距离，然而受到人眼安全以及激光雷达功耗的限制，激光器功率很难再进一步增加，且激光的发射次数受被测物体距离和每个角度振镜的停留时间限制，同时增大激光发射次数，也会导致激光雷达功耗成倍增大。
发明内容
本发明的目的是提供一种大视场远距离激光雷达测试方法。
本发明要解决的是现有激光雷达在测试过程中存在的问题。
与现有技术相比，本发明技术方案及其有益效果如下：
一种大视场远距离激光雷达测试方法，包括第一扫描模式至第M扫描模式，还包括：在第一扫描模式中，根据激光雷达的像素及分辨率，设定第一扫描角度；根据激光雷达振镜在每个扫描角度的停留时间，设定第一激光脉冲次数和第一扫描频率；当完成第N-1扫描模式的扫描周期后，通过缩小第N-1扫描角度得到第N扫描角度，通过提高第N-1激光脉冲次数得到第N激光脉冲次数，且通过降低第N-1扫描频率得到第N扫描频率，进入到第N扫描模式中；直至进入第M扫描模式，1＜N≤M，且N和M均为整数；当完成第M扫描模式的扫描周期后，相对应地调整扫描角度、激光脉冲次数和扫描频率，进入到第一扫描模式中；实时将第一扫描模式至第M扫描模式中扫描得到被测物体的数据分别输出至操控台。
作为进一步改进的，还包括：当激光雷达检测到被测物体返回的微弱信号时，激光雷达自动缩小扫描角度对准被测物体，同时提高激光脉冲次数，降低扫描频率，直至完全测到被测物体，实时将扫描得到被测物体的数据输出。
作为进一步改进的，直至完全测到被测物体，包括：激光雷达检测到被测物体返回的信号参数满足设定要求。
作为进一步改进的，在上一扫描模式扫描完成后，激光雷达振镜快速连续转动到下一扫描模式的扫描起点，扫描模式切换期间，激光雷达不发射脉冲激光。
作为进一步改进的，在每一扫描模式的扫描周期内，对应的扫描角度根据被测物体多次缩小。
作为进一步改进的，在每一扫描模式的扫描周期内，对应的扫描频率根据被测物体多次缩小。
作为进一步改进的，第N-1扫描模式的像素大于第N扫描模式的像素。
本发明的有益效果为：
本发明克服了传统激光雷达无法同时兼容大视场角和远距离探测，在不增加激光雷达总功耗及激光器发射功率的情况下，通过优化振镜扫描角度及激光脉冲发射次以实现大视场角远距离的探测；
且不同视场角的扫描的分辨率一致，最终输出的图形可以不需要任何后期处理就可以将输出的图形刚好融合在一起，降低了激光雷达的FPGA芯片处理功耗和时间；
本发明通过合理优化现有的激光雷达的运行方法，不需要提高激光器光功率、探测器灵敏度以及激光雷达功率通过优化激光雷达固件程序，即可以保持激光雷达的的大视场角，且有效提高激光雷达的探测距离。
附图说明
图1是本发明提供的一种大视场远距离激光雷达测试方法示意图。
图2是本发明实施例一提供的一种大视场远距离激光雷达测试方法示意图。
具体实施方式
为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例一
参照图1所示，
一种大视场远距离激光雷达测试方法，包括第一扫描模式至第M扫描模式，还包括：在第一扫描模式中，根据激光雷达的像素及分辨率，设定第一扫描角度；根据激光雷达振镜在每个扫描角度的停留时间，设定第一激光脉冲次数和第一扫描频率；当完成第N-1扫描模式的扫描周期后，通过缩小第N-1扫描角度得到第N扫描角度，通过提高第N-1激光脉冲次数得到第N激光脉冲次数，且通过降低第N-1扫描频率得到第N扫描频率，进入到第N扫描模式中；直至进入第M扫描模式，1＜N≤M，且N和M均为整数；当完成第M扫描模式的扫描周期后，相对应地调整扫描角度、激光脉冲次数和扫描频率，进入到第一扫描模式中；实时将第一扫描模式至第M扫描模式中扫描得到被测物体的数据分别输出至操控台。
其中，需要说明的是，例如，当M值为5时，N依次取值2、3、4、5。
参照图2所示，第N-1扫描模式的像素大于第N扫描模式的像素。
采用400列像素的SPAD光电探测器，分辨率为0.3°，最大扫描角度为120°，每个扫描角度激光脉冲发射次数为150次，扫描频率为5Hz，最大角扫描模式为第一扫描模式，进入到第一扫描模式中；
完成第一扫描模式的扫描周期后，减小视场角，使用中心300列像素扫描，此时扫描角度为90°，每个扫描角度激光脉冲次数为200次，扫描频率为4Hz，确定为第二扫描模式，进入到第二扫描模式中；
完成第二扫描模式的扫描周期后，继续减小视场角，使用中心200列像素扫描，此时扫描角度为60°，每个扫描角度脉冲次数为300次，扫描频率为3Hz，确定第三扫描模式，进入到第三扫描模式中；
完成第三扫描模式的扫描周期后，继续减小视场角，使用中心100列像素扫描，此时扫描角度为30°，每个扫描角度脉冲次数为600次，扫描频率为2Hz，确定第四扫描模式，进入到第四扫描模式中；
激光雷达在运行时，扫描镜在扫描时，依次进行第一扫描模式-第二扫描模式-第三扫描模式-第四扫描模式-第一扫描模式扫描，并一直循环，同时每个扫描模式的扫描周期所探测到被测物体的位置进行输出至操控台，由于各个扫描模式的分辨率一致，最终输出的图形可以不需要任何后期处理就可以将输出的图形刚好融合在一起，降低了激光雷达的FPGA芯片处理功耗和时间。
其中，需要说明的是，在上一扫描模式扫描完成后，激光雷达振镜快速连续转动到下一扫描模式的扫描起点，扫描模式切换期间，激光雷达不发射脉冲激光。
实施例二
本实施例和实施例一的不同之处在于，不同扫描模式的像素相同；在每一扫描模式的扫描周期内，对应的扫描角度根据被测物体多次缩小；在每一扫描模式的扫描周期内，对应的扫描频率根据被测物体多次缩小。
在不同扫描模式输出的数据图形中，由于每个扫描角度对应的激光脉冲次数不同会导致不同视场角点云密度有所差别，激光雷达会根据不同视场角的点云密度优化选择激光扫描模式数量。
采用400列像素的SPAD光电探测器，分辨率为0.3°，扫描角度范围120°-90°，每个扫描角度激光脉冲发射次数为150次，扫描频率为5Hz，最大角扫描模式为第一扫描模式，进入到第一扫描模式中；
完成第一扫描模式的扫描周期后，在扫描角度90°-60°范围内，每个扫描角度激光脉冲发射次数为200次，扫描频率为4Hz，设定为第二扫描模式，进入到第二扫描模式中；
完成第二扫描模式的扫描周期后，在扫描角度60°-30°范围内，每个扫描角度激光脉冲发射次数为300次，扫描频率为3Hz，设定为第三扫描模式，进入到第三扫描模式中；
完成第三扫描模式的扫描周期后，在扫描角度30°范围内，每个扫描角度激光脉冲发射次数为600次，扫描频率为2Hz，设定为第四扫描模式，进入到第四扫描模式中。
激光雷达在运行时，扫描镜在扫描时，在一个周期内依次进行第一扫描模式-第二扫描模式-第三扫描模式-第四扫描模式-第三扫描模式-第二扫描模式-第一扫描模式进行扫描后将所测数据输出，由于各个模式的分辨率一致，最终输出的图形可以不需要任何后期处理就可以将输出的图形刚好融合在一起，降低了激光雷达的FPGA芯片处理功耗和时间。
实施例三
本实施例和实施例一的不同之处在于，
在激光雷达扫描过程中，当激光雷达检测到被测物体返回的微弱信号时，激光雷达自动缩小扫描角度对准被测物体，提高激光脉冲次数，降低扫描频率，直至完全测到被测物体，实时将扫描得到被测物体的数据输出。
其中，直至完全测到被测物体，包括：激光雷达检测到被测物体返回的信号参数满足设定要求。
本实施例的工作原理和工作过程等内容可以参照前述实施例相应内容。
以上实施例仅用以解释说明本发明的技术方案而非对其限制。本领域技术人员应当理解，未脱离本发明精神和范围的任何修改和等同替换，均应落入本发明权利要求的保护范围中。

Claims (7)

1.一种大视场远距离激光雷达测试方法，其特征在于，包括第一扫描模式至第M扫描模式，还包括：
在第一扫描模式中，根据激光雷达的像素及分辨率，设定第一扫描角度；根据激光雷达振镜在每个扫描角度的停留时间，设定第一激光脉冲次数和第一扫描频率；
当完成第N-1扫描模式的扫描周期后，通过缩小第N-1扫描角度得到第N扫描角度，通过提高第N-1激光脉冲次数得到第N激光脉冲次数，且通过降低第N-1扫描频率得到第N扫描频率，进入到第N扫描模式中；直至进入第M扫描模式；1＜N≤M，且N和M均为整数；
当完成第M扫描模式的扫描周期后，相对应地调整扫描角度、激光脉冲次数和扫描频率，进入到第一扫描模式中；
实时将第一扫描模式至第M扫描模式中扫描得到被测物体的数据分别输出至操控台。
2.根据权利要求1所述的一种大视场远距离激光雷达测试方法，其特征在于，还包括：
当激光雷达检测到被测物体返回的微弱信号时，激光雷达自动缩小扫描角度对准被测物体，同时提高激光脉冲次数，降低扫描频率，直至完全测到被测物体，实时将扫描得到被测物体的数据输出。
3.根据权利要求2所述的一种大视场远距离激光雷达测试方法，其特征在于，直至完全测到被测物体，包括：
激光雷达检测到被测物体返回的信号参数满足设定要求。
4.根据权利要求1所述的一种大视场远距离激光雷达测试方法，其特征在于，在上一扫描模式扫描完成后，激光雷达振镜快速连续转动到下一扫描模式的扫描起点，扫描模式切换期间，激光雷达不发射脉冲激光。
5.根据权利要求1所述的一种大视场远距离激光雷达测试方法，其特征在于，在每一扫描模式的扫描周期内，对应的扫描角度根据被测物体多次缩小。
6.根据权利要求5所述的一种大视场远距离激光雷达测试方法，其特征在于，在每一扫描模式的扫描周期内，对应的扫描频率根据被测物体多次缩小。
7.根据权利要求1所述的一种大视场远距离激光雷达测试方法，其特征在于，第N-1扫描模式的像素大于第N扫描模式的像素。
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