CN115754981A - 基于振镜的激光控制方法、标定方法、装置和激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于振镜的激光同步控制方法、标定方法、装置和激光雷达。该基于振镜的激光同步控制方法，包括：获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号；获取快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差；根据所述第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的所述激光在预设方向对齐。本申请提供的方案，能够较好实现激光发射与振镜快轴运动的同步控制。

Description

基于振镜的激光控制方法、标定方法、装置和激光雷达

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及基于一种基于振镜的激光同步控制方法、激光同步标定方法、装置和激光雷达。

背景技术

目前，激光雷达的发展方向从旋转式激光雷达转向固态激光雷达。固态激光雷达主要采用的技术包括基于相控阵、三维成像(3D Flash)或MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统)三种技术。其中，基于微机电系统的激光雷达系统，在技术上较容易实现，效果更好，成本更低。

对于基于微机电系统的固态激光雷达，固态激光雷达的关键器件包括电磁式振镜(简称振镜)。振镜的主要工作原理是通过水平扫描和垂直扫描组合成二维扫描，当激光发射到工作的振镜时，振镜将激光反射后射向一整个画幅的每个位置，扫描出一个二维视场。其中振镜的两个扫描方向分别对应快轴方向和慢轴方向，快轴驱动信号驱动振镜在快轴方向做谐振运动。

当激光通过振镜偏转后向外出射，激光的发射周期需要与振镜的快轴运动配合，否则会导致点云的空间坐标在预设方向上错位。但是由于各种原因，无法较好地实现激光发射与振镜快轴运动的同步控制。

发明内容

为解决或部分解决相关技术中存在的问题，本申请提供一种基于振镜的激光同步控制方法、装置和激光雷达，能够较好实现激光发射周期与振镜快轴运动的同步控制。

本申请第一方面提供一种基于振镜的激光同步控制方法，包括：

获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号；

获取快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及

获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差；

根据所述第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的所述激光在预设方向对齐。

在一实施方式中，所述获取快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差，包括：

调整所述快轴驱动信号的频率，将所述快轴反馈信号的幅度达到最大值时所述快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；

调整所述激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，获取所述激光的发射周期和所述快轴驱动信号的相位差，作为第二相位差。

在一实施方式中，所述获取快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差，包括：

获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间被设置为预设值的第二相位差；

调整所述快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，获取所述快轴驱动信号和所述快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

在一实施方式中，所述根据所述第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，包括：

根据所述第一相位差对所述快轴驱动信号和所述快轴反馈信号进行锁相；

根据所述第二相位差对所述激光的发射周期与所述快轴驱动信号进行相位固定。

在一实施方式中，所述根据所述第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的所述激光在预设方向对齐，包括：

根据所述第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，使得在快轴周期内往返经过同一设定点时所发射的激光在垂直方向对齐。

在一实施方式中，所述方法还包括：

所述振镜的最大偏转角度为额定角度时，获取所述快轴反馈信号的参考幅度，闭环调整所述快轴驱动信号的幅度，以使所述振镜的快轴反馈信号的反馈幅度达到所述参考幅度。

本申请第二方面提供一种基于振镜的激光同步控制装置，包括：

信号获取模块，用于获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号；

相位差模块，用于获取快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，

及获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差；

相位处理模块，用于根据所述相位差模块获取的第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的所述激光在预设方向对齐。

在一实施方式中，所述相位差模块包括：

第一相位差模块，用于调整所述快轴驱动信号的频率，将所述快轴反馈信号的幅度达到最大值时所述快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；

第二相位差模块，用于调整所述激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，获取所述激光的发射周期和所述快轴驱动信号的相位差，作为第二相位差。

在一实施方式中，所述相位差模块包括：

第二相位差模块，用于获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间被设置为预设值的第二相位差；

第一相位差模块，用于调整所述快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，获取所述快轴驱动信号和所述快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

本申请第三方面提供一种基于振镜的激光同步标定方法，包括：

获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号；

确定快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及确定激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差；

输出所述第一相位差和所述第二相位差。

在一实施方式中，所述确定快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及确定激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差，包括：

调整所述快轴驱动信号的频率，将所述快轴反馈信号的幅度达到最大值时所述快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；

调整所述激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，确定所述激光的发射周期和所述快轴驱动信号的相位差作为第二相位差。

在一实施方式中，所述确定快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及确定激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差，包括：

确定激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差为预设值；

调整所述快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，确定所述快轴驱动信号和所述快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

本申请第四方面提供一种激光雷达，包括如上所述的基于振镜的激光同步控制装置。

本申请提供的技术方案包括以下有益效果：

本申请提供的技术方案，在获取快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差之后，根据所述第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，使得所述在设定点发射的激光在预设方向对齐。通过上述处理，使得快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的相位差锁定，激光发射周期与振镜的快轴驱动信号之间的相位差锁定，这样在设定点发射的激光在预设方向对齐，激光的发射周期与快轴运动实现了配合，从而较好地实现激光发射周期与振镜快轴运动的同步控制。

进一步的，本申请可以在振镜的最大偏转角度为额定角度时，获取振镜的快轴反馈信号的幅度为参考幅度，闭环调整快轴驱动信号的幅度，以使振镜的快轴反馈信号的反馈幅度达到参考幅度。通过上述处理，从而避免振镜的快轴运动幅度受气压改变的影响，实现振镜工作过程中实时的气压自适应性。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。

附图说明

通过结合附图对本申请示例性实施方式进行更详细地描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本申请示例性实施方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1是本申请实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；

图2是本申请实施例提供的一种MEMS振镜的结构示意图；

图3是本申请实施例的基于振镜的激光同步控制方法的流程示意图；

图4是本申请另一实施例的基于振镜的激光同步控制方法的流程示意图；

图5是本申请实施例的基于振镜的激光同步控制方法中的锁相处理示意图；

图6是本申请实施例的基于振镜的激光同步控制方法中振镜的快轴驱动信号的幅度的闭环调整示意图；

图7是本申请实施例的基于振镜的激光同步控制装置的结构示意图；

图8是本申请另一实施例的基于振镜的激光同步控制装置的结构示意图；

图9是本申请另一实施例提供的基于振镜的激光同步标定方法的流程示意图；

图10是本申请实施例的实现激光对齐与未实现激光对齐的对比示意图；图11是本申请实施例提供的基于振镜的激光同步标定装置的结构示意图；

图12是本申请实施例提供的激光雷达的结构示意图；

图13是本申请另一实施例提供的激光雷达的结构示意图

图14是本申请再一实施例提供的激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。

在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。

应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。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。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

相关技术中，无法较好地实现激光发射与振镜快轴运动的同步控制。本申请提供一种基于振镜的激光同步控制方法，能够较好实现激光发射与振镜快轴运动的同步控制。

以下结合附图详细介绍本申请实施例技术方案。

请参考图1，图1示例性示出了本申请实施例提供的一种激光雷达的结构示意图。如图1所示，激光雷达可以包括：激光发射器110、振镜120、控制器130。其中：激光发射器110，用于发射激光S。振镜120，用于接收并偏转激光发射器110发射的激光S，以改变激光S的出射角度实现扫描。控制器130与激光发射器110、振镜120相连，用于发送发射驱动信号以控制激光发射器110发射激光S、以及发送振镜驱动信号以控制振镜120的运动等。上述振镜120可以是MEMS振镜，接下来结合图2，介绍图1所示的激光雷达中振镜120为MEMS振镜时的结构。具体请参考图2，图2示例性示出了本申请实施例提供的一种MEMS振镜的结构示意图。如图2所示，MEMS振镜可以包括：基座210、线圈框220、镜片230、快轴240、慢轴250和外部磁场260。其中：

基座210，用于固定和安装整个振镜结构，中间为镂空部分，用于容纳运动部件。镜片230，用于反射激光S；同时，镜片230还可以通过在沿快轴和慢轴扭转，以带动激光S对视场(画幅)中各个位置进行扫描。当快轴和慢轴相互垂直且MEMS振镜的慢轴沿水平方向放置时，MEMS振镜沿快轴偏转实现俯仰方向上的扫描，MEMS振镜沿慢轴偏转实现水平方向上的扫描。

线圈框220的左右侧可以通过设置慢轴250和基座210连接，线圈框220的上下侧可以通过设置快轴240和镜片230连接。镜片230绕快轴240进行扭转，线圈框220绕慢轴250进行扭转。在线圈框220产生的电磁力和外部磁场260的共同作用下，实现镜片230在两个方向上的运动。

图3是本申请实施例的基于振镜的激光同步控制方法的流程示意图。

参见图3，该方法包括：

S301、获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号。

当振镜进行扫描时，可以获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号。本申请实施例中的振镜，可以是激光雷达的振镜但不局限于此，也可以是其他应用场景下相关设备中的振镜。其中，驱动信号驱动振镜进行快轴运动和慢轴运动。快轴驱动信号采用正弦驱动信号，使振镜在快轴方向上处于谐振运动状态。慢轴驱动信号采用锯齿波驱动，使振镜在慢轴方向上匀速运动。快轴驱动信号和慢轴驱动信号叠加为驱动信号，采用驱动信号驱动振镜在两个方向上运动。振镜上可以设置有位置反馈装置，位置反馈装置向外输出反馈信号，反馈信号包括快轴反馈信号和慢轴反馈信号。位置反馈装置可以是设置在快轴和慢轴上的位移传感器。

S302、获取快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差。

其中一种方式可以是调整快轴驱动信号的频率，将快轴反馈信号的幅度达到最大值时快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；调整激光的发射周期的相位，当激光在预设方向对齐时，激光的发射周期和快轴驱动信号之间的相位差，作为第二相位差。

也就是说，第一相位差可以为快轴运动处于谐振状态时快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差。以幅度固定的快轴驱动信号驱动振镜运动并获取快轴反馈信号，快轴反馈信号的幅度达到最大值时快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差，即为快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差。固定快轴驱动信号和快轴反馈信号之间的第一相位差，调整激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，激光的发射周期和快轴驱动信号之间的相位差，即为第二相位差。

其中另一种方式可以是获取激光的发射周期与快轴驱动信号之间被设置为预设值的第二相位差；调整快轴驱动信号的频率，当激光在预设方向对齐时，快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。也就是说，可以将激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差设置为预设值。固定激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差，调整快轴驱动信号的频率，使快轴驱动信号和快轴反馈信号之前的相位差调整，在当激光在预设点对齐时，获取快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

S303、根据第一相位差和第二相位差对快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的激光在预设方向对齐。

其中，可以根据第一相位差对快轴驱动信号和快轴反馈信号进行锁相；根据第二相位差对激光的发射周期与快轴驱动信号进行相位固定。

其中，可以根据第一相位差和第二相位差对快轴驱动信号进行相位设置，使得在快轴周期内往返经过同一设定点时所发射的激光在垂直方向对齐。

本申请提供的技术方案，在获取快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差之后，根据第一相位差和第二相位差对快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的激光在预设方向对齐。通过上述处理，使得快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差锁定，激光发射周期与振镜的快轴驱动信号之间的相位差锁定，这样在设定点发射的激光在预设方向对齐，激光的发射周期与快轴运动实现了配合，从而较好地实现激光发射周期与振镜快轴运动的同步控制。

图4是本申请另一实施例的基于振镜的激光同步控制方法的流程示意图。本申请实施例的激光雷达，可以在运行时进行相位差的标定，标定快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及标定激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差。

参见图4，该方法包括：

S401、驱动振镜进行扫描。

本申请实施例中的振镜，可以是上述实施例提供的激光雷达的振镜但不局限于此，也可以是其他应用场景下相关设备中的振镜。通过驱动模块发送的驱动信号可以驱动振镜运动实现扫描。快轴驱动信号和慢轴驱动信号叠加为驱动信号。快轴驱动信号可以采用正弦驱动信号，使振镜在快轴方向上处于谐振运动状态。慢轴驱动信号可以采用锯齿波驱动，使振镜在慢轴方向上进行非谐振的匀速运动。激光雷达处于工作状态时，快轴运动用于水平往复的行扫描，慢轴运动用于上下往复的帧扫描。此外也可以调转方向，行扫描还可以是上下往复的行扫描，帧扫描可以是水平往复的扫描，具体与激光雷达的设置位置有关。

本申请的振镜，可以是微机电系统振镜(MEMS振镜，Micro-Electro-Mechanical-System)。本申请方案中，MEMS振镜可以是一维MEMS振镜或二维MEMS振镜。一维MEMS振镜是可以在一个方向上改变光路方向的MEMS振镜，二维MEMS振镜是可以在两个方向上改变光路方向的MEMS振镜。

S402、获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号。

当激光雷达开启，振镜进行扫描时，可以获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号。

其中，振镜上可以设置有位置反馈装置，位置反馈装置向外输出反馈信号，反馈信号包括快轴反馈信号和慢轴反馈信号。位置反馈装置可以是设置在快轴和慢轴上的位移传感器。一般情况下，振镜的反馈信号也可以是正弦信号。

S403、获取快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差。

其中，快轴反馈信号与快轴驱动信号之间具有相位差。

振镜的快轴运动一般遵循二阶谐振运动，谐振点是能量利用效率最佳的点，一般理想的二阶谐振运动其运动轨迹滞后驱动信号90°相位。也就是说，理想情况下，快轴反馈信号与快轴驱动信号之间的相位差为90°。

本申请实施例其中一种方式，可以是调整快轴驱动信号的频率，将快轴反馈信号的幅度达到最大值时快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差，，作为快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差；

调整激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，获取激光的发射周期和快轴驱动信号的相位差作为第二相位差。也就是说，第一相位差可以为快轴运动处于谐振频率时快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差。反馈信号的谐振点所处的频率为谐振频率，谐振点的相位即为快轴驱动信号和快轴反馈信号之间的第一相位差。

考虑硬件上的延迟，如果要精确知道快轴反馈信号的谐振点的相位一般需要标定。以幅度固定的快轴驱动信号驱动振镜运动并获取快轴反馈信号，快轴反馈信号的幅度达到最大值时对应的频率为谐振点频率，谐振点的相位即为快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差。

锁定快轴驱动信号和快轴反馈信号之间的第一相位差。此时，若调整快轴驱动信号的频率，将会影响锁定的第一相位差。为了简化控制和处理过程，调整激光的发射周期的相位，即调整其与快轴驱动信号之间的相位差。当激光在预设点对齐时，此时激光的发射周期与快轴驱动信号之间的相位关系，符合对激光同步控制的要求，激光雷达在每个快轴周期内往返经过同一设定点时所发射的激光在垂直方向对齐。获取此时激光的发射周期与快轴驱动信号之间的相位差作为第二相位差。

本申请实施例其中另一种方式，可以是获取激光的发射周期与快轴驱动信号之间被设置为预设值的第二相位差；调整快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，获取快轴驱动信号和快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。本申请可以设置第二相位差为预设值，获取激光的发射周期与快轴驱动信号之间设置为预设值的第二相位差。也就是说，可以直接固定激光的发射周期与快轴驱动信号之间的相位差为预设值，例如可以为90°或其它接近90°的相位(例如87°、89°、91°或93°)。

固定快轴驱动信号和激光的发射周期之间的第二相位差。调整快轴驱动信号的频率，即调整快轴驱动信号和快轴反馈信号之间的相位差。如前述，当激光在预设点对齐时，符合对激光同步控制的要求。获取此时快轴驱动信号和快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。这种方式快轴运动的频率可能会稍偏离最佳效率的谐振频率，通过直接将第二相位差设置为预设值，可以减少获取相位的工作量，简化控制和处理。

S404、根据第一相位差对快轴驱动信号和快轴反馈信号进行锁相；根据第二相位差对激光的发射周期与快轴驱动信号进行相位固定，使得在设定点发射的激光在平行于快轴的方向上对齐。

通常，激光雷达处于工作状态时，快轴运动用于水平往复的行扫描，慢轴运动用于上下往复的帧扫描。经过第一锁相和第二锁相后，激光雷达在设定点发射的激光在垂直方向对齐。

其中，可以根据第一相位差对快轴驱动信号和快轴反馈信号进行锁相。锁相是指通过调节驱动信号的频率锁定驱动信号和反馈信号之间的相位差，也即处理器通过调整快轴驱动信号频率，将快轴驱动信号与快轴反馈信号的相位稳定在设定值的一个闭环系统。锁相可以参见图5所示。图5中，快轴驱动信号与快轴反馈信号的第一相位差稳定在90°，则输入比较器的设定相位可以为90°。另一方面，获取振镜的快轴反馈信号，并根据快轴反馈信号获得实时相位，将实时相位也输入比较器。比较器比较设定相位和实时相位后输出相位差值给处理器。处理器根据相位差值调整驱动频率从而调整快轴驱动信号，并将调整后的快轴驱动信号施加给振镜。通过这种方式，实时对快轴驱动信号的频率进行调节，使快轴驱动信号和快轴反馈信号的相位差稳定在第一相位差，实现锁相。

其中，可以根据第二相位差对激光的发射周期与快轴驱动信号进行相位固定。第二相位差可以为预设值，例如可以为90°或其它接近90°的相位(例如87°、89°、91°或93°)，也可以通过调整激光的发射周期的相位以满足同步控制要求来获取。激光的发射周期由发射驱动信号确定，而发射驱动信号和快轴驱动信号不会互相影响且周期相同，因此通过第二相位差可以确定发射驱动信号的起始时间与快轴驱动信号的起始时间之间的时间差。激光雷达的内部设置有系统时钟，处理器可以发送时钟信号给发射驱动模块和振镜驱动模块。发射驱动模块和振镜驱动模块以固定的时间差分别发送快轴驱动信号和发射驱动信号，快轴驱动信号发送给振镜，发射驱动信号发送给激光器，即可固定快轴驱动信号和激光的发射周期之间的第二相位差，实现相位固定。

所谓激光的对齐操作，是指激光雷达在快轴周期内往返经过同一设定点时所发射的激光在垂直方向对齐。例如，可以通过点云数据中被测物体的边沿是否平齐，判断激光在垂直方向是否对齐。在每个快轴周期，往返经过同一设定点时所发射的激光，在垂直方向对齐；在不同的快轴周期，往返经过同一设定点时所发射的激光，也是在垂直方向对齐。

需说明的是，振镜的最大偏转角度为额定角度时，获取快轴反馈信号的参考幅度，闭环调整快轴驱动信号的幅度，以使振镜的快轴反馈信号的反馈幅度达到参考幅度。

快轴工作的频率较高，主要运动阻力是风阻，在不同气压下，风阻是不一样的，这就导致固定的振镜增益，在不同气压下，快轴运动的幅度是不一样的。因为位置反馈装置的快轴位移传感器不受气压影响，本申请可以加以利用。其中，可以利用振镜快轴位移传感器记录振镜的偏转角度，在振镜的最大偏转角度达到额定角度时，获取振镜的快轴反馈信号的幅度为参考幅度，闭环调整快轴驱动信号的幅度，以使振镜的快轴反馈信号的反馈幅度达到参考幅度。通过上述处理，从而避免振镜的快轴运动幅度受气压改变的影响，实现振镜工作过程中实时的气压自适应性。闭环调整输出的振镜的幅度增益的过程，可参见图6，是本申请实施例的基于振镜的激光同步控制方法中振镜的快轴驱动信号的幅度的闭环调整示意图。例如，在振镜的最大偏转角度达到额定角度时，获取振镜的快轴反馈信号的幅度是25，将25作为参考幅度，闭环调整快轴驱动信号的幅度，以使振镜的快轴反馈信号的反馈幅度达到参考幅度，并保持稳定关系。根据参考幅度与实时幅度的比较，可以调整驱动增益，从而调整驱动信号，并将调整后的驱动信号施加给振镜。

还需说明的是，为了维持固定的扫描角度，本申请还可以采取密封处理，使振镜快轴工作的小环境不受外界气压改变影响。或者，可在振镜上安装气压计感知实际气压，然后根据预先写入的查找表或公式计算出需要使用的振镜的快轴驱动信号的幅度增益。也就是说，可以将振镜的工作环境设置为密封环境；或，获取安装在激光雷达的气压传感器所检测的振镜的工作气压，根据工作气压确定振镜的快轴驱动信号的预设幅度增益以供驱动使用。

可以发现，本申请实施例的方案，涉及快轴谐振运动的控制和激光测距时刻的控制，可以使快轴运动处于最佳的谐振效率点，同时满足激光发射在不同环境(温度、气压)下的同步。本申请实施例的方案，在快轴锁相的基础上，可以通过标定锁相相位来实现激光发射周期与振镜快轴运动的同步控制；另外可以利用快轴反馈传感器做幅度闭环，实现气压自适应性，无需增加额外传感器或复杂的密封处理。

上述介绍了本申请实施例的方法流程，相应的，本申请实施例还提供一种基于振镜的激光同步控制装置及激光雷达。

图7是本申请实施例的基于振镜的激光同步控制装置的结构示意图。

参见图7，本申请提供的基于振镜的激光同步控制装置80，包括：信号获取模块81、相位差模块82、相位处理模块83。

信号获取模块81，用于获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号。当振镜进行扫描时，可以获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号。其中，驱动信号驱动振镜进行快轴运动和慢轴运动。快轴驱动信号采用正弦驱动信号，使振镜在快轴方向上处于谐振运动状态。慢轴驱动信号采用锯齿波驱动，使振镜在慢轴方向上匀速运动。快轴驱动信号和慢轴驱动信号叠加为驱动信号，采用驱动信号驱动振镜在两个方向上运动。振镜上可以设置有位置反馈装置，位置反馈装置向外输出反馈信号，反馈信号包括快轴反馈信号和慢轴反馈信号。

相位差模块82，用于获取快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差。其中一种方式可以是调整快轴驱动信号的频率，将快轴反馈信号的幅度达到最大值时快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；调整激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，获取激光的发射周期和快轴驱动信号的相位差作为第二相位差。其中另一种方式可以是获取激光的发射周期与快轴驱动信号之间被设置为预设值的第二相位差；调整快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，获取快轴驱动信号和快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

相位处理模块83，用于根据相位差模块82获取的第一相位差和第二相位差对快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的激光在预设方向对齐。相位处理模块83可以根据第一相位差和第二相位差对快轴驱动信号进行相位设置，使得在快轴周期内往返经过同一设定点时所发射的激光在垂直方向对齐。

本申请提供的基于振镜的激光同步控制装置，在获取快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差之后，根据第一相位差和第二相位差对快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的激光在预设方向对齐。通过上述处理，使得快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差锁定，激光发射周期与振镜的快轴驱动信号之间的相位差锁定，这样在设定点发射的激光在预设方向对齐，激光的发射周期与快轴运动实现了配合，从而较好地实现激光发射周期与振镜快轴运动的同步控制。

图8是本申请另一实施例的基于振镜的激光同步控制装置的结构示意图。

参见图8，本申请提供的基于振镜的激光同步控制装置80，包括：信号获取模块81、相位差模块82、相位处理模块83。其中相位差模块82包括：第一相位差模块821、第二相位差模块822。

其中信号获取模块81、相位处理模块83的功能参见图8描述，此处不再赘述。

在一实施方式中：

第一相位差模块821，用于调整快轴驱动信号的频率，将快轴反馈信号的幅度达到最大值时快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；

第二相位差模块822，用于调整激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，获取激光的发射周期和快轴驱动信号的相位差作为第二相位差。

在一实施方式中：

第二相位差模块822，用于获取激光的发射周期与快轴驱动信号之间被设置为预设值的第二相位差；

第一相位差模块821，用于调整快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，获取快轴驱动信号和快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

基于振镜的激光同步控制装置80，还可以包括：幅度调整模块(图中未示出)。

幅度调整模块，用于在振镜的最大偏转角度为额定角度时，获取快轴反馈信号的参考幅度，闭环调整快轴驱动信号的幅度，以使振镜的快轴反馈信号的反馈幅度达到参考幅度。

图9是本申请另一实施例的基于振镜的激光同步标定方法。本申请实施例的激光雷达，可以如前述实施例在运行时进行相位差的标定，也可以将相位差进行标定后，提前写入激光雷达的寄存器中，在激光雷达运行过程中进行调用。

参见图9，该方法包括：

S501、将激光雷达放置于标定台上，驱动振镜进行扫描。

激光雷达组装后，可以将其置于预设环境中进行多种参数的标定，并将标定结果写入激光雷达寄存器中，以便激光雷达能够准确测量并输出探测结果。通常用于标定的预设环境中设置有标定台和标靶。将激光雷达放置于标定台上，进行第一相位差和第二相位差的标定。

驱动振镜进行扫描，与前述步骤S401相似，此处不再赘述。

S502、获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号。

当激光雷达开启，振镜进行扫描时，可以获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号。步骤S502与前述步骤S402相似，此处不再赘述。

S503、确定快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及确定激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差。

该步骤中，可以是调整快轴驱动信号的频率，将快轴反馈信号的幅度达到最大值时快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；调整激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，确定激光的发射周期和快轴驱动信号的相位差作为第二相位差。

该步骤中，还可以是确定激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差为预设值；调整快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，确定快轴驱动信号和快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

其中，激光的对齐操作，是指激光雷达在快轴周期内往返经过同一设定点时所发射的激光在垂直方向对齐。

例如，为了方便观察激光的位置，可以在激光雷达的前方设置接收屏，一束激光打在接收屏上能够观察到一个激光光点，可参见图10所示。图10是本申请实施例的实现激光对齐与未实现激光对齐的对比示意图。其中，图8中的左边图是实现激光对齐的示意图，图10中的右边图是未实现激光对齐的示意图。图10中的右边图是对应没有调整好的情况，可以看到明显错开的8个激光光点；而图10中的左边图是对应调整好的情况，实现了激光的垂直对齐，此时只看到4个激光光点。

本申请实施例中，在每个快轴周期，往返经过同一设定点时所发射的激光，在垂直方向对齐；在不同的快轴周期，往返经过同一设定点时所发射的激光，也是在垂直方向对齐。

往返经过同一设定点的情况，例如可以是在每个快轴周期首次需要发射激光的时刻延迟90°相位附近选取多个设定点，例如87°、89°、91°或93°等，在延迟270°相位确定273°、271°、269°、267°等作为返回的同一设定点，在往返经过该同一设定点时发射激光，当两处的激光在垂直方向对齐，说明同步对齐是调整到位。

S504、输出第一相位差和第二相位差。

该步骤中，输出已经确定好的快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差。

本申请提供的技术方案，在获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号后，确定快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及确定激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差；输出第一相位差和第二相位差。通过上述处理，使得快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差预先标定，激光发射周期与振镜的快轴驱动信号之间的相位差预先标定，这样激光雷达可直接使用预先标定好的第一相位差和第二相位差，从而实现激光发射周期与振镜快轴运动的同步标定。

图11是本申请实施例提供的基于振镜的激光同步标定装置的结构示意图。

参见图11，一种基于振镜的激光同步标定装置90，包括：获取模块91、相位差确定模块92、输出模块93。

获取模块91，用于获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号。

相位差确定模块92，用于确定快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及确定激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差。

输出模块93，用于输出第一相位差和第二相位差。

相位差确定模块92可以调整快轴驱动信号的频率，将快轴反馈信号的幅度达到最大值时快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；调整激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，确定激光的发射周期和快轴驱动信号的相位差，作为第二相位差。

相位差确定模块92还可以确定激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差为预设值；调整快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，确定快轴驱动信号和快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

本申请提供的基于振镜的激光同步标定装置，在获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号后，确定快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的第一相位差，及确定激光的发射周期与快轴驱动信号之间的第二相位差；输出第一相位差和第二相位差。通过上述处理，使得快轴驱动信号与快轴反馈信号之间的相位差预先标定，激光发射周期与振镜的快轴驱动信号之间的相位差预先标定，这样激光雷达可直接使用预先标定好的第一相位差和第二相位差，从而实现激光发射周期与振镜快轴运动的同步标定。

图12是本申请实施例提供的激光雷达的结构示意图。

参见图12，本申请实施例提供的激光雷达100，包括如上的基于振镜的激光同步控制装置80。基于振镜的激光同步控制装置80的功能和结构可参见图7或图8中的描述，此处不再赘述。

图13是本申请另一实施例提供的激光雷达的结构示意图。

参见图13，本申请实施例提供的激光雷达100，包括如上的基于振镜的激光同步标定装置90。基于振镜的激光同步控制装置90的功能和结构可参见图11中的描述，此处不再赘述。

关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不再做详细阐述说明。

图14是本申请再一实施例提供的激光雷达的结构示意图。

参见图14，激光雷达900包括存储器910和处理器920。

处理器920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。

存储器910可以包括各种类型的存储单元，例如系统内存、只读存储器(ROM)和永久存储装置。其中，ROM可以存储处理器920或者计算机的其他模块需要的静态数据或者指令。永久存储装置可以是可读写的存储装置。永久存储装置可以是即使计算机断电后也不会失去存储的指令和数据的非易失性存储设备。在一些实施方式中，永久性存储装置采用大容量存储装置(例如磁或光盘、闪存)作为永久存储装置。另外一些实施方式中，永久性存储装置可以是可移除的存储设备(例如软盘、光驱)。系统内存可以是可读写存储设备或者易失性可读写存储设备，例如动态随机访问内存。系统内存可以存储一些或者所有处理器在运行时需要的指令和数据。此外，存储器910可以包括任意计算机可读存储媒介的组合，包括各种类型的半导体存储芯片(例如DRAM，SRAM，SDRAM，闪存，可编程只读存储器)，磁盘和/或光盘也可以采用。在一些实施方式中，存储器910可以包括可读和/或写的可移除的存储设备，例如激光唱片(CD)、只读数字多功能光盘(例如DVD-ROM，双层DVD-ROM)、只读蓝光光盘、超密度光盘、闪存卡(例如SD卡、min SD卡、Micro-SD卡等)、磁性软盘等。计算机可读存储媒介不包含载波和通过无线或有线传输的瞬间电子信号。

存储器910上存储有可执行代码，当可执行代码被处理器920处理时，可以使处理器920执行上文述及的方法中的部分或全部。

此外，根据本申请的方法还可以实现为一种计算机程序或计算机程序产品，该计算机程序或计算机程序产品包括用于执行本申请的上述方法中部分或全部步骤的计算机程序代码指令。

或者，本申请还可以实施为一种计算机可读存储介质(或非暂时性机器可读存储介质或机器可读存储介质)，其上存储有可执行代码(或计算机程序或计算机指令代码)，当可执行代码(或计算机程序或计算机指令代码)被电子设备(或服务器等)的处理器执行时，使处理器执行根据本申请的上述方法的各个步骤的部分或全部。

以上已经描述了本申请的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其他普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (13)

1.一种基于振镜的激光同步控制方法，其特征在于，包括：

获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号；

获取快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差；

根据所述第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的所述激光在预设方向对齐。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差，包括：

调整所述快轴驱动信号的频率，将所述快轴反馈信号的幅度达到最大值时所述快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；

调整所述激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，获取所述激光的发射周期和所述快轴驱动信号的相位差，作为第二相位差。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差，包括：

获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间被设置为预设值的第二相位差；

调整所述快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，获取所述快轴驱动信号和所述快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，包括：

根据所述第一相位差对所述快轴驱动信号和所述快轴反馈信号进行锁相；

根据所述第二相位差对所述激光的发射周期与所述快轴驱动信号进行相位固定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的所述激光在预设方向对齐，包括：

根据所述第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，使得在快轴周期内往返经过同一设定点时所发射的激光在垂直方向对齐。

6.根据权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述振镜的最大偏转角度为额定角度时，获取所述快轴反馈信号的参考幅度，闭环调整所述快轴驱动信号的幅度，以使所述振镜的快轴反馈信号的反馈幅度达到所述参考幅度。

7.一种基于振镜的激光同步控制装置，其特征在于，包括：

信号获取模块，用于获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号；

相位差模块，用于获取快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差；

相位处理模块，用于根据所述相位差模块获取的第一相位差和所述第二相位差对所述快轴驱动信号进行相位设置，使得在设定点发射的所述激光在预设方向对齐。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述相位差模块包括：

第一相位差模块，用于调整所述快轴驱动信号的频率，将所述快轴反馈信号的幅度达到最大值时所述快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；

第二相位差模块，用于调整所述激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，获取所述激光的发射周期和所述快轴驱动信号的相位差，作为第二相位差。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述相位差模块包括：

第二相位差模块，用于获取激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间被设置为预设值的第二相位差；

第一相位差模块，用于调整所述快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，获取所述快轴驱动信号和所述快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

10.一种基于振镜的激光同步标定方法，其特征在于，包括：

获取振镜进行扫描时的快轴反馈信号；

确定快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及确定激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差；

输出所述第一相位差和所述第二相位差。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述确定快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及确定激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差，包括：

调整所述快轴驱动信号的频率，将所述快轴反馈信号的幅度达到最大值时所述快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的相位差，作为第一相位差；

调整所述激光的发射周期的相位，当激光在预设点对齐时，确定所述激光的发射周期和所述快轴驱动信号的相位差，作为第二相位差。

12.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述确定快轴驱动信号与所述快轴反馈信号之间的第一相位差，及确定激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差，包括：

确定激光的发射周期与所述快轴驱动信号之间的第二相位差为预设值；

调整所述快轴驱动信号的频率，当激光在预设点对齐时，确定所述快轴驱动信号和所述快轴反馈信号之间的相位差作为第一相位差。

13.一种激光雷达，其特征在于，包括如权利要求7-9任一项所述的基于振镜的激光同步控制装置。

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