CN213658966U - 一种增强激光雷达接收的标点及装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及激光雷达技术领域，提供了一种增强激光雷达接收的标点及装置，标点设置在待测物体之中，呈锥形结构，具体由一个镂空的内反射曲面镜构成；其中，锥形结构横截面的角度为90±2°，使得入射光线从任意角度入射到锥形标点内部时，反射光线均能沿着与入射光线平行的方向出射。上述结构可提高标点被激光雷达发现的概率，使得入射光线从任意角度入射到锥形标点内部时，反射光线总是能沿着与入射光线平行的方向出射，由于光路可逆原理，则探测器可以接收到大部分反射光束，极大提高激光雷达的探测能力。
Description
【技术领域】
本实用新型涉及激光雷达技术领域，更具体地，涉及一种增强激光雷达接收的标点及装置。
【背景技术】
近几年激光雷达技术发展迅速，已广泛用于测绘、军事、地图等方面。激光雷达通过发射激光和接收反射激光之间的关系，来确定测量目标的距离、形状、状态等指标。其中，激光雷达的探测距离是其非常重要的指标。在军事领域，探测距离越远，说明该激光雷达系统的预警时间越长，更有利于发现敌情，而激光雷达的探测距离又与环境、天气、待探测物体的性质等均有较大关系。
激光雷达有一种比较典型的应用场景，就是在远距离的待探测区域放置一个标点来定位，让激光雷达能够尽可能地发现该标点。在利用激光雷达对标点进行探测时，标点通常是隐藏在待测物体之中，激光雷达发出的光束投射到待测物体之上，经待测物体反射之后的光束被探测接收。一般来讲，待测物体都是表面形状不规则的物体，则激光光束投射到待测物体表面之后会发生漫反射，能够垂直反射按照原光路返回的能量只占总的出射功率的小部分。所以要提高激光雷达的探测能力，就会要求增大激光器的出射功率，或者提高探测器的灵敏度，这些措施都会增加系统的成本。
在这种情况下，一种有效的方法就是对待测物体中的标点做相应的设计，使得标点能够脱离周围环境而被激光雷达探测到，即提高该标点被激光雷达发现的概率，使其能够应用于雷达搜索、定位、引导等军事用途。鉴于此，本实用新型提供了一种增强激光雷达接收的标点设计，可极大地提高标点被激光雷达发现的概率。
【实用新型内容】
针对待测物体表面形状不规则，激光光束投射到待测物体表面之后会发生漫反射，激光雷达探测能量低的问题，本实用新型提供了一种增强激光雷达接收的标点设计，目的在于使标点脱离周围环境而被激光雷达探测到，极大地提高标点被激光雷达发现的概率。
本实用新型通过如下技术方案达到上述目的：
一方面，本实用新型提供了一种增强激光雷达接收的标点，标点11设置在待测物体12之中，呈锥形结构，具体由一个镂空的内反射曲面镜构成；
其中，锥形结构横截面的角度为90±2°，使得入射光线从任意角度入射到锥形标点11内部时，反射光线均能沿着与入射光线平行的方向出射。
优选地，所述标点11的内反射曲面镜的表面镀有特定反射膜，用于提高对特定波长光束的反射率。
优选地，所述标点11设置在所述待测物体12的中间区域。
优选地，所述标点11通过安装座13固定设置在所述待测物体12上；
其中，所述安装座13表面对应所述标点11设有锥形的标点安装孔131，以便将所述标点11耦合安装在安装孔131内；所述安装座13的底面固定在所述待测物体12上。
优选地，所述安装座13的底面形状与所述待测物体12表面形状相耦合。
优选地，所述标点11以平面排列的方式设置多个，且多个标点11的锥形开口均朝向入射光线的方向，以便接收入射光线。
优选地，所述多个标点11通过安装座13固定设置在所述待测物体12上；
所述安装座13表面设有平面排列的多个标点安装孔131，所述标点安装孔131呈锥形，以便将所述多个标点11耦合安装在对应的安装孔131内；所述安装座13的底面固定在所述待测物体12上。
优选地，所述标点11以球面排列的方式设置多个，且每个标点11的锥形开口均朝向球心外侧，以便接收入射光线。
第二方面，本实用新型提供了一种增强激光雷达接收的装置，包括标点11和激光雷达系统，所述标点11设置在待测物体12之中；
所述激光雷达系统包括激光发射器21、反射镜22、聚焦透镜23和探测器24，所述激光发射器21发射的光线经所述反射镜22反射后投射到所述标点11上，所述标点11反射回的光线经所述聚焦透镜23后汇聚到所述探测器24上；
所述标点11呈锥形结构，具体由一个镂空的内反射曲面镜构成；其中，锥形结构横截面的角度为90±2°，使得入射光线从任意角度入射到锥形标点11内部时，反射光线均能沿着与入射光线平行的方向出射。
优选地，所述激光雷达系统还包括旋转平台25，可实现360°旋转；其中，所述反射镜22固定设置在所述旋转平台25上。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
本实用新型将标点设置在待测物体之中，将标点设计成内反射曲面镜构成的锥形结构，且锥形标点的横截面成直角，提高标点被激光雷达发现的概率，使得入射光线从任意角度入射到锥形标点内部时，反射光线总是能沿着与入射光线平行的方向出射，由于光路可逆原理，则探测器可以接收到大部分反射光束，极大提高激光雷达的探测能力。
【附图说明】
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种不规则标点和横截面为直角形的标点对入射光的反射示意对比图；
图2为本实用新型实施例提供的一种增强激光雷达接收的标点结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种单个标点、安装座以及待测物体的安装配合示意图；
图4为本实用新型实施例提供的一种平面排列的标点结构示意图；
图5为本实用新型实施例提供的一种平面排列标点、安装座以及待测物体的安装配合示意图；
图6为本实用新型实施例提供的一种球面排列的标点结构示意图；
图7为本实用新型实施例提供的一种增强激光雷达接收的装置结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。
此外，下面所描述的本实用新型各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。
实施例1：
结合图1可知，对于不规则标点，其横截面为不规则形状，当激光光束投射到待测物体表面时，会发生不规则的漫反射，使得反射光线很少能够沿着入射光线的方向反射回去，如图1-1所示。对于横截面为直角形的标点，由几何光学的原理可知，反射光线总是能够沿着与入射光方向平行的方向反射回去，如图1-2所示；由于光路可逆原理，激光雷达的探测器能够接收到大部分反射光束。
基于上述原理，针对待测物体表面形状不规则，激光光束投射到待测物体表面之后会发生漫反射，激光雷达探测能量低的问题，本实用新型实施例提供了一种增强激光雷达接收的标点，并将标点设置在待测物体之中。如图2所示，标点11呈锥形结构，具体由一个镂空的内反射曲面镜构成；其中，锥形结构横截面的角度为90±2°，即无论从哪个方向来看都大致呈直角形，使得入射光线从任意角度入射到锥形标点11内部时，反射光线均能沿着与入射光线平行的方向出射，具体还可结合图1-2。在优选的实施例中，所述标点11的内反射曲面镜的表面可根据实际需求镀有特定反射膜，从而可提高对特定波长光束的反射率。
在不规则的待测物体之中设计标点后，可通过标点的探测距离得到待测物体的探测距离，则为了使标点的探测距离更能有效地代表待测物体，所述标点11可优选地设置在待测物体的中间区域。
进一步地，结合图3，所述标点11可通过安装座13固定设置在待测物体12上。其中，所述安装座13表面对应所述标点11设有锥形的标点安装孔131，以便将所述标点11耦合安装在安装孔131内，然后再将所述安装座13的底面(即图中右面)固定在所述待测物体12上。其中，所述待测物体12的表面通常为不规则，则为了实现所述安装座13与所述待测物体12之间更可靠的固定连接，所述安装座13的底面形状可与所述待测物体12表面形状相耦合，使得二者在连接时表面更贴合，进而固定更牢靠。
进一步地，在优选的实施例中，为了更大效率地反射光束，进而提高标点被发现的概率，还可采用多个标点11的组合排列方式，本实用新型实施例主要提供了平面排列和球面排列两种方式，具体如下：
如图4所示，在一个具体的实施例中，所述标点11以平面排列的方式设置多个，且多个标点11的锥形开口均朝向入射光线的方向，以便接收入射光线。所述多个标点11同样可通过安装座13固定设置在所述待测物体12上；此时可参考图5，所述安装座13表面对应设有平面排列的多个标点安装孔131，所述标点安装孔131呈锥形，以便将所述多个标点11耦合安装在对应的安装孔131内；所述安装座13的底面固定在所述待测物体1上。其中，所述待测物体12的表面通常为不规则，则为了实现所述安装座13与所述待测物体12之间更可靠的固定连接，所述安装座13的底面形状可与所述待测物体12表面形状相耦合，使得二者在连接时表面更贴合，进而固定更牢靠。
如图6所示，在另一个具体的实施例中，所述标点11以球面排列的方式设置多个，且每个标点11的锥形开口均朝向球心外侧，以便接收各个方向传来的入射光线。
本实施例仅以平面排列和球面排列两种排列方式为例说明，在实际使用时，还可根据需求设计其他合理的排列方式，在此不做具体限定。
综上所述，本实用新型将标点设置在待测物体之中，将标点设计成内反射曲面镜构成的锥形结构，且锥形标点的横截面成直角，提高标点被激光雷达发现的概率，使得入射光线从任意角度入射到锥形标点内部时，反射光线总是能沿着与入射光线平行的方向出射，由于光路可逆原理，则探测器可以接收到大部分反射光束，极大提高激光雷达的探测能力。
实施例2：
在上述实施例1的基础上，本实用新型实施例还提供了一种增强激光雷达接收的装置，如图7所示，包括标点11和激光雷达系统，所述标点11即实施例1中描述的标点结构，设置在待测物体12之中。
所述激光雷达系统包括激光发射器21、反射镜22、聚焦透镜23和探测器24，所述激光发射器21与所述反射镜22之间通常还设有准直器。所述激光发射器21发射出的激光经所述准直器准直后投射到空间中去，传播一段距离后到达所述反射镜23，经所述反射镜22反射后投射到所述待测物体12中的标点11上，经所述标点11反射回的光线再次投射到所述反射镜22上，经所述反射镜22反射后投射到所述聚焦透镜23上，再经所述聚焦透镜23后汇聚到所述探测器24上，进而可得到标点的探测距离。其中，在接收端采用聚焦透镜，能够将更多的光束汇聚到探测器上，提高系统的探测精度。
在优选的实施例中，所述激光雷达系统还包括旋转平台25，所述旋转平台25由马达驱动，可实现360°旋转；所述反射镜22固定设置在所述旋转平台25上，同样可实现360°旋转，以便将光束反射到各个方向。
所述标点11呈锥形结构，具体由一个镂空的内反射曲面镜构成；其中，锥形结构横截面的角度为90±2°，即无论从哪个方向来看都大致呈直角形，使得入射光线从任意角度入射到锥形标点11内部时，反射光线均能沿着与入射光线平行的方向出射，具体还可结合图1-2。在优选的实施例中，所述标点11的内反射曲面镜的表面可根据实际需求镀有特定反射膜，从而可提高对特定波长光束的反射率。
在不规则的待测物体之中设计标点后，可通过标点的探测距离得到待测物体的探测距离，则为了使标点的探测距离更能有效地代表待测物体，所述标点11可优选地设置在待测物体的中间区域。
进一步地，结合图3，所述标点11可通过安装座13固定设置在待测物体12上。其中，所述安装座13表面对应所述标点11设有锥形的标点安装孔131，以便将所述标点11耦合安装在安装孔131内，然后再将所述安装座13的底面(即图中右面)固定在所述待测物体12上。其中，所述待测物体12的表面通常为不规则，则为了实现所述安装座13与所述待测物体12之间更可靠的固定连接，所述安装座13的底面形状可与所述待测物体12表面形状相耦合，使得二者在连接时表面更贴合，进而固定更牢靠。
进一步地，在优选的实施例中，为了更大效率地反射光束，进而提高标点被发现的概率，还可采用多个标点11的组合排列方式，本实用新型实施例主要提供了平面排列和球面排列两种方式，具体如下：
如图4所示，在一个具体的实施例中，所述标点11以平面排列的方式设置多个，且多个标点11的锥形开口均朝向入射光线的方向，以便接收入射光线。所述多个标点11同样可通过安装座13固定设置在所述待测物体12上；此时可参考图5，所述安装座13表面对应设有平面排列的多个标点安装孔131，所述标点安装孔131呈锥形，以便将所述多个标点11耦合安装在对应的安装孔131内；所述安装座13的底面固定在所述待测物体1上。其中，所述待测物体12的表面通常为不规则，则为了实现所述安装座13与所述待测物体12之间更可靠的固定连接，所述安装座13的底面形状可与所述待测物体12表面形状相耦合，使得二者在连接时表面更贴合，进而固定更牢靠。
如图6所示，在另一个具体的实施例中，所述标点11以球面排列的方式设置多个，且每个标点11的锥形开口均朝向球心外侧，以便接收各个方向传来的入射光线。
本领域普通技术人员可以理解，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种增强激光雷达接收的标点，其特征在于，标点(11)设置在待测物体(12)之中，呈锥形结构，具体由一个镂空的内反射曲面镜构成；
其中，锥形结构横截面的角度为90±2°，使得入射光线从任意角度入射到锥形标点(11)内部时，反射光线均能沿着与入射光线平行的方向出射。
2.根据权利要求1所述的增强激光雷达接收的标点，其特征在于，所述标点(11)设置在所述待测物体(12)的中间区域。
3.根据权利要求1所述的增强激光雷达接收的标点，其特征在于，所述标点(11)通过安装座(13)固定设置在所述待测物体(12)上；
其中，所述安装座(13)表面对应所述标点(11)设有锥形的标点安装孔(131)，以便将所述标点(11)耦合安装在安装孔(131)内；所述安装座(13)的底面固定在所述待测物体(12)上。
4.根据权利要求3所述的增强激光雷达接收的标点，其特征在于，所述安装座(13)的底面形状与所述待测物体(12)表面形状相耦合。
5.根据权利要求1所述的增强激光雷达接收的标点，其特征在于，所述标点(11)以平面排列的方式设置多个，且多个标点(11)的锥形开口均朝向入射光线的方向，以便接收入射光线。
6.根据权利要求5所述的增强激光雷达接收的标点，其特征在于，所述多个标点(11)通过安装座(13)固定设置在所述待测物体(12)上；
所述安装座(13)表面设有平面排列的多个标点安装孔(131)，所述标点安装孔(131)呈锥形，以便将所述多个标点(11)耦合安装在对应的安装孔(131)内；所述安装座(13)的底面固定在所述待测物体(12)上。
7.根据权利要求1所述的增强激光雷达接收的标点，其特征在于，所述标点(11)以球面排列的方式设置多个，且每个标点(11)的锥形开口均朝向球心外侧，以便接收入射光线。
8.一种增强激光雷达接收的装置，其特征在于，包括标点(11)和激光雷达系统，所述标点(11)设置在待测物体(12)之中；
所述激光雷达系统包括激光发射器(21)、反射镜(22)、聚焦透镜(23)和探测器(24)，所述激光发射器(21)发射的光线经所述反射镜(22)反射后投射到所述标点(11)上，所述标点(11)反射回的光线经所述聚焦透镜(23)后汇聚到所述探测器(24)上；
所述标点(11)呈锥形结构，具体由一个镂空的内反射曲面镜构成；其中，锥形结构横截面的角度为90±2°，使得入射光线从任意角度入射到锥形标点(11)内部时，反射光线均能沿着与入射光线平行的方向出射。
9.根据权利要求8所述的增强激光雷达接收的装置，其特征在于，所述激光雷达系统还包括旋转平台(25)，可实现360°旋转；其中，所述反射镜(22)固定设置在所述旋转平台(25)上。
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2020
- 2020-09-22 CN CN202022085797.3U patent/CN213658966U/zh active Active
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