[發明專利]用于大比例尺測圖的脈沖激光雷達及其方法

在審

• 申請號: 201410653319.4
• 申請日: 2014-11-14
• 公開（公告）號: CN104360350A
• 公開（公告）日: 2015-02-18
• 發明（設計）人: 李松;史光遠;田欣;周輝;黃科
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司 42102
• 代理人: 許美紅;唐萬榮

技術領域

本發明涉及一種激光雷達技術領域，尤其涉及一種用于大比例尺測圖的脈沖激光雷達及其方法。

?

背景技術

目前，國際上用于1:2000以上大比例測圖的激光雷達產品主要有中國北科天繪R-Angle-0150、瑞士Reigl-VQ250、加拿大Optech-V100等。這類產品中僅采用了單組激光發射單元和回波探測單元來采集點云數據，因此為了滿足測圖分辨率指標，這類產品均使用了高頻率的固體激光器作為光源來提高系統的脈沖頻率，同時還需配合使用極高轉速的電機來提高系統的掃描頻率。由于固體激光器本身具有價格昂貴、使用壽命短等缺陷，而高速電機對系統的角度分辨率、穩定性和功耗又具有不利的影響，目前這些產品的性能基本達到極限。

測圖距離是大比例測圖的重要技術指標，因此需要對激光發射單元和回波探測單元進行優化設計。為實現遠距離目標的探測，提高激光發射單元中激光器的峰值功率、設計復雜的發射光學系統壓縮光束發散角或增大回波探測單元中接收光學系統的通光孔徑是有效措施，但是這也將導致近距離的回波能量非常大。當回波能量的幅值超過了放大電路的量程范圍，會出現能量“過曝”的現象，使得近距離的目標無法識別，嚴重制約到激光雷達的測距動態范圍。解決此類問題的方法一般是通過增大電路的量程范圍來提升測距動態范圍，但該方法對放大器芯片的要求非常高，具有明顯的局限性。?????

本發明提出了提高激光雷達脈沖頻率和掃描頻率的有效方法，并通過光學結構的優化設計來提高激光雷達的測距動態范圍，目前針對上述工作的研究成果少有報道。

?

發明內容

本發明要解決的技術問題在于針對現有技術中無法有效提升激光雷達的測圖性能的缺陷，提供一種可提高激光雷達脈沖頻率和掃描頻率的有效方法，并通過光學結構的優化設計來提高激光雷達的測距動態范圍的用于大比例尺測圖的脈沖激光雷達及其方法。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

提供一種用于大比例尺測圖的脈沖激光雷達，該脈沖激光雷達的激光頭部內設置N組激光發射單元和回波探測單元，其中N???????????????????????????????????????????????2，所述N組激光發射單元和回波探測單元以旋轉軸為中心，沿激光頭部外徑以2π/N圓心角排布；

所述激光發射單元包括激光器和發射光學系統，回波探測單元包括探測器和接收光學系統，所述發射光學系統和接收光學系統之間的距離滿足：在2米至15米探測距離范圍內的回波能量的接收率在10%-75%之間。

本發明所述的脈沖激光雷達中，每個激光發射單元包括多個半導體激光器。

本發明所述的脈沖激光雷達中，每個激光發射單元包括一個固體激光器。

本發明還提供一種實現脈沖激光雷達大比例尺測圖的方法，包括以下步驟：

S1、在激光頭部內設置N組激光發射單元和回波探測單元，其中N2，所述N組激光發射單元和回波探測單元以旋轉軸為中心，沿激光頭部外徑以2π/N圓心角排布；

S2、計算不同探測距離處的回波能量接受率；

S3、根據回波能量的接收率調節激光發射單元中發射光學系統與回波探測單元中接收光學系統之間的相對距離，以控制回波能量的接收率在10%-75%之間。

本發明所述的方法中，步驟S2中具體通過利用光線追跡軟件計算不同探測距離處的回波能量接收率。

本發明所述的方法中，步驟S1中在每個激光發射單元設置多個半導體激光器，以實現高脈沖頻率。

本發明所述的方法中，該方法中脈沖激光雷達的控制端通過并行驅動或分時驅動的方式驅動N組激光發射和回波探測單元工作，當激光頭旋轉一圈時，掃描出N條螺旋線，以增加激光雷達的掃描頻率。

本發明產生的有益效果是：在激光雷達中采用多組激光發射單元和回波探測單元，并對激光雷達的發射光學系統和接收光學系統的相對距離進行優化設計，使得近距離探測的回波能量被部分接收，防止出現能量“過曝”現象導致近距離的目標無法識別，以此來提高激光雷達的測距動態范圍；

進一步地，通過并行驅動或分時驅動的方式掃描點云數據，在較低的電機轉速下能夠實現較高的掃描頻率，因此激光雷達具有角分辨率精度高、穩定性強、功耗低等優勢；

進一步地，在激光雷達的激光發射單元中采用多個半導體激光器，以提高系統的脈沖頻率，具有成本低、體積小、壽命長等優勢。

?

附圖說明

下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明，附圖中：