[發明專利]一種激光雷達的發射光軸與接收光軸校準方法

有效

• 申請號: 202010636202.0
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111812620B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 陳超;王章軍;李先欣;李輝;莊全風;潘新;王秀芬;張鋒;趙陽
• 申請（專利權）人: 山東省科學院海洋儀器儀表研究所
• 主分類號: G01S7/497
• 分類號: G01S7/497
• 代理公司: 青島聯智專利商標事務所有限公司 37101
• 代理人: 邵新華

本發明公開了一種激光雷達的發射光軸與接收光軸校準方法，包括對望遠鏡的接收光窗進行區域劃分，形成四個象限；其中，第一象限與第二象限呈中心對稱關系，第三象限與第四象限呈中心對稱關系；將第一象限與第二象限作為一組分別單獨接收回波信號，并采集兩個象限的接收信號，調節激光雷達的發射光軸向接收信號小的象限方向傾斜，直到兩個象限的接收信號相當；將第三象限與第四象限作為一組分別單獨接收回波信號，并采集兩個象限的接收信號，調節激光雷達的發射光軸向接收信號小的象限方向傾斜，直到兩個象限的接收信號相當。本發明通過對望遠鏡四個象限接收信號的均勻性檢測來實現激光雷達發射光軸與接收光軸的校準，準直效果好、效率高。

技術領域

本發明屬于激光雷達技術領域，具體地說，是涉及一種用于對激光雷達的發射光軸和接收光軸進行校準的方法。

背景技術

激光雷達是一種主動遙感監測設備，具有高時空分辨率、高測量精度等優勢。在激光雷達系統中，收發光軸的準直是保證激光雷達信號接收效率的關鍵。激光雷達在實際工作中，由于溫度變化、環境振動、激光抖動等原因會引起激光器的發射光軸與望遠鏡的接收光軸發生偏離，導致接收信號效率下降、信號失真，因而需要定期地對激光雷達進行收發光軸的校準。所謂收發光軸準直，對于旁軸激光雷達來說，就是讓發射光軸與接收光軸平行；對于共軸激光雷達而言，就是讓發射光軸與接收光軸共軸。

激光雷達的收發光軸校準方法主要有手動校準和自動校準兩種。其中，手動校準是最常見的準直方法，但其需要操作人員具備一定的專業背景和光路調節經驗，且調節過程繁瑣耗時，通過目測數據進行調整的準直精度也很難得到保證。

自動校準方法目前基本都是利用二維電控反射鏡架調整發射光束的方向，常用的方法主要有兩種：

一種是，在發射光軸與接收光軸準直時，讓激光光束在發射到大氣前，首先通過透射反射比（透射:反射）高的分光鏡，反射出很少一部分光作為參考光；然后，將參考光入射到固定的光電探測器上，探測器標記此位置作為光軸準直的位置。當發射光軸發生偏離時，參考光在光電探測器上的位置也會偏離，此時可以通過電控反射鏡架調整反射鏡的角度，進而調節發射光的方向，使得參考光在光電探測器上的位置剛好調整到標記的準直位置，由此完成校準操作。但是，這種方法存在因分光鏡的偏離而引起對光軸失準誤判的問題。

另一種是，通過二維電控反射鏡架調整發射激光分別沿著望遠鏡的兩個相互垂直的直徑方向進行掃描，選取某一高度作為參考高度，觀察掃描過程中參考高度信號的變化，分別取參考高度接收信號最大的位置作為兩個方向的最佳位置來確定發射光軸與接收光軸準直。但這種方法受激光運動軌跡和參考高度的影響較大。

發明內容

本發明針對激光雷達提出了一種通過對其望遠鏡四個象限接收信號的均勻性檢測來實現激光雷達發射光軸與接收光軸校準的方法，校準過程快速、有效，準直效果好。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案予以實現：

一種激光雷達的發射光軸與接收光軸校準方法，所述激光雷達利用望遠鏡的接收光窗接收激光光束發射到大氣后的回波信號，并轉換成相應的模擬量或數字量的接收信號；所述校準方法包括：

象限劃分：對望遠鏡的接收光窗進行區域劃分，形成四個象限；其中，第一象限與第二象限呈中心對稱關系，第三象限與第四象限呈中心對稱關系；配置四塊遮光板在望遠鏡的接收光窗上形成的四個遮擋區域與接收光窗所需要劃分成的四個象限重合；配置傳動機構對所述四塊遮光板進行開合控制，使接收光窗的四個象限單獨接收大氣回波信號；

在第一方向上校準發射光軸：將第一象限與第二象限作為一組，分別單獨接收回波信號，并采集兩個象限的接收信號，調節激光雷達的發射光軸向接收信號小的象限方向傾斜，直到第一象限的接收信號與第二象限的接收信號相當；