一种激光雷达俯仰角及光斑尺寸自动修正设备

技术领域

本发明属于激光雷达校正技术领域，具体涉及一种激光雷达俯仰角及光斑尺寸自动修正设备。

背景技术

现有的激光雷达存在如下缺陷和问题：

激光雷达发射的光束可能会存在倾斜（俯仰角）以及光斑分布不均匀的问题。这是由于发光芯片自身的特性导致的，可能会影响到激光雷达的测距精度；激光雷达在调试和装配过程中，光束可能会产生倾斜（俯仰角）；可能导致测距结果出现误差，影响测距精度；激光雷达发射的光斑可能会存在不均匀分布的问题。这意味着光斑在目标物体上的反射强度可能不一致，导致激光雷达接收到的信号变化不稳定，从而影响测距精度和数据质量。

本申请目的在于解决激光雷达的发光芯片自身特性以及在调试与装配过程中造成激光雷达发射的光束产生倾斜（俯仰角）及光斑分布不均匀的问题，从而达到提升激光雷达测距精度的效果。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种结构简单，设计合理的激光雷达俯仰角及光斑尺寸自动修正设备。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明提供一种激光雷达俯仰角及光斑尺寸自动修正设备,该设备包括平台组件，所述平台组件的表面设置有线性移动滑台，所述线性移动滑台的移动端连接有待修正的激光雷达，所述平台组件的表面还固定连接有光束分析仪，所述线性移动滑台驱动激光雷达靠近或远离所述光束分析仪，所述光束分析仪记录不同位置下的所述激光雷达输出的光斑形态的大小与能量数据，基于各位置下的激光雷达输出的光斑形态的大小与能量数据，获得光斑准确有效的位置数据以及发射光轴的俯仰角变化数据，获得相应的修正数据。

作为本发明的进一步优化方案，所述平台组件为表面平整的大理石台面。

作为本发明的进一步优化方案，所述线性移动滑台为光栅直线滑台。

作为本发明的进一步优化方案，基于所述光束分析仪获得激光雷达输出的光线的能量分布数据，以该数据为基准，通过高斯函数拟合出光斑中心在光轴截面上两个垂直方向下的位置数据与光斑直径数据，基于最小二乘法线性拟合来获取光束在X方向与Y轴方向上的偏角数据，基于偏角数据与聚焦位置数据来定位光斑的准确位置数据。

作为本发明的进一步优化方案，基于光斑的准确位置数据获得光轴倾角，所述光轴倾角

作为本发明的进一步优化方案，所述光斑有效覆盖面积即为光束分析仪光斑面积。

本发明的有益效果在于：本发明通过引入光束分析仪对激光雷达射出的光线进行形态与能量分布上的分析，通过形态的变化分析出光线射出的倾角变化，以及光斑能量分布分析出光斑的准确位置，进行补偿后对测距值进行修正来提高激光雷达测距的准确度。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图中：1、平台组件；2、线性移动滑台；3、激光雷达；4、光束分析仪。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

参考图1所示结构，一种激光雷达俯仰角及光斑尺寸自动修正设备，该设备包括平台组件1，所述平台组件1的表面设置有线性移动滑台2，所述线性移动滑台2的移动端连接有待修正的激光雷达3，所述平台组件1的表面还固定连接有光束分析仪4，所述线性移动滑台2驱动激光雷达3靠近或远离所述光束分析仪4，所述光束分析仪4记录不同位置下的所述激光雷达3输出的光斑形态的大小与能量数据，基于各位置下的激光雷达3输出的光斑形态的大小与能量数据，获得光斑准确有效的位置数据以及发射光轴的俯仰角变化数据，获得相应的修正数据。

其中，所述平台组件1为表面平整的大理石台面；意义在于提供一个平坦稳定的基准面，待测激光雷达3与检测设备一同放在台面上，减少由于设备安装时带来的倾角误差，但在本申请中，其他的光学平台以及其他结构构成的线性移动平台均在本申请的保护范围之内，包括直线轨道滑台、丝杆滑台等。

其中，所述线性移动滑台2为光栅直线滑台，该滑台可以以较高的步进精度（μm 微米级别）移动，激光雷达安装在此设备上，此设备可以以较小的步进精度移动，并配合光束分析仪3实现对激光雷达射出光线进行全量程或带有代表意义的点进行测量分析。

对于光束分析仪4意在通过配合线性移动滑台2，在移动到不同位置后在对应位置的光斑形态的大小及能量进行记录，与比对分析，从而测算出光斑准确的有效位置以及发射光轴的俯仰角变化趋势。

通过以射出光线在光束分析仪上能量分布的记录数据为基准， 后以高斯函数拟合出光斑中心在光轴截面上两个垂直方向下的位置（Xx，Yy）与光斑直径Rr，其中x=0、1、2、...n；y=0、1、2；...n；r=0、1、2...n；通过最小二乘法线性拟合来获取光束在X方向上的偏角，Y方向相同，根据测量出的夹角与聚焦位置来定位光斑准确位置；Xx.1.2.3代表在X轴上取的不同的位置，Yy.1.2.3代表在X轴上取的不同的位置。

以上述数据为基准，X与Y方向的位置差数据，通过与对应长度对应的三角关系反算出光轴倾角，所述光轴倾角

通过光轴倾角即可获得相应的修正数据，代入程序做修正即可，自动修正意义为可以通过滑动平台与光束分析仪4可以求出全量程内的光斑变化，补偿程序可以通过整个量程内的光斑在X,Y方向上变化的数据通过公式

所述光斑有效覆盖面积即为光束分析仪4光斑面积。

需要说明的是，该激光雷达3俯仰角及光斑尺寸自动修正设备，在使用时，通过结合光束分析仪4对激光雷达3射出光线在不同距离下的准确光斑位置，以及光轴倾角的变化率的分析与计算，将射出光轴的倾角变化以及不同位置光斑的有效覆盖面积的分析结果拟合进雷达算法内，对测距结果进行补偿，降低了由于激光雷达3射出光轴倾角对测距值的干扰，提高了激光雷达3测距精度。

在实际的使用中，在众多补偿算法中提供两种具体的补偿算法，一种为，经过光束分析仪通过对光斑能量分布的分析，确定光斑能量中心点，并取雷达量程内相邻两采样点之间的间距（δx=X1-X2）与两采样点确认的光斑能量中心点的高度变化（δh），通过公式ARCtanθ=δx/δh 求出相邻两采样点光斑偏移的角度制作修正表格；修正精度可随δx的减小而增加，而后通过算法设置，将各处θ拟合一条曲线，在输出测距值前通过查表将θ代入雷达测距值公式中反算水平距离，从而提高测距精度；

另一种为，通过空间上的实际光斑点连线以及需要测距的测距点连线、光斑点与测距点之间的连线，构成空间上的三角形，基于三角函数知识即可获得修正后的测距数据；同时，还需要指出的是，任一一种通过上述方式得到光轴倾角来对测距算法进行补偿的方式也都应在本申请的保护当中。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。