[发明专利]基于光学微机电系统的激光雷达回波处理方法

说明书

本发明提供了一种基于光学微机电系统的激光雷达回波处理方法，该方法包括激光雷达发射激光脉冲，在微机电微振镜上发生反射，后照射到待测目标表面后被接收镜头接收，并汇聚在焦平面上的探测元内；S2、探测元输出光电信号，从中提取当前时间T_n，得到测距数据D_n，而后将测距数据D_n、探测元位置编号P_ij，以及当前扫描角度数据θ_n进行封包而后存储；S3、按照预设的样本容量重复步骤S1、S2，直至得到满足所述预设样本容量的数据；S4、确定所述探测元的响应角度范围，最后约束所述探测元在对应的角度范围内进行响应。本发明无需额外高精度测量设备辅助，就可以完成对待测目标反射激光信号的接收角度进行检测、计算和确认。

技术领域

本发明涉及微机电系统扫描技术领域，具体地说，涉及一种基于光学微机电系统的激光雷达回波处理方法。

背景技术

现有技术中的一种基于激光雷达的主动探测方法，其基本工作原理是通过激光雷达向待探测目标发射激光，激光照射到待探测目标后于待测目标表面发生反射，再通过接收器接收被待测目标反射的激光信号，测量激光信号的往返时间后得出激光雷达与待测目标之间的距离。因激光自身具有的高相干性、方向性以及单色性等特点，使得通过激光雷达主动探测的方式能够实现远距离、高精度测距的功能，并且被广泛运用于自动驾驶、建筑三维建模、地形测绘等诸多方面。

随着技术的革新，在构建轻量化成像激光雷达技术领域对镜面的体积、功耗等方面提出了新的要求。近年来发现，尺寸仅为数微米的微机电系统(MEMS)在轻量化成像激光雷达上具有很大的潜力，这类激光雷达是采用MEMS微振镜代替机械镜作为扫描机构，并且MEMS微振镜还具有较高的摆动频率，也有利于提高成像帧率。然而，在实践中发现，尺寸仅为数毫米的MEMS微振镜的镜面作为接受光学组件时口径较为有限，也因此限制了通过MEMS微振镜进行目标探测的探测距离和深度。为了解决上述技术问题，采用旁轴光学系统，也即是将MEMS微振镜仅用于发射激光，再由相较于MEMS微振镜口径较大且视场能够覆盖发射激光扫描角度的光学镜头接收回波光，通过这样的方式扩展了通过MEMS微振镜进行目标探测的探测距离和深度。

但是，上述方法虽然延伸了目标探测的距离和深度，但是又由于需要覆盖全部成像视野，接收光学系统的接收视场角大，导致接收到的背景光光强增强，背景光过强大大降低了信噪比，最终使得扫描精度降低，影响扫描质量。为降低信噪比，保证探测信号的有效性，可采用阵列探测器来进行回波信号的接收，这样可以通过降低单个探测器的光敏面面积，减少单个探测器接收到的背景光，接收到的背景光的强度降低，也就保证了系统的信噪比。

然而，上述的这种采用MEMS微振镜发射激光后，由光学镜头接收回波光扩大目标探测距离和深度，并且采用阵列探测器接收回波信号以降低信噪比的扫描探测方式，仍然需要确定每一探测元对应的响应角度范围，以与当前发射扫描角度配合，达到减少误触发或降低后续信号处理电路通道数的目的。现有技术下，每一探测元对应的响应角度范围可以通过发射扫描结构与接收光学及探测器的位置关系计算得到。但在实际应用时，装置自身的加工误差，人工安装时的安装误差等诸多因素导致最后得到的响应角度与理论结算存在较大的误差，使得扫描探测成像的精度受到较大影响，无法满足现有技术下不断提升的高精度扫描探测要求。另外，当待探测目标发生位移时，即目标距离发生变化时，落在探测器上的光斑发生不同程度的弥散，弥散现象容易使得多个探测器都对弥散处的光斑发生响应，这样会使最终计算结果出现较大误差。

有鉴于此，应当提供一种新的激光雷达回波处理方法，以解决现有技术中存在的上述技术问题。

发明内容

本发明是为了解决上述技术问题而做出的，其目的是提供一种无需额外高精度测量设备辅助，就可以完成对待测目标反射激光信号的接收角度进行检测、计算和确认的基于光学微机电系统的激光雷达回波处理方法。