[发明专利]激光雷达后继光路斩光盘输出频率自适应控制方法及系统

说明书

本发明公开了一种激光雷达后继光路斩光盘输出频率自适应控制方法及系统，采用自适应模糊PID控制算法进行控制电压值的输出控制，有效降低后继光路斩光盘的时滞特性，兼具动态调节的快速性和稳态调节的稳定性，同时通过第二层闭环控制对驱动电机转速进行控制，补偿驱动电机自带的第一层闭环控制下的转速不稳定，进而克服多种环境因素和控制电压抖动引起的后继光路斩光盘输出频率的较大抖动，从而保证激光雷达回波信号起始高度的稳定性；此外，采用频率输出器直接准确快速的输出后继光路斩光盘的转速频率，相比于驱动电机中霍尔传感器输出的转速电压信号更加准确可靠。

技术领域

本发明涉及激光雷达的技术领域，更为具体的说，涉及一种激光雷达后继光路斩光盘输出频率自适应控制方法及系统。

背景技术

近几十年来，激光雷达越来越广泛的用于大气参数和大气成分的探测。为了获得远场很弱的回波信号，在激光大气探测中，通常采取增加激光发射功率和增加接收望远镜面积的方法。而这两种手段给激光雷达带来的问题是，近场回波信号很强，激光雷达系统探测的动态范围不够，很难进行探测。目前，在激光雷达系统中广泛使用的是通过光电倍增管的电子门控信号来抑制近场强回波信号，门控的主要作用是外加TTL电平，使得光电倍增管的高压信号不加到倍增管光电阴极和各放大级，从而光电效应轰击产生的电子没有得以放大形成流通输出到倍增管阳极。这种方法一定程度抑制了近场强回波信号产生的光电子的影响。但是此方法存在的主要缺陷是近场强回波信号仍然辐射在光电倍增管的光电阴极上，没有根本上阻止近场强回波信号到达阴极材料，光电阴极光电材料的眩晕效应影响其实仍然存在。眩晕效应对于回波信号的影响距离很难在数值上进行估计，近场信号越强，其影响距离越长。因此，为了解决激光雷达近场强回波信号的根本抑制问题，通常利用高速旋转的机械斩光盘片来按一定时序关系阻挡近场强回波信号。

我们在自主研制的臭氧激光雷达系统中使用激光雷达多通道接收光路高速斩光装置过程中，发现长时间内，由于多种环境因素和电机控制电压的抖动，斩光盘的输出频率存在较大抖动，普通PID(比例-积分-微分)控制器的控制精度较大但是针对动态和稳态多种运行情况精度还不够高。而较大的频率抖动会导致激光雷达的回波信号过渡区间高度(指信号开始打开到完全打开)的前移或后推，这直接引起回波信号的有效起始高度的较大变化，为减少频率抖动对激光雷达回波信号的影响，对斩光盘的输出频率进行稳定尤为必要。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种激光雷达后继光路斩光盘输出频率自适应控制方法及系统，以克服多种环境因素和控制电压抖动引起的后继光路斩光盘输出频率的较大抖动，从而保证激光雷达回波信号起始高度的稳定性。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种激光雷达后继光路斩光盘输出频率自适应控制方法，包括：

根据预先设定的参考频率和斩光盘输出的当前实际频率计算偏差和偏差变化率，通过自适应模糊PID控制算法确定控制电压值；

根据所述控制电压值对电机驱动器上电，以使所述电机驱动器输出高扭矩高转速驱动电机旋转所需的相序电压，及监测所述高扭矩高转速驱动电机中霍尔传感器返回的速度控制信号、方向控制信号和制动控制信号，形成第一层闭环控制，其中，所述高扭矩高转速驱动电机旋转带动所述斩光盘旋转；

输出表征所述斩光盘的转动速度的脉冲频率信号；

获取所述脉冲频率信号以作为所述斩光盘输出的实际频率，形成第二次闭环控制。

可选的，通过自适应模糊PID控制算法确定控制电压值包括：

对所述偏差和所述偏差变化率进行模糊量化处理；

根据模糊量化处理结果确定多个控制规则，并进行模糊推理和决策得到模糊输出量；

对模糊输出量进行解模糊处理，得到所述自适应模糊PID控制算法的三种增益系数；