[发明专利]MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统参数优化方法

权利要求书

1.一种MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统参数优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、确定激光雷达发射光学系统的待优化参数；

步骤2、确定激光雷达发射光学系统光路约束方程；

步骤3、根据光路约束方程构建目标优化方程，并根据激光雷达发射光学系统的待优化参数，利用遗传算法对参数进行初始化，生成遗传算法的初代种群P₀(t)，种群中的个体为待优化参数；

步骤4、选取遗传算法的适应度函数，依据该函数对从初代种群中随机选择的部分个体进行交叉和变异处理，以得到新一代种群；

步骤5、选取新一代种群以及其母代种群中满足适应度函数的个体进行重组获得新的种群，继续执行步骤4的选择、交叉和变异；重复步骤4至步骤5直至达到优化目标，输出目标优化方程的最优解；

步骤1所述的激光雷达发射光学系统的待优化参数包括：光束变换透镜组焦距f₁、像点补偿透镜组焦距f₂、准直透镜组焦距f₃、光束变换透镜组物距x₁、MEMS微镜中心与光束汇聚点的距离R、光束变换透镜组孔径D₁、像点补偿透镜组物距x₂、像点补偿透镜组孔径D₂、准直透镜组的物距x₃、准直透镜组的孔径D₃；

步骤2所述的激光雷达发射光学系统光路约束方程包括：

发散角方程为：

式中，Δθ为发散角，C为半导体激光器出射激光光斑宽度；f₃为准直透镜组的焦距；x₁为光束变换透镜组的物距；f₁为光束变换透镜组的焦距；f₂为像点补偿透镜组的焦距；R为MEMS微镜中心与经过光束变换透镜组后光束汇聚点的距离；

扫描视场角方程为：

式中，θ_out为扫描视场角；θ_i为MEMS扫描角度；f₂为像点补偿透镜组的焦距；f₃为准直透镜组的焦距；

发射效率方程为：

η＝η₁×η₂×η₃

式中，p、q是与波导结构有关的参数；k＝2πn/λ；μ₀为常数,η₁为光束变换透镜组耦合效率，η₂为像点补偿透镜组耦合效率，η₃为准直透镜组耦合效率，η为激光雷达发射效率，θ₁、θ₂、θ₃分别为光束变换透镜组、补偿透镜组、准直透镜组的光入射角，z₁、z₂、z₃分别为光束变换透镜组、补偿透镜组、准直透镜组与激光器之间的距离；

光路结构约束方程为：

2.根据权利要求1所述的MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统参数优化方法，其特征在于，步骤3所述的根据光路约束方程构建目标优化方程为：

F(x)＝-w₁(Δθ-Δθ₀)+w₂(θ_out-θ_out0)+w₃(η-η₀)

式中w₁，w₂，w₃为权重系数，w₁+w₂+w₃＝1；Δθ为发散角；Δθ₀为发散角的目标值；θ_out为扫描视场角；θ_out0为扫描视场角的目标值；η为发射效率；η₀为发射效率目标值。

3.根据权利要求1或2所述的MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统参数优化方法，其特征在于，步骤4所述的选取的遗传算法的适应度函数为：

式中，F(x)为目标优化方程；M_min为种群中目标优化方程F(x)的最小值。

4.根据权利要求1所述的MEMS微镜扫描激光雷达发射光学系统参数优化方法，其特征在于，步骤4所述对从初代种群中随机选择的部分个体进行交叉和变异处理，具体采用的交叉率P_c＝0.9，变异率P_m＝0.1。