[发明专利]实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法及装置

权利要求书

1.实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达的方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、采用基于变焦液体透镜的激光雷达进行大视场扫描；

步骤二、判断扫描点是否为边缘点；若扫描点为边缘点，则以激光点间距为e的n×n面阵激光光斑，扫描步进角为Δθ，进行扫描；

若扫描点为非边缘点，则首先计算当前扫描点距离边缘点的位置畸变值；

第i行第j列的扫描点位置坐标S_km通过下式计算得到：

其中，θ_i、θ_j为第i行第j列扫描时扫描振镜在行、列方向的扫描角度，H为两扫描振镜在垂直方向上的间距，l为扫描振镜到扫描区域的距离，p_km为n×n面阵激光光斑中第k行第m列个光斑的位置坐标；p_km的值由下式计算得到：

边缘扫描点的位置坐标S₁₁由公式(3)计算得到

其中，θ₁为第1行扫描时扫描振镜在行方向的扫描角度，θ_j为第一行第j列扫描时扫描振镜在列方向的扫描角度；P₁₁的值由下式计算得到：

第i行第j列扫描点相对于第1行第j列在行方向的位置畸变由公式(5)计算得到

L_i＝S_km-S₁₁. (5)

补偿扫描点位置畸变的放大倍率β_i由下式计算得到

控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现放大，放大后激光点间距为β_i*e，β_i1；以放大后激光点间距β_i*e，扫描步进角Δθ，进行扫描；

步骤三、重复步骤二直至完成大视场扫描；记录存在回波信号的所有疑似目标区域信息；

步骤四、控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现缩小，缩小后激光点间距为β*e，β1；同时，减小扫描振镜的步进角度β*Δθ；以缩小后激光点间距为β*e，β1，扫描步进角β*Δθ，对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场、高密度扫描；记录回波信号的距离信息；所述距离信息与扫描位置信息相结合，获得目标的三维信息。

2.实现如权利要求1所述方法的装置，其特征在于：包括发射模块、扫描模块、接收模块、触发器和数据存储与处理单元；

所述发射模块包括激光器、准直镜、第一透反镜、分束镜、变焦液体透镜及反射镜；激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号；另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑；n×n面阵激光光斑通过变焦液体透镜后被缩放；经缩放后的n×n面阵激光光斑通过反射镜出射，经过第二透反镜后进入扫描模块；

通过控制两个振镜的扫描角度与扫描步进角，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描，发现疑似目标，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元；

经疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收，然后存储至数据存储与处理单元。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述扫描模块由两个轴线相垂直的扫描振镜组成；通过控制两个振镜的扫描角度与扫描步进角，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描，发现疑似目标，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于：所述接收模块由第二透反镜、聚焦透镜、窄带滤光片及面阵APD探测器组成。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于：所述两扫描振镜在垂直方向上存在间距；两扫描振镜可在程序控制下实现特定视场角和特定方式的扫描。

6.采用如权利要求2、3、4或5所述装置实现变扫描视场及变扫描密度激光雷达扫描方法，其特征在于：具体步骤如下：

步骤一、采用变扫描视场及变扫描密度激光雷达对大视场区域(θ_xi,θ_yj)进行扫描；

步骤二、判断扫描点是否为边缘点；若扫描点为边缘点，激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号；另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑，所形成的n×n面阵激光光斑中激光点间距为e；n×n面阵激光光斑通过反射镜出射，经过第二透反镜后进入扫描模块；控制两个振镜以激光点间距为e，扫描步进角为Δθ，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描；疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元；

若扫描点为非边缘点，则首先计算当前扫描点距离边缘点的位置畸变值；通过公式(1)与公式(2)计算第i行第j列的扫描点位置坐标；

通过公式(3)与公式(4)计算边缘扫描点的位置坐标；

通过公式(5)计算第i行第j列扫描点相对于与第1行第j列在行方向的位置畸变；

由公式(6)计算补偿扫描点位置畸变的放大倍率β_i；

控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现放大，放大后激光点间距为β_i*e，β_i1；

步骤三、激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号；另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑，所形成的n×n面阵激光光斑中激光点间距为e；n×n面阵激光光斑通过变焦液体透镜后被放大，放大后激光点间距为β_i*e，经过第二透反镜后进入扫描模块；控制两个振镜以放大后激光点间距β_i*e，扫描步进角Δθ，引导所述面阵激光光斑对目标区域进行扫描；疑似目标反射的激光回波信号，依次经过扫描模块和第二透反镜反射后被聚焦透镜聚焦，经过聚焦透镜的光斑被会聚并经过窄带滤光片后，被面阵APD探测器接收，将疑似目标区域信息存储至数据存储与处理单元；

重复步骤二和步骤三，直至完成大视场区域(θ_xi,θ_yj)的扫描；记录存在回波信号的所有疑似目标区域信息；

步骤四、采用变扫描视场及变扫描密度激光雷达对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场(θ_x1,θ_y1)扫描；

激光器发出的激光通过准直镜将激光准直，再通过第一透反镜，一部分光束反射至触发器产生触发信号；另一部分透射光束通过分束镜，被均匀分为n×n面阵激光光斑，所形成的n×n面阵激光光斑中激光点间距为e；控制变焦液体透镜产生变焦，对扫描点实现缩小，缩小后激光点间距为β*e，β1，经过第二透反镜后进入扫描模块；同时，减小扫描振镜的步进角度β*Δθ；以缩小后激光点间距为β*e，β1，扫描步进角为β*Δθ，对步骤三中记录的疑似目标区域进行小视场、高密度扫描；记录回波信号的距离信息；所述距离信息与扫描位置信息相结合，获得目标的三维信息。