[发明专利]转镜式多线激光雷达及其设计方法

权利要求书

1.转镜式多线激光雷达设计方法，所述转镜式多线激光雷达的激光雷达视场包括平摆扫描视场和俯仰扫描视场，其特征在于，包括以下设计步骤：

根据所述平摆扫描视场的角度范围需求和光源的输出孔径宽度，确定反射镜的尺寸、所述光源的位置与所述平摆扫描视场之间的约束条件；

根据所述光源的位置、所述光源的输出孔径宽度、所述平摆扫描视场的极限角度，确定透光外壳的宽度和所述透光外壳的边缘位置坐标之间的约束条件；

根据所述俯仰扫描视场的角度范围、所述光源的输出孔径宽度，结合所述平摆扫描视场的最大视场角度，确定所述光源的发射光路的最小空间高度；

基于接收回波信号截面最大和空间利用率最高的原则，确定接收透镜的孔径形状，并基于系统最大探测距离要求，通过激光雷达方程确定所述反射镜的旋转半径和所述接收透镜的孔径尺寸；

建立所述接收透镜的有效接收孔径长度与所述激光雷达视场之间的关系图，基于所述关系图优化布置所述接收透镜的位置；

根据所述透光外壳的水平位置和宽度确定所述透光外壳的形状。

2.如权利要求1所述的转镜式多线激光雷达设计方法，其特征在于，基于接收回波信号截面最大和空间利用率最高的原则，确定所述接收透镜的接收孔径形状为方形；基于所述系统最大探测距离要求，通过所述激光雷达方程计算所述回波信号的有效接收区域，通过所述回波信号的有效接收区域确定所述反射镜的旋转半径和所述接收透镜的孔径尺寸。

3.如权利要求2所述的转镜式多线激光雷达设计方法，其特征在于，所述接收透镜的位置优化布置方式为：保证所述转镜式多线激光雷达的正前方角度，使所述转镜式多线激光雷达的探测距离最大化并接收所述反射镜的镜面反射区域内的所有信号，确定所述接收透镜的最优位置。

4.如权利要求2所述的转镜式多线激光雷达设计方法，其特征在于，所述接收透镜的位置优化布置方式为：所述回波信号的有效接收区域在所述激光雷达视场的整个视场范围内积分最大化，通过二分法或者牛顿迭代法确定所述接收透镜的最优位置。

5.如权利要求3或4所述的转镜式多线激光雷达设计方法，其特征在于，根据所述透光外壳的水平位置和宽度，所述透光外壳选用平面型结构，根据所述透光外壳的垂直位置和所述激光雷达视场的角度，计算鬼影的视场角度范围，以及所述透光外壳的透光平板表面与所述鬼影的视场角度范围对应的入射角度范围，并根据所述入射角度范围设计平板增透膜以消除所述鬼影。

6.如权利要求3或4所述的转镜式多线激光雷达设计方法，其特征在于，根据所述透光外壳的水平位置和宽度，所述透光外壳选用曲面型结构，其中，曲面型结构的所述透光外壳的发射区域和接收区域的垂直截面分别由两个不同倾斜角度的平行四边形截面组成，且发射平行四边形截面与接收平行四边形截面的斜边间的夹角大于瞬时接收视场角度。

7.如权利要求6所述的转镜式多线激光雷达设计方法，其特征在于，根据所述发射光路的中心光线在不同视场角度的方向矢量，作出与相应的所述方向矢量垂直的曲线参数方程，将所述发射平行四边形截面和所述接收平行四边形截面沿所述曲线参数方程的轨迹进行扫描，获得曲面型结构的所述透光外壳。

8.转镜式多线激光雷达，其特征在于，包括：

透光外壳，所述透光外壳的透光面上具有发射区域和接收区域；

发射单元，设于所述透光外壳内，设有用于发射激光信号的光源，所述光源包括多个分别朝向不同的俯仰角度发射所述激光信号的光束；

接收单元，设于所述透光外壳内，设有用于接收回波信号的接收透镜；

旋转扫描单元，设于所述透光外壳内，且具有水平旋转自由度，设有用于朝向所述发射区域反射所述激光信号、并用于将返回所述接收区域的回波信号反射至所述接收透镜的反射镜；

其中，所述光源的位置约束条件、所述反射镜的尺寸约束条件、所述透光外壳的透光面中心位置和边界约束条件、所述接收透镜的尺寸和位置约束条件，均采用如权利要求1-7任一项所述的转镜式多线激光雷达设计方法获得。