[发明专利]转镜式多线激光雷达及其设计方法

说明书

本发明提供了一种转镜式多线激光雷达及其设计方法，设计方法包括：根据视场和光源宽度驱动反射镜尺寸、光源位置与视场的约束条件；确定透光外壳宽度和边缘点位置坐标的约束条件；根据雷达俯仰角度范围确定发射光路的最小空间高度；确定接收孔径和反射镜尺寸；优化布置接收透镜的位置；选择透光外壳的结构并进行优化设计。本发明提供的转镜式多线激光雷达及其设计方法，能够明确转镜式多线激光雷达的各元件之间的结构参数和转镜式多线激光雷达的性能指标之间的约束关系，在保证转镜式多线激光雷达性能指标最优化的同时，提高其系统空间利用率，并通过优化各元件之前的尺寸和位置参数，提高转镜式多线激光雷达的紧凑度。

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种转镜式多线激光雷达及其设 计方法。

背景技术

随着自动驾驶产业逐渐发展壮大，作为该领域不可或缺的传感部件的激光 雷达技术也逐渐走向成熟，对于目前业内常用的转镜式多线激光雷达而言，需 要其在性能上满足车载应用的同时，还需要在结构上更加紧凑、元件布置上更 加合理，才能够提高产品的可靠性并降低成本，从而提升产品竞争力并适于匹 配更多车型。

由于转镜式多线激光雷达的结构参数和性能指标之间相互影响和制约，其 性能的提升与结构紧凑化、小型化往往相互矛盾，因此需要在其结构和性能之 间找到最佳折中设计方案，而如何实现转镜式多线激光雷达的性能提升和结构 紧凑性之间的平衡关系成为目前业内亟待解决的关键性问题。

发明内容

本发明实施例提供一种转镜式多线激光雷达及其设计方法，旨在提升转镜 式多线激光雷达性能的同时，提高其结构紧凑性和空间利用率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：第一方面，提供一种转镜式 多线激光雷达设计方法，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，转镜式多线激光雷达包括以下设计步骤：

根据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、光源的位置与平摆扫描视场之间的约束条件；

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

根据俯仰扫描视场的角度范围、光源的输出孔径宽度，结合平摆扫描视场 的最大视场角度，确定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反射镜的旋转 半径和接收透镜的孔径尺寸；

建立接收透镜的有效接收孔径长度与激光雷达视场之间的关系图，基于关 系图优化布置接收透镜的位置；

根据透光外壳的水平位置和宽度确定透光外壳的形状。

结合第一方面，在一种可能的实现方式中，基于接收回波信号截面最大和 空间利用率最高的原则，确定接收透镜的接收孔径形状为方形；基于系统最大 探测距离要求，通过激光雷达方程计算回波信号的有效接收区域，通过回波信 号的有效接收区域确定反射镜的旋转半径和接收透镜的孔径尺寸。

一些实施例中，接收透镜的位置优化布置方式为：保证转镜式多线激光雷 达的正前方角度，使转镜式多线激光雷达的探测距离最大化并接收反射镜的镜 面反射区域内的所有信号，确定接收透镜的最优位置。

一些实施例中，接收透镜的位置优化布置方式为：回波信号的有效接收区 域在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 确定接收透镜的最优位置。

一些实施例中，根据透光外壳的水平位置和宽度，透光外壳选用平面型结 构，根据透光外壳的垂直位置和激光雷达视场的角度，计算鬼影的视场角度范 围，以及透光外壳的透光平板表面与鬼影的视场角度范围对应的入射角度范围， 并根据入射角度范围设计平板增透膜以消除鬼影。