[发明专利]激光扫描雷达实现亚厘米级测量精度的方法

权利要求书

1.一种激光扫描雷达实现亚厘米级测量精度的方法，其特征在于，精准测量激光的飞行时间和激光发射角，其中，在测量激光的飞行时间时，包括如下步骤：

步骤S11：将回波信号数字化；

步骤S12：清空回波次数计数器；

步骤S13：提取有效回波时刻数据；

步骤S14：遍历有效回波时刻数据获取峰值数量；

步骤S15：以峰值为中心取5个采样点数据；

步骤S16：通过步骤S15获得的采样点数据，计算回波高斯脉冲的极值点时刻、强度及回波次数；

步骤S17：取首次回波时刻作为激光发射时刻；

步骤S18：取后续回波时刻作为回波时刻，用回波时刻减去激光发射时刻，得到激光飞行时间；

采用激光发射角的获取装置获取激光发射角；

所述激光发射角的获取装置包括延迟参数设置寄存器、延迟计数器、增量式编码器、比较器和捕获寄存器；

延迟参数设置寄存器的值通过实验标定，测量激光器触发信号与首次回波信号的时间差T1，分析激光器触发信号在FPGA内部的传输延迟T2,延迟参数设置寄存器的值为T1与T2之和；

延迟计数器接收清零信号后开始计数；

增量式编码器用于测量偏转扫描镜的旋转角度；

比较器用于计算来自于延迟计数器和参数设置寄存器的值之差，当二者的差值为零时，比较器产生激光发射角捕获信号，通过捕获寄存器锁存当前增量式编码器的数据，该数据即为精准的激光发射角。

2.根据权利要求1所述的激光扫描雷达实现亚厘米级测量精度的方法，其特征在于，

在步骤S11中，通过回波信号的调理装置对回波信号进行调理；

所述回波信号的调理装置包括控制单元、ADC、可控增益跨阻放大器、可变增益放大器AGC和光电探测器，其中，控制单元包括FPGA和ARM，FPGA包括激光发射重频控制组件、RAM和RAM中的增益曲线；

控制单元通过ADC或者可控增益跨阻放大器与可变增益放大器AGC通信连接，光电探测器通过可控增益跨阻放大器与可变增益放大器AGC通信连接。

3.根据权利要求2所述的激光扫描雷达实现亚厘米级测量精度的方法，其特征在于，在步骤S13中，提取有效回波时刻数据包括如下步骤：

步骤S131：根据激光器触发信号清空时间计数器；

步骤S132：检测激光器触发信号幅值高于基准电平还是低于基准电平；

当激光器触发信号幅值高于基准电平时，保存采样值及对应的时间戳数据，并将该激光器触发信号记录为激光发射信号；

当激光器触发信号幅值低于基准电平时，保存采样值及对应的时间戳数据，并将该激光器触发信号记录为有效目标回波信号。

4.根据权利要求3所述的激光扫描雷达实现亚厘米级测量精度的方法，其特征在于，在步骤S132中，FPGA融合了多片模数转换芯片，以提高对回波信号的采样率。

5.根据权利要求4所述的激光扫描雷达实现亚厘米级测量精度的方法，其特征在于，

在步骤S132中，FPGA融合了4片模数转换芯片；

4片模数转换芯片对应的采样时钟相位差分别为0°、90°、180°和270°。

6.根据权利要求1所述的激光扫描雷达实现亚厘米级测量精度的方法，其特征在于，

在步骤S17中，通过激光发射时刻获取装置提取激光发射时刻；

所述激光发射时刻获取装置包括激光器、光电探测器、偏转扫描镜和反射镜，其中，光电探测器包括光电转换器和接收镜；

当激光器发光后，激光器产生的光束先照射在偏转扫描镜上，再经被探测物反射至偏转扫描镜上，再经反射镜反射后，照射在光电探测器的接收镜上，再由光电转换器将光信号转变为电信号，从而通过光电探测器探测到由偏转扫描镜漫反射引起的首次回波信号，通过提取该首次回波信号的时刻能够得到精确的激光发射时刻。

7.根据权利要求1所述的激光扫描雷达实现亚厘米级测量精度的方法，其特征在于，采用示波器测量激光器触发信号与首次回波信号的时间差T1。