激光雷達(dá)系統(tǒng)回波能量動(dòng)態(tài)范圍的壓縮方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種激光雷達(dá)系統(tǒng)回波能量動(dòng)態(tài)范圍的 壓縮方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 激光雷達(dá)是一種具有極高時(shí)空分辨率和測(cè)量精度的遙感設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于在無 人導(dǎo)航車、三維城市建模、地形勘測(cè)、大氣探測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域。為了增大激光雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè) 距范圍，需要對(duì)預(yù)探測(cè)區(qū)域內(nèi)的激光回波能量的動(dòng)態(tài)范圍進(jìn)行壓縮。目前在高速測(cè)量中， Reigl、Velodyne、Optech、北科天繪等國(guó)際知名激光雷達(dá)制造商均通過電路控制的方式來 壓縮激光回波能量動(dòng)態(tài)范圍，具有穩(wěn)定性不足、串?dāng)_強(qiáng)、延遲高、工藝難度大等弊端，并且對(duì) 優(yōu)質(zhì)進(jìn)口芯片的依賴性極大。因此，高穩(wěn)定性、低成本的光學(xué)方法成為了該項(xiàng)技術(shù)的新突破 點(diǎn)。
[0003] 1978年，J.Harms提出在共軸結(jié)構(gòu)下設(shè)置中心遮擋有利于壓縮激光回波能量的動(dòng) 態(tài)范圍，并發(fā)現(xiàn)在雙軸結(jié)構(gòu)下激光回波能量的動(dòng)態(tài)范圍與雙軸間隔、夾角有關(guān)；1994年，Jin Wang和JuhaKostamovaara初步探討了發(fā)射和接收光學(xué)系統(tǒng)的成像位置對(duì)激光回波能量 動(dòng)態(tài)范圍的影響，并指出在發(fā)射和接收光軸之間設(shè)置一定的正夾角有利于提高最遠(yuǎn)探測(cè)距 離；2002年，GiorgosChourdakis等人分析了接收光纖孔徑和激光束M因子對(duì)激光回波能 量動(dòng)態(tài)范圍的影響；2005年，KamilStelmaszczyk等人進(jìn)一步分析了雙軸之間的正夾角對(duì) 激光回波能量動(dòng)態(tài)范圍的影響。針對(duì)壓縮激光回波能量動(dòng)態(tài)范圍的關(guān)鍵方法，上述研宄并 沒有給出明確的、定量的結(jié)論。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)【背景技術(shù)】存在的問題，本發(fā)明提供一種激光雷達(dá)系統(tǒng)回波能量動(dòng)態(tài)范圍的壓 縮方法，具體技術(shù)方案如下：
[0005] 一種激光雷達(dá)系統(tǒng)回波能量動(dòng)態(tài)范圍的壓縮方法，在發(fā)射光軸與接收光軸中設(shè)置 一定的負(fù)夾角Au，并將探測(cè)器設(shè)置在接收光學(xué)系統(tǒng)焦平面后一定距離處AL。
[0006] 所述發(fā)射光軸與接收光軸之間的負(fù)夾角au需滿足：
[0007]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種激光雷達(dá)系統(tǒng)回波能量動(dòng)態(tài)范圍的壓縮方法，其特征在于，在發(fā)射光軸與接收 光軸中設(shè)置負(fù)夾角Au，并將探測(cè)器設(shè)置在接收光學(xué)系統(tǒng)焦平面后距離AL處。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光雷達(dá)系統(tǒng)回波能量動(dòng)態(tài)范圍的壓縮方法，其特征在 于，所述發(fā)射光軸與接收光軸之間的負(fù)夾角△u滿足：
其中，Zmax是最大可探測(cè)距離，是接收光學(xué)系統(tǒng)的半視場(chǎng)角，Rd是接收光學(xué)系統(tǒng)孔徑，S是入射激光的半發(fā)散角，Rt是發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)孔徑，d是發(fā)射光軸與接收光軸的距離。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種激光雷達(dá)系統(tǒng)回波能量動(dòng)態(tài)范圍的壓縮方法，其特征在 于，所述探測(cè)器與接收光學(xué)系統(tǒng)焦平面后的距離AL滿足：
其中，〇是調(diào)焦系數(shù)，f?是接收光學(xué)系統(tǒng)焦距。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種激光雷達(dá)系統(tǒng)回波能量動(dòng)態(tài)范圍的壓縮方法。本發(fā)明尤其適用于雙軸結(jié)構(gòu)，通過在發(fā)射光軸與接收光軸之間設(shè)置一定的負(fù)夾角，降低重疊因子隨探測(cè)距離增加的上升速率，有利于壓縮激光回波能量的動(dòng)態(tài)范圍；此外，將探測(cè)器設(shè)置在接收光學(xué)系統(tǒng)焦平面后一定距離處，以獲得最佳的激光回波能量響應(yīng)。本發(fā)明通過理論分析和數(shù)值計(jì)算給出的經(jīng)驗(yàn)性公式和結(jié)論，對(duì)激光雷達(dá)系統(tǒng)的整機(jī)設(shè)計(jì)和性能評(píng)估具有指導(dǎo)意義。
【IPC分類】G01S17-88, G01S7-493
【公開號(hào)】CN104714221
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510167154
【發(fā)明人】李松, 史光遠(yuǎn), 黃科, 李子樂, 楊晉陵
【申請(qǐng)人】武漢大學(xué)
【公開日】2015年6月17日
【申請(qǐng)日】2015年4月9日