一种激光雷达校准仪及激光雷达的校准方法与流程

本发明涉及一种雷达的校准，尤其是一种激光雷达校准仪及激光雷达的校准方法。

背景技术：

1、随着激光雷达组网进程的加快，越来越多的气溶胶雷达都必然面临着定期校准、测试的需求。在常规的校准检测中，多数测试项目需要在相对理想的天气条件下才可以进行信号采集验证，同时需要在激光雷达的接收通道中加入各种光学元件进行比对测试，不仅操作繁琐，还易导致激光雷达原有光路倾斜、高精度器件污染等问题。

2、激光雷达测试项目较为专业，测试数据较多，普通操作人员难以上手，需要专业培训才能上手操作检测。虽然雷达数据格式在逐步统一，但仍需要专门的数据处理人员对信号数据进行分类处理分析后得到测试结果，极大地降低了检测效率。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供一种解决了当前操作复杂、依赖专业人员、需要特定的理想天气、配套的工具工装才能进行操作的限制的一种激光雷达校准仪，具体技术方案为：

2、一种激光雷达校准仪，包括电源模块，还包括：光源模块，用于发射模拟激光雷达的光学回波信号主控模块，所述主控模块分别与所述电源模块和所述光源模块连接；通信模块，所述通信模块分别与所述主控模块和所述激光雷达连接；及人机交互模块，所述人机交互模块分别与所述通信模块和所述激光雷达连接，用于设备操控、功能设置、功能展示以及所测雷达反馈的数据展示与测试结果的展示；其中，所述人机交互模块通过通信模块对主控模块下发指令，并与激光雷达交互，所述主控模块控制光源模块的发光强度、发光时间、发光频率及偏振特性，模拟激光与大气相互作用后产生的光学回波信号，所述激光雷达接收光学回波信号并进行测试和校准。

3、优选的，所述光源模块包括：受控光源，用于调控发光强度、发光时间与发光频率；波长选择器件，用于根据所述激光雷达的性能参数进行波长选择；光路整形模块，用于对发射的光信号进行整形，使输出的光信号指标符合激光雷达的接收参数，完成对外部信号的应用替换；及偏振调控模块，用于调控光学偏振属性。

4、进一步的，所述受控光源用于根据配置电流波形或新编辑的配置电流波形对受控光源进行供电，受控光源因配置电流的变化，实现对应波形状态的发光，其最小变化时间为100ns。

5、优选的，所述波长选择器件包括二向色镜或带通滤光片。

6、优选的，所述光路整形模块包括：光阑，所述光阑与所述受控光源相对设置，用于初步约束受控光源发射光束的发散角；反射镜，所述反射镜与光阑相对设置，用于折转受控光源光束；及透镜，所述透镜位于一起光源输出口处，且与所述反射镜相对设置，用于接收反射镜的光束，并改善输出光束的角度。

7、其中，所述偏振调控模块包括偏振片、半波片或pbs。

8、优选的，所述主控模块包括：逻辑控制子模块，用于对校准测试过程中进行传感数据接收、逻辑判定、以及对各发光指令的精确控制；及光源控制子模块，用于对光源模块进行光源选择和发光强度调控。

9、一种激光雷达的校准方法，包括以下步骤：发送测试指令，生成控制信号；发射指定发光强度、指定时间长度与指定发射频率的光束；对光束依次进行波长过滤、光路整形、偏振调节，得到模拟光学回波信号；激光雷达接收到模拟光学回波信号后，实时获取激光雷达的采集数据，并通过显示界面实时展示，操作人员根据界面中的提示，对模拟光学回波信号进行调节，使模拟光学回波信号满足测试要求下的最佳状态；然后采集信号，进行数据存储同时开始计算分析，完成计算后显示校准结果。

10、优选的，所述发光强度的控制是通过高精度模拟信号输出控制。

11、优选的，发生光束时，根据预存储的配置电流波形或新编辑的配置电流波形实现对应波形状态的发光。

12、进一步的，所述计算分析包括系统线性度分析、系统串扰度分析以及系统偏振通道增益比分析。

13、进一步的，所述系统线性度分析包括通过配置电流波形对原始信号廓线不同阶梯进行取值，并以信号值为纵坐标、以衰减率为横坐标进行线性拟合；其中根据如下公式计算出判定系数：

14、

15、式中：

16、r2——判定系数，％；

17、t——衰减率，％；

18、p——每个信号阶梯信号值，单位为伏或光子数；

19、m——测试数据个数；

20、i——测试数据序号(i＝1,2,...,n)。

21、优选的，所述系统串扰度分析包括通过配置电流波形，并测量串扰源通道及被串扰通道的实际采集数据进行分析，根据如下公式计算出判定系数：

22、

23、式中：

24、ct——串扰度，％；

25、g——通道增益系数；

26、x1——被串扰通道正常采集数据；

27、x0——被串扰通道背景数据；

28、x1——串扰源通道正常采集数据；

29、x0——串扰源通道背景数据；

30、n——参与计算的数据个数。

31、优选的，所述的系统偏振通道增益比分析包括通过配置电流波形，并同时测量平行通道及垂直通道的实际采集数据，记录不同波片时测量对应信号，根据如下公式计算出结果：

32、

33、式中：

34、g——通道增益系数；

35、ps——步骤1(p弱s强)中的垂直通道采集数据；

36、pp——步骤2(p强s弱)中的平行通道采集数据。

37、与现有技术相比本发明具有以下有益效果：

38、本发明提供的一种激光雷达校准仪解决了激光雷达校准测试过程中外部信号验证对苛刻的理想天气条件的要求，同时也规避了测试过程中需要在雷达接收系统中添加额外光学元件的繁琐操作要求；在操作过程中，通过指定测试项目可向导式完成测试过程中的所有步骤，并可以快速显示各项测试结果，使普通人员也可快速完成雷达校准测试任务。

技术特征：

1.一种激光雷达校准仪，包括电源模块，其特征在于，还包括：

2.根据权利要求1所述的一种激光雷达校准仪，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的一种激光雷达校准仪，其特征在于，

4.根据权利要求2所述的一种激光雷达校准仪，其特征在于，

5.根据权利要求2所述的一种激光雷达校准仪，其特征在于，

6.根据权利要求2所述的一种激光雷达校准仪，其特征在于，

7.根据权利要求1所述的一种激光雷达校准仪，其特征在于，

8.一种激光雷达的校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.根据权利要求8所述一种激光雷达的校准方法，其特征在于，所述发光强度的控制是通过高精度模拟信号输出控制。

10.根据权利要求8所述一种激光雷达的校准方法，其特征在于，发生光束时，根据预存储的配置电流波形或新编辑的配置电流波形实现对应波形状态的发光。

11.根据权利要求8所述一种激光雷达的校准方法，其特征在于，所述计算分析包括系统线性度分析、系统串扰度分析以及系统偏振通道增益比分析。

12.根据权利要求11所述一种激光雷达的校准方法，其特征在于，所述系统线性度分析包括通过配置电流波形对原始信号廓线不同阶梯进行取值，并以信号值为纵坐标、以衰减率为横坐标进行线性拟合；其中根据如下公式计算出判定系数：

13.根据权利要求11所述一种激光雷达的校准方法，其特征在于，所述系统串扰度分析包括通过配置电流波形，并测量串扰源通道及被串扰通道的实际采集数据进行分析，根据如下公式计算出判定系数：

14.根据权利要求11所述一种激光雷达的校准方法，其特征在于，所述的系统偏振通道增益比分析包括通过配置电流波形，并同时测量平行通道及垂直通道的实际采集数据，记录不同波片时测量对应信号，根据如下公式计算出结果：

技术总结
本发明涉及一种激光雷达校准仪，包括电源模块，还包括：光源模块，用于向激光雷达发射激光雷达光学回波信号；主控模块分别与电源模块和光源模块连接；通信模块分别与主控模块和激光雷达连接；人机交互模块分别与通信模块和激光雷达连接，用于功能设置、功能展示、所测雷达反馈的数据展示与测试结果的展示；其中，人机交互模块通过通信模块对主控模块下发指令，并与激光雷达交互，主控模块控制光源模块的发光强度、发光时间、发光频率及偏振特性，模拟激光与大气相互作用后产生的回波信号，对激光雷达进行校准或测试。该激光雷达校准仪通过指定测试项目可完成测试过程中的所有步骤，使普通人员也可快速完成雷达校准。

技术研发人员：万学平,孙笠馨,徐胜辉,刘晓云,尤航,王斌杰
受保护的技术使用者：无锡中科光电技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11