CN114488193B 转镜式多线激光雷达及其设计方法 （森思泰克河北科技有限公司）

本发明提供了一种转镜式多线激光雷达及度驱动反射镜尺寸、光源位置与视场的约束条各元件之间的结构参数和转镜式多线激光雷达2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1和最大视场角度v2，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根据所述透光外壳的中心水平位置和宽度确定所述透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5.如权利要求3或4所述的转镜式多线激光雷达6.如权利要求3或4所述的转镜式多线激光雷达设计方外壳的发射区域和接收区域的垂直截面分别由一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3点c1和G2；对应于接收区域的所述透光外壳由平行四边形截面GCGdGeGf沿着所述曲线两个平行斜边GaGC和GbGd朝向雷达内部倾斜一定角度，平行四边形截面GCGdGeGf的两个平行斜边GCGe和GdGf朝向雷达外部倾斜一定角度。域的宽度y,(u)处于水平方向上且满足关系式：;;;;4述反射镜的旋转中心之间的垂直距离，yg为所述透光外壳距所述光源的垂直距离，wg为所述透光外壳的半宽，xg为所述透光外壳的中心与所述反射镜的旋转中心之间的水平距离，ye1为所述有效接收区域在竖直方向上对应的投影高度最大值，效接收区域在竖直方向上对应的投影高度最小值。发射光路和所述反射镜的反射镜面的交点之间的距离，为所述反射镜的反射镜面与水平5[0001]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，[0006]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、[0009]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6[0018]本发明提供的转镜式多线激光雷达设计方法的有益效果7边形截面沿空间曲线扫描而成，两个平行四边形截面的斜边间夹角大于瞬时扫描视场角式多线激光雷达的结构参数和性能指标之间的约束关系中获取各元件单元的尺寸和位置[0035]图2为本发明实施例提供的转镜式多线激光雷达的扫描发射光路俯视图(a)和正8[0037]图4为本发明实施例中接收透镜的有效接收孔径与平摆扫描视场的视场角度之间[0038]图5为本发明实施例中接收透镜的有效接收孔径长度与激光雷达视场的视场角度[0044]图11为本发明实施例采用的转镜式16线激光雷达分别采用两种接收透镜布置方[0045]图12为本发明实施例采用的转镜式16线激光雷达在不同透光外壳垂直位置下的[0046]图13为本发明实施例提供的转镜式多线激光雷达(去除透光外壳的发射区域和接9上下分隔发射单元20和接收单元30，且与发射区域11和接收区域12的交汇位置水平对齐；范围相等或不等均可；上述转镜式多线激光雷达的相邻各线束之间的角度可以相等或不[0067]需要说明的是，本实施例所提供的转镜式多线激光雷达的光源的位置约束条件、发出的准直光束在C点经过AB面反射后以平摆扫描视场角度ν通过半宽为Wg的透光外壳G出描视场的最小视场角度ν1也开始受到限制，沿曲线的轨迹逐渐升到0时最大视场角度ν2为最小视场角度为0且始光外壳的宽度和透光外壳的边缘位置坐标之间[0088]在本实施例中，转镜式多线激光雷达的最大探测距离为Lm(由该方向的回波信号截面经反射镜反射投影到探测平面与接收透镜的孔径重叠位置的部[0092]图4即为接收透镜的有效接收孔径长度与平摆扫描视场之间的关系图，由此可以作出如图5所示的有效接收孔径长度与激光雷达视场之间的关系图，从而确定回波信号的r式多线激光雷达的各元件单元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效接收区域确定反射镜的旋转半径和接收透[0097]由于发射功率P0在视场范围内完全相同，因此不同视场角度为有效接收区域在y轴上对应的投影高度最大值(即最高点)，Ye2为有效接收区域在y轴上[0104]由关系式五即可确定Yr对应于不同视场角度ν的最优解，从而获得有效接收区域[0111]应说明的是，接收光路的空间高度H2，即转镜式多线激光雷达的底盖上表面(即[0114]由于平板型结构的透光外壳存在镜面反射，在某些角度就有可能产生鬼影问题：如图6中的实线箭头所示，在平摆扫描视场的情况下，平摆扫描光束以入射到透光外壳的大部分光能够通过透光外壳进行正常的[0124]通过关系式六可以计算得出产生鬼影的视场范围νg1~νg2，在本实施例中通过在面型结构的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行四边形GaGbGcGd截面和平行四边形GcGdGeGf截面的平行斜边分别沿不同方向倾斜不同设两个平行斜边GaGc和GbGd与z轴的夹角为δE，光度变为-2δE，再经过反射镜反射从透光外壳相对于原来的接收视场在俯仰角度上错开了δ2R，只要δ2R大于系统接收视场VR，即2δE+2路经过透光外壳前后的指向性不变，在xoy平面内同样进行分析透光外壳截面扫描轨迹曲发射光路经反射镜反射后以视场角度ν出射，方向矢量为F=(cos2a,sin2a),要使光路出射方向保持不变，该方向矢量必须与曲面的法向量重合或者与曲线的切向量v2m下透光外壳边界点G2与光路和反射镜交点C之间的距离，α2表示最大视场角度v2m对应线在x轴入射，两镜面间距离为0时，反射光线以O为圆心随着反射镜旋转按二倍角速度转平行四边形GcGdGeGf截面的高度H1和H2由前面的约束条件关系式进行确定，然后通过满足此时a＝r,P=只要最小的转子半径r功率Pm为2.2nW，激光雷达出射功率P0为75W，接收透镜效率ηr为90发射透镜效率ηe为=35mm。[0152]根据上述约束关系式十一，在此选取Ys1＝13mm，光源位置中心位置为Ys0=[0158]然后再根据图5所示的有效接收孔径长度与雷达视场变化关系，解出Ye1=的视场范围其最大探测距离与视场角度之间的关系相同，两种的回波有效探测面积相同，[0160]由上述光学和结构参数确定透光外壳中心的x轴坐标和宽度后，分别考虑选择平相应的入射角度范围[ν1i,ν2i]的相关数据。[0164]确定平面型透光外壳的位置和宽度后，针对入射角度范围[ν1i,ν2i]设计增透膜边形截面可以作出合理的曲面型透光外壳结构，使其在能够消除激光雷达鬼影现象的同低空间冗余度，紧凑度高，且其扫描光学区域的体积可达V＝LD(H1+H2)＝70×58×