[发明专利]激光测距仪接收视场标定及光轴平行度测量的装置和方法有效
| 申请号： | 201510272002.0 | 申请日： | 2015-05-25 |
| 公开（公告）号： | CN105137415B | 公开（公告）日： | 2017-08-29 |
| 发明（设计）人： | 许春晓;陶宇亮;颜凡江;穆生博;李凌 | 申请（专利权）人： | 北京空间机电研究所 |
| 主分类号： | G01S7/497 | 分类号： | G01S7/497;G01B11/26 |
| 代理公司： | 中国航天科技专利中心11009 | 代理人： | 范晓毅 |
| 地址： | 100076 北京市丰*** | 国省代码： | 北京;11 |
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| 摘要： | |||
| 搜索关键词： | 激光 测距仪 接收 视场 标定 光轴 平行 测量 装置 方法 | ||
【说明书】：
技术领域
本发明涉及视场标定及测量技术，特别是指一种基于辅助光源进行中心视场标定和接收视场精确测量的装置和方法。
背景技术
空间远距离激光测距系统主要应用在星载对地激光测高、空间小目标测量、空间交会对接等领域，激光发射角通常很小，微弧度至毫弧度量级，为了避免背景杂光对探测灵敏度的影响，接收系统视场角也尽量小，而且接收视场必须与发射视场高精度匹配，微小的光轴夹角误差都会导致远距离探测时回波能量的降低损失和探测概率的降低。因此接收视场与发射视场的高精度和高稳定度匹配对于空间激光测距系统是非常重要。
对于激光测距系统而言，发射光轴决定了目标距离处的光斑位置，为保证回波探测的高概率与高信噪比，发射的光斑必须被接收视场所覆盖，该视场的大小一般由接收系统的光学设计决定，该视场的指向角则由接收光轴所确定。因此，接收光轴与发射光轴的共轴度对激光测距仪性能至关重要。例如，在星载对地激光测距系统中，工作距离通常为400km～500km，激光收发光轴夹角的微小偏差都会导致发射光斑偏出或者部分偏出接收视场，从而导致回波信号能量下降乃至丢失，减低探测概率和系统信噪比；在空间小目标大动态范围激光测距系统中，激光收发光轴的微小偏差会导致发射光斑与接收视场偏差随着距离的增大不断增大，因此会影响此种系统的最远探测距离，降低探测概率和系统信噪比。
因此，激光测距系统地面装调测试的时候需要对光轴匹配性进行测量和标校，使得接收光机系统中心视场与发射光轴高精度配准，对中心视场和边缘视场进行标定和测量。此外，系统装调完成后，经历各种环境实验、室内测试、外场测试，受到各种力、热、电的环境影响，准确的检测光轴平行度和接收中心视场偏移对于确定系统状态是非常重要的。
现有的测试方法都是针对收发光轴的匹配度的测试装置和方法，不同的激光测距系统采用的测试装置和方法均不同，但是针对接收视场的标定和测试尚没有相关文献。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用长焦距平行光管、精密刻度漫透射板和高光束质量的辅助光源，能够实现角度偏移量的精确测量和收发光轴的高匹配度装调，相比其它装置与方法，可以实现高精度、定量测量光轴夹角和视场范围。
本发明目的通过如下技术方案予以实现：
提供一种激光测距仪测量装置，用于激光测距仪接收中心视场标定和测量，或用于激光测距仪发射和接收光轴平行度测量，包括辅助标定光源、光束整形与精密调整组件、漫透射板、功率计、平行光管、待测激光测距系统及示波器；
所述光束整形与精密调整组件包括激光扩束镜头、能量衰减器、激光汇聚透镜和精密调整架组成；扩束镜头、能量衰减器和汇聚透镜均安装在三维精密调整架上；漫透射板放置在激光汇聚透镜的焦平面上；
所述待测激光测距系统包括激光发射机、接收光学系统、探测及放大电路系统；漫透射板放置在平行光管的焦平面处，激光发射机发出的激光通过平行光管汇聚后在漫透射板上形成光斑；
辅助标定光源(1)发出的激光光束，经过激光扩束镜头(201)的准直扩束后，调整能量衰减器(202)的不同衰减倍率，再耦合到汇聚透镜(203)中，在漫透射板(3)上形成光斑，通过平行光管(5)传输至接收光学系统(602)，经探测及放大电路系统(603)发送至示波器(7)；需要测试入射到平行光管(5)内的光功率P时，将功率计(4)放置在漫透射板(3)与平行光管(5)之间，距离平行光管(5)焦平面的距离为：d＝D1*f/D2，D1为功率计的有效接收口径，D2为平行光管的口径，f为平行光管的焦距。
同时提供一种激光测距仪发射和接收光轴平行度测量的方法，包括如下步骤：
1)待测激光测距系统的收发光轴平行度装调完成后，开启激光发射机，由激光发射机发出的激光通过平行光管汇聚后在漫透射板上形成光斑A，记录光斑A的位置；
2)关闭激光发射机，开启辅助标定光源，发出激光光束，经过激光扩束镜头的准直扩束后，再耦合到汇聚透镜中，在漫透射板上形成光斑，调整精密调整架，使光斑汇聚到漫透射板的中心，漫透射板的中心即为平行光管焦平面的中心；
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- 本实用新型提出一种对激光测距机轴线位置进行检测的装置，该系统由扩束系统、光衰减系统、光吸收系统、CCD以及后处理系统等组成，采用抗损伤阈值更高的反射式衰减；后向反射的大部分激光由光吸收系统进行处理；通过反射式光衰减器后，入射到一个可调光衰减器上，对光进行不同程度的衰减；透过可调光衰减器的激光被CCD所接收；后端处理器将CCD接收到的光斑进行数据处理，然后利用算法精确定位质心位置，从而可以确定激光束轴线的位置。本实用新型采用新型的光栅型光吸收系统对高能激光进行处理，因此可大大减小系统的体积，使得整个测量系统更加紧凑，可以适应更多的应用场景。
- 一种多组多线激光雷达的自动标定算法-201710207016.3
- 温程璐;宫正;李军;王程 - 厦门大学
- 2017-03-31 - 2019-08-27 - G01S7/497
- 本发明公开了一种多组多线激光雷达的自动标定算法，包括以下步骤：S1、估计激光雷达A与激光雷达B的坐标变换关系初值Tguess；S2、对激光雷达A所采集的点云数据进行局部子地图M的构建；S3、基于数据同步和轨迹同步的假设，将点云数据
通过
与Tguess变换到时刻n在局部子地图M中的位置，并通过最近邻点云搜索算法找到其在局部子地图M中的附近点；S4、基于环境一致性约束，求解激光雷达A与激光雷达B的多组标定关系
S5、使用随机采样一致性规则消除多组标定矩阵中的异常样本点，最后取均值求出Tcali。本发明所示的自动标定算法只需要根据激光雷达传感器的同步数据，就能自动标定雷达之间的坐标关系，高效快捷，并且能推广到多雷达系统的标定中。
- 快速标校激光瞄准点的光学系统及激光远程异物清除仪-201821976787.5
- 刘岩;刘虓;周子钰;马瑞达;刘子溦;郭紫涵;杜雨珂 - 成都安的光电科技有限公司
- 2018-11-28 - 2019-08-27 - G01S7/497
- 本实用新型涉及一种快速标校激光瞄准点的光学系统及激光远程异物清除仪，其中，所述光学系统可以利用射入成像探测器的部分激光标校激光发射瞄准点；本实用新型所提供的光学系统及激光远程异物清除仪，在进行瞄准点的标校时，不需要长距离的场地或专用的标校场地，而且标校的过程更简单、便捷，标校精度高，可以有效避免现有技术中的弊端。
- 对距离图像的异常进行检测的拍摄装置-201810284127.9
- 高桥佑辉;渡边淳;中村稔 - 发那科株式会社
- 2018-04-02 - 2019-08-20 - G01S7/497
- 本发明的拍摄装置的图像处理装置包括基于光的飞行时间由第一摄像机以及第二摄像机的输出信号生成第一距离图像以及第二距离图像的距离图像生成部。图像处理装置包括由摄像机的输出信号生成立体图像的立体图像生成部。图像处理装置包括对立体图像和距离图像进行比较，来对第一距离图像以及第二距离图像中一方的异常进行检测的图像比较部。
- 一种基于时空变换的激光雷达标定装置及标定方法-201811514405.1
- 陈永然;孙礼朋;庄永良 - 北京华科博创科技有限公司
- 2018-12-12 - 2019-08-20 - G01S7/497
- 本发明提供了一种基于时空变换的激光雷达标定装置，用于全固态三维面阵激光雷达的标定，包括：待标定三维面阵激光雷达安装部分；合作标定目标安装部分；环境光屏蔽箱体；定向接收主动光源导管以及时间延迟模块；待标定三维面阵激光雷达安装部分、合作标定目标安装部分、环境光屏蔽箱体、定向接收主动光源导管以及时间延迟模块使用固定螺丝、定位孔方式固定，组成一个一体化三维面阵激光雷达标定装置。还公开了相应的标定方法。简单、方便、快捷的标定装置和标定方法，能对三维面阵激光雷达进行快速、精确标定，标定精度高，标定距离范围广，且不要求特殊的标定环境和合作标定目标。
- 一种激光测距系统收发光轴平行性检校方法及系统-201910520510.4
- 安宁;刘承志;范存波;董雪;宋清丽;梁智鹏;温冠宇;马磊 - 中国科学院国家天文台长春人造卫星观测站
- 2019-06-17 - 2019-08-16 - G01S7/497
- 本发明属于激光测距技术领域，具体涉及一种激光测距系统收发光轴平行性检校方法及系统。所述系统包括激光测距系统和设置于所述激光测距系统上的导星系统及光学逆向装置。引入导星系统，扩大了系统监测视场。结合激光衰减技术、距离门技术，利用光学逆向反射装置在发射光截取极少部分光作为参考光对视场中心位置进行调校，同时利用目标跟踪闭环法实现系统收发光轴平行性的实时自动检校。在单次激光测距过程中兼顾了自动调校系统的收发光轴功能，有效改善了激光测距系统的指向精度，提高了系统回波率及工作效率，对激光测距技术迈向全自动时代具有重要意义。
- 一种机载激光雷达的校准系统-201822181234.7
- 李永田;张虎城;张扬;伍逸枫;姬宪法;李玉成;王江艳;姚永康 - 中国人民解放军空军工程大学航空机务士官学校
- 2018-12-25 - 2019-08-13 - G01S7/497
- 本实用新型公开了一种机载激光雷达的校准系统，包括信号频率采集电路、校准检测电路和滤波输出电路，所述信号频率采集电路采集机载激光雷达工作时的电磁波信号频率，运用三极管Q1、三极管Q2和稳压管D6组成复合电路滤除信号中异常信号，所述校准检测电路运用运放器AR2、运放器AR1和运放器AR3组成校准电路稳定频率采集电路输出信号静态工作点，同时运用可变电阻RW2和三极管Q3组成异常高电平信号检测电路，滤除信号中的异常高电平信号，最后所述滤波输出电路运放电感L1和电容C4、电容C5组成π型滤波电路滤波后输出，能够实时检测机载激光雷达工作时的电磁波信号频率，并将电磁波信号频率转化为机载激光雷达的校准系统控制终端内的补偿信号。
- 场端多线束激光雷达的离线标定方法-201910335587.4
- 赵家兴;倪凯;骆沛;杜艳维 - 禾多科技（北京）有限公司
- 2019-04-24 - 2019-08-09 - G01S7/497
- 本发明公开了一种场端多线束激光雷达的离线标定方法，包括：S1、点云获取：由布设在场端的各个激光雷达分别获取点云，用三维激光扫描仪扫描得到场端的场景地图点云；S2、粗标定：由所述点云中随机选取共面4点作为目标点，利用4PCS算法在所述场景地图点云中找到与选取的点云对应的所有对应点，通过不断迭代优化目标函数得到初级标定外参；S3、细标定：将所述初级标定外参作为初始值，利用GICP算法再次循环迭代优化目标函数，最终得到终极标定结果。其通过对激光雷达的粗标定后再进行细标定，使得各个激光雷达的标定精度高，保证了自动泊车的顺利进行。
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