[发明专利]激光雷达测量值修正方法、误差补偿模型以及激光雷达

说明书

本发明公开了一种激光雷达测量值修正方法、误差补偿模型以及激光雷达，修正方法包括如下步骤：S1、搭建测试环境；S2、采集数据；S3、数据处理；S4、角度零位校准；S5、生成建模数据；S6、建立误差补偿模型；S7、修正原始测量距离；S8、验证误差补偿效果；S9、判断多个点的模型误差是否都在设定范围内；S10、调整二元函数拟合方案。本发明不需要反复测量很多数据，只需要测量数据中的回波测量值和APD温度覆盖到一定范围，节省产品标定时间。

技术领域

本发明属于激光测距技术领域，具体涉及一种激光雷达测量值修正方法、误差补偿模型以及激光雷达。

背景技术

由于分辨率高、隐蔽性好、抗干扰能力强等特点，激光测距技术已在军事、生产和生活领域取得广泛的应用。在所有激光测距方法中，飞行时间测量法ToF(Time ofFlight)，即通过测量激光脉冲在激光源与目标面之间往返飞行的时间得到目标距离，测距原理简单明了，且脉冲激光脉宽窄、持续时间短、瞬时功率大从而探测距离远，所以基于ToF的激光雷达使用场景众多。

测距精度是激光雷达最重要的性能指标之一，但其结构特点和测距原理导致原始输出往往是存在误差的，如何有效地修正测距误差一直是激光雷达研发领域的难题。实际距离误差分为系统误差和随机误差，随机误差由噪声产生，无法有效消除，我们要补偿的误差一般指系统误差。现有的对激光雷达测距误差源分析可以主要分为两类：第一类是基于激光脉冲的测距原理分析误差源；第二类是利用激光本身结合激光雷达的其他元器件的数学物理特征建立理论模型。

第一类分析方法将误差来源主要分为计时器频率误差、大气折射率误差、以及时刻鉴别误差(或光电系统延迟误差)。其中计时器频率误差可以由选择高频率计数器减小到可容忍的范围，大气折射率误差因不可控性一般被忽略，因此分析的重点是时刻鉴别误差。导致时间鉴别误差的因素是经光电转换后的脉冲回波信号的形状和幅度不稳定，即便是同一目标同一距离，回波信号的形状和幅度也会因为光路入射角度不同而有差异，从而造成stop时刻的读取误差。对该类误差的补偿方式主要有研究误差和回波信号强度的关系，优化stop时刻的读取方式等。但通常影响回波信号强度的因素复杂，只用一个变量来描述回波信号强度从而补偿误差的效果有限；而优化stop时刻读取方式需要添加新元器件，导致成本增加。第二类分析方法主要使用雷达方程来描述激光脉冲的辐射传播，对回波光子的分布进行假设的前提下推导并建立激光回波信号与探测器时间抖动的数学模型，进而得出了距离游走误差与探测器时间抖动之间的关系。但该方法首先基于一些数学假设，其次不同的激光雷达的结构涉及以及不同元器件本身的差异难以使用统一的数学关系式描述，从而该方法很大程度上只能提供理论参考，实际应用比较困难。

另外，扫描式的激光雷达一般会设置一个角度零位，角度的高分辨率可以帮助在实际环境中定位。然而由于激光雷达的生产过程相关元器件的组装存在一定误差，激光扫描的实际角度可能与内部理论角度存在偏差，例如，激光雷达实际输出的180度并不是严格的180度方向。这种偏差会造成定位误差，可能会影响高要求应用场合的定位准确度。目前少有对这种误差的分析，除非激光雷达的生产组装精度足够高，针对角度零位偏差的校准是有必要的。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中激光雷达定位误差的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种激光雷达测量值修正方法，包括如下步骤：

S1、搭建测试环境，提供测试空间和环形内侧面，所述测试空间温度可调的设置，所述环形内侧面包括扫描区A和扫描区B，所述扫描区A的回波测量值大于所述扫描区B的回波测量值，待修正激光雷达设于所述环形内侧面内且二者置于所述测试空间中，待修正激光雷达循环扫描所述扫描区A和所述扫描区B；

S2、采集数据，待修正激光雷达在不同温度条件下旋转扫描多圈，每扫描一圈获得多个点的测量数据；

S3、数据处理，解析每个点的数据，剔除异常值，处理完的每个点的测量数据包括测量距离、回波测量值、测量角度以及APD温度信息；