[发明专利]一种片状锥形转镜推扫式激光雷达高速扫描成像方法和系统

权利要求书

1.一种片状锥形转镜推扫式激光雷达高速扫描成像方法，其特征在于，包含以下步骤：

采用氮化镓(GaN)功率场效应管驱动电路驱动激光器发射脉冲激光；

通过片状锥形转镜周期性地改变脉冲激光的出射方向，使其根据特定扫描方式完成对目标的高速扫描，转镜每转过一个面即完成一行点云的扫描，每转过一圈可以完成多行点云的扫描；

驱动电机带动片状锥形转镜以定速模式或者定角度模式旋转，与激光发射相互配合，角度传感器实时测量转镜旋转角度，在闭环控制算法的控制下构成位置闭环与速度闭环系统；

根据回波激光信号与发射激光信号之间的时间差值解算出球坐标系下目标与激光器的直线距离，经过回波信号预处理算法后，再根据系统固有前倾角和旋转角参数，转换成笛卡尔坐标系下激光脚点的三维坐标；

根据推扫获得的位置信息，再结合获得的每个点的三维坐标，形成目标的三维点云，完成三维成像。

2.根据权利要求1所述的一种片状锥形转镜高速激光雷达推扫扫描成像方法，其特征在于：

电机旋转模式为定速模式，驱动电机在速度闭环控制算法下以稳定的转速旋转，同时氮化镓驱动电路以固定的时间间隔驱动激光器发射脉冲激光，角度传感器记录激光发射时刻转镜的角度，传输至处理器进行实时解算。

3.根据权利要求1所述的一种片状锥形转镜高速激光雷达推扫扫描成像方法，其特征在于：

电机旋转模式为定角度模式，每当驱动电机转到特定角度时，高精度角度传感器产生一个触发信号，触发信号触发氮化镓驱动电路发射脉冲激光，使得脉冲激光等角度间隔发射。

4.根据权利要求1所述的一种片状锥形转镜高速激光雷达推扫扫描成像方法，其特征在于：

所述回波信号预处理算法，在前倾角大于第一阈值、目标距离近于第二阈值或者对测量精度要求高于第三阈值的场景下，需要先对回波信号进行预处理，然后再进行三维坐标解算；在前倾角小于第一阈值、目标距离远于第二阈值或者对测量精度要求低于第三阈值的场景下，片状锥形转镜带来的测距非线性效应为微米级，无需进行回波信号进行预处理，直接进行三维坐标解算。

5.根据权利要求1所述的一种片状锥形转镜高速激光雷达推扫扫描成像方法，其特征在于：

所述片状锥形转镜每旋转一个面即完成一次点云的单行扫描，每旋转一周可以完成多行扫描，其转角θ满足扫描视场角；在设定的光电探测器灵敏度条件下，调整其外接圆半径和高度直至探测目标点的距离的系统误差低于设定阈值。

6.一种片状锥形转镜的高速激光雷达推扫扫描成像系统，用于实现权利要求1～5任意一项所述的方法，其特征在于：

氮化镓功率场效应管驱动电路为欠阻尼状态下的二阶RLC串联谐振电路，通过设置电路已经印刷电路板的R、L、C参数使得第一波峰升高、脉宽减小，并且电路具有反向过冲保护。

7.根据权利要求6所述的一种片状锥形转镜高速激光雷达推扫扫描成像系统，其特征在于：

片状锥形转镜形状为多边形锥台，激光经过斜面上的反射镜反射到自由空间。

8.根据权利要求6所述的一种片状锥形转镜高速激光雷达推扫扫描成像系统，其特征在于：

片状锥形转镜在特定的参数设置下其厚度达到毫米级厚度。

9.根据权利要求6所述的一种片状锥形转镜高速激光雷达推扫扫描成像系统，其特征在于：

片状锥形转镜形状为正多边形、非正多边形或者非对称的形状。

10.根据权利要求6所述的一种片状锥形转镜高速激光雷达推扫扫描成像系统，其特征在于：

激光器与片状锥形转镜旋转轴平行放置，使得出射激光与转镜旋转轴成一定夹角，此夹角为自带的前倾角。