一种激光雷达的电磁干扰检测方法及系统

本发明涉及电磁环境效应检测领域，特别是涉及一种激光雷达的电磁干扰检测方法及系统。

背景技术：

激光雷达是在光电辐射探测和传统雷达基础上发展起来的主动成像技术。随着激光雷达技术的发展，激光雷达在末端制导、激光主动寻找、伪装下的装甲车辆探测、行星探测器自动登陆和飞行器防撞等领域有着广阔的应用。

同时随着科技的迅速发展，各种电子设备如雷达电子设备、通信电子设备的频谱越来越宽，功率越来越大，采用的信号样式的种类也越来越多，这就使得激光雷达面临的电磁环境日益复杂多变，这就要求激光雷达需要在复杂动态可变的电磁环境下的进行更严苛的考验。

然而在复杂电磁环境下激光雷达的电磁环境效应评估的过程中，由于不能够穷尽所有的电磁信号参数组合，存在性能边界不清晰、检测方法不完备的问题，导致对激光雷达电磁环境效应评估可靠性不足。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种激光雷达的电磁干扰检测方法及系统，提高了检测的全面性和可靠性。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种激光雷达的电磁干扰检测方法，包括：

获得待检测激光雷达的初始测距精度；所述初始测距精度为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的误差点数；

构建多源辐射场，所述多源辐射场包括背景干扰信号、雷达信号和通信信号；所述背景干扰信号中信号类型超过设定数量，所述背景干扰信号的信号强度低于设定强度值；

调整多源辐射场的信号类型、信号频率和信号场强，获得不同信号类型、不同信号频率和不同信号场强条件下待检测激光雷达的测试测距精度，各测试测距精度为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的误差点数；所述多源辐射场为所述背景干扰信号、所述雷达信号和所述通信信号构成的辐射场；

通过各测试测距精度和所述初始测距精度判断所述待检测激光雷达电磁干扰的边界性能。

可选地，所述通过各测试测距精度和所述初始测距精度判断所述待检测激光雷达电磁干扰的边界性能，具体包括：

将各测试测距精度超过所述初始测距精度的误差点数，占点云总点数的百分比定义为测试精度；所述点云总点数为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的点数；记录测试精度低于第一阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第一边界，记录测试精度低于第二阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第二边界，记录测试精度低于第三阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第三边界，所述第一边界表示所述待检测激光雷达性能降低到设定范围，所述第二边界表示所述待检测激光雷达成像错误，所述第三边界表示所述待检测激光雷达设备损坏。

可选地，所述第一阈值为98％，所述第二阈值为80％。

可选地，通过背景电磁环境产生模块产生背景干扰信号；所述背景电磁环境产生模块包括第一工控机、第一任意信号发生器、第一微波信号源、第一混频器、第一功率放大器、第一定向耦合器、第一功率计和第一辐射天线；

所述第一工控机与所述第一任意信号发生器连接，所述第一任意信号发生器的输出端与所述第一混频器的中频接口相连，所述第一微波信号源的输出端与所述第一混频器的本振口相连，所述第一混频器的输出端与所述第一功率放大器的信号输入端相连，所述第一功率放大器输出端与所述第一定向耦合器的输入端相连，所述第一定向耦合器的输出端与第一辐射天线相连，所述第一定向耦合器的耦合端与所述第一功率计的监测探头相连；所述第一工控机用于控制所述第一任意信号发生器产生信号的信号类型、信号频率和信号强度。

可选地，通过雷达干扰产生模块产生雷达信号，所述雷达干扰产生模块包括第二工控机、第二任意信号发生器、第二微波信号源、第二混频器、第二功率放大器、第二定向耦合器、第二功率计和第二辐射天线；

所述第二工控机与所述第二任意信号发生器连接，所述第二任意信号发生器的输出端与所述第二混频器的中频接口相连，所述第二微波信号源的输出端与所述第二混频器的本振口相连，所述第二混频器的输出端与所述第二功率放大器的信号输入端相连，所述第二功率放大器输出端与所述第二定向耦合器的输入端相连，所述第二定向耦合器的输出端与第二辐射天线相连，所述第二定向耦合器的耦合端与所述第二功率计的监测探头相连；所述第二工控机用于控制所述第二任意信号发生器产生信号的信号类型、信号频率和信号强度。

可选地，通过通信干扰产生模块产生通信信号，所述通信干扰产生模块包括第三工控机、第三任意信号发生器、第三微波信号源、第三混频器、第三功率放大器、第三定向耦合器、第三功率计和第三辐射天线；

所述第三工控机与所述第三任意信号发生器连接，所述第三任意信号发生器的输出端与所述第三混频器的中频接口相连，所述第三微波信号源的输出端与所述第三混频器的本振口相连，所述第三混频器的输出端与所述第三功率放大器的信号输入端相连，所述第三功率放大器输出端与所述第三定向耦合器的输入端相连，所述第三定向耦合器的输出端与第三辐射天线相连，所述第三定向耦合器的耦合端与所述第三功率计的监测探头相连；所述第三工控机用于控制所述第三任意信号发生器产生信号的信号类型、信号频率和信号强度。

本发明还公开了一种激光雷达的电磁干扰检测系统，包括：

初始测距精度获得模块，用于获得待检测激光雷达的初始测距精度；所述初始测距精度为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的误差点数；

多源辐射场构建模块，用于构建多源辐射场，所述多源辐射场包括背景干扰信号、雷达信号和通信信号；所述背景干扰信号中信号类型超过设定数量，所述背景干扰信号的信号强度低于设定强度值；

各测试测距精度获得模块，用于调整多源辐射场的信号类型、信号频率和信号场强，获得不同信号类型、不同信号频率和不同信号场强条件下待检测激光雷达的测试测距精度，各测试测距精度为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的误差点数；所述多源辐射场为所述背景干扰信号、所述雷达信号和所述通信信号构成的辐射场；

待检测激光雷达的边界性能判断模块，用于通过各测试测距精度和所述初始测距精度判断所述待检测激光雷达电磁干扰的边界性能。

可选地，所述待检测激光雷达的边界性能判断模块，具体包括：

待检测激光雷达的边界性能判断单元，用于将各测试测距精度超过所述初始测距精度的误差点数，占点云总点数的百分比定义为测试精度；所述点云总点数为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的点数；记录测试精度低于第一阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第一边界，记录测试精度低于第二阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第二边界，记录测试精度低于第三阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第三边界，所述第一边界表示所述待检测激光雷达性能降低到设定范围，所述第二边界表示所述待检测激光雷达成像错误，所述第三边界表示所述待检测激光雷达设备损坏。

可选地，所述第一阈值为98％，所述第二阈值为80％。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明构建多源辐射场，通过调整多源辐射场的信号类型、信号频率和信号场强，获得不同信号类型、不同信号频率和不同信号场强条件下待检测激光雷达的测试测距精度；通过各测试测距精度和所述初始测距精度判断所述待检测激光雷达电磁干扰的边界性能，提高了检测的全面性和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种激光雷达的电磁干扰检测方法流程示意图；

图2为本发明一种激光雷达的电磁干扰检测系统结构示意图；

图3为本发明多源辐射场结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种激光雷达的电磁干扰检测方法及系统，提高了检测的全面性和可靠性。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明一种激光雷达的电磁干扰检测方法流程示意图，如图1所示，一种激光雷达的电磁干扰检测方法，包括：

步骤101：获得待检测激光雷达的初始测距精度；所述初始测距精度为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的误差点数；

步骤102：构建多源辐射场，所述多源辐射场包括背景干扰信号、雷达信号和通信信号；所述背景干扰信号中信号类型超过设定数量，所述背景干扰信号的信号强度低于设定强度值；

步骤103：调整多源辐射场的信号类型、信号频率和信号场强，获得不同信号类型、不同信号频率和不同信号场强条件下待检测激光雷达的测试测距精度，各测试测距精度为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的误差点数；所述多源辐射场为所述背景干扰信号、所述雷达信号和所述通信信号构成的辐射场；

步骤104：通过各测试测距精度和所述初始测距精度判断所述待检测激光雷达电磁干扰的边界性能。

所述通过各测试测距精度和所述初始测距精度判断所述待检测激光雷达电磁干扰的边界性能，具体包括：

将各测试测距精度超过所述初始测距精度的误差点数，占点云总点数的百分比定义为测试精度；所述点云总点数为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的点数；记录测试精度低于第一阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第一边界，记录测试精度低于第二阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第二边界，记录测试精度低于第三阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第三边界，所述第一边界表示所述待检测激光雷达性能降低到设定范围，所述第二边界表示所述待检测激光雷达成像错误，所述第三边界表示所述待检测激光雷达设备损坏。

所述第一阈值为98％，所述第二阈值为80％。

所述方法还包括：通过背景电磁环境产生模块产生背景干扰信号；所述背景电磁环境产生模块包括第一工控机、第一任意信号发生器、第一微波信号源、第一混频器、第一功率放大器、第一定向耦合器、第一功率计和第一辐射天线；

所述第一工控机与所述第一任意信号发生器连接，所述第一任意信号发生器的输出端与所述第一混频器的中频接口相连，所述第一微波信号源的输出端与所述第一混频器的本振口相连，所述第一混频器的输出端与所述第一功率放大器的信号输入端相连，所述第一功率放大器输出端与所述第一定向耦合器的输入端相连，所述第一定向耦合器的输出端与第一辐射天线相连，所述第一定向耦合器的耦合端与所述第一功率计的监测探头相连；所述第一工控机用于控制所述第一任意信号发生器产生信号的信号类型、信号频率和信号强度。

所述方法还包括：通过雷达干扰产生模块产生雷达信号，所述雷达干扰产生模块包括第二工控机、第二任意信号发生器、第二微波信号源、第二混频器、第二功率放大器、第二定向耦合器、第二功率计和第二辐射天线；

所述第二工控机与所述第二任意信号发生器连接，所述第二任意信号发生器的输出端与所述第二混频器的中频接口相连，所述第二微波信号源的输出端与所述第二混频器的本振口相连，所述第二混频器的输出端与所述第二功率放大器的信号输入端相连，所述第二功率放大器输出端与所述第二定向耦合器的输入端相连，所述第二定向耦合器的输出端与第二辐射天线相连，所述第二定向耦合器的耦合端与所述第二功率计的监测探头相连；所述第二工控机用于控制所述第二任意信号发生器产生信号的信号类型、信号频率和信号强度。

所述方法还包括：通过通信干扰产生模块产生通信信号，所述通信干扰产生模块包括第三工控机、第三任意信号发生器、第三微波信号源、第三混频器、第三功率放大器、第三定向耦合器、第三功率计和第三辐射天线；

所述第三工控机与所述第三任意信号发生器连接，所述第三任意信号发生器的输出端与所述第三混频器的中频接口相连，所述第三微波信号源的输出端与所述第三混频器的本振口相连，所述第三混频器的输出端与所述第三功率放大器的信号输入端相连，所述第三功率放大器输出端与所述第三定向耦合器的输入端相连，所述第三定向耦合器的输出端与第三辐射天线相连，所述第三定向耦合器的耦合端与所述第三功率计的监测探头相连；所述第三工控机用于控制所述第三任意信号发生器产生信号的信号类型、信号频率和信号强度。

基于本发明一种激光雷达的电磁干扰检测系统方法的一种实验室用激光雷达电磁环境测试系统包括：背景电磁环境产生模块、雷达干扰产生模块、通信干扰产生模块、场强监测模块。背景电磁环境产生模块、雷达干扰产生模块、通信干扰产生模块均包括任意信号发生器、射频信号源(微波信号源)、混频器、功率放大器、定向耦合器、功率计、场强计和辐射天线等设备，如图3所示。

背景电磁环境产生模块：将工控机(第一工控机)(也可以是装有控制任意信号发生器程序的电脑)利用网线(也可以是gpib线)与任意信号发生器(第一任意信号发生器)相连，通过编程控制任意信号发生器产生信号类型可变、频率可变、强度可调的一种(或多种不同信号混合到一起的干扰信号)，将任意信号发生器的输出与混频器(第一混频器)的中频接口通过同轴线相连，将射频信号源(第一微波信号源)与混频器的本振口通过同轴线相连，将混频器的输出端通过同轴线与相应频段低功率功率放大器(第一功率放大器)信号输入端相连，将该功率放大器的输出端通过同轴线与相应频段的耦合器(第一耦合器)的输入端相连，将耦合器的输出端同轴线与辐射天线(第一辐射天线)相连，通过辐射天线将背景干扰信号辐射出去；另外耦合器的耦合端与双通道功率计(第一功率计)监测探头相连，通过功率计监测前向功率和后向功率进而判断功率放大器是否正常工作。

雷达干扰产生模块：将工控机(第一工控机)(也可以是装有控制任意信号发生器程序的电脑)利用网线(也可以是gpib线)与任意信号发生器(第二任意信号发生器)相连，通过编程控制任意信号发生器产生想要的雷达干扰信号，将任意信号发生器的输出与混频器(第二混频器)的中频接口通过同轴线相连，将射频信号源(第二微波信号源)与混频器的本振口通过同轴线相连，将混频器的输出端通过同轴线与相应频段大功率功率放大器(第二功率放大器)信号输入端相连，将该功率放大器的输出端通过同轴线与相应频段的耦合器(第二耦合器)的输入端相连，将耦合器的输出端同轴线与辐射天线(第二辐射天线)相连，通过天线将有意雷达干扰信号辐射出去；另外耦合器的耦合端与双通道功率计(第二功率计)监测探头相连，通过功率计监测前向功率和后向功率进而判断功率放大器是否正常工作。

通信干扰产生模块：将工控机(第一工控机)(也可以是装有控制任意信号发生器程序的电脑)利用网线(也可以是gpib线)与任意信号发生器(第三任意信号发生器)相连，通过编程控制任意信号发生器产生想要的通信干扰信号，将任意信号发生器的输出与混频器(第三混频器)的中频接口通过同轴线相连，将射频信号源(第三微波信号源)与混频器的本振口通过同轴线相连，将混频器的输出端通过同轴线与相应频段大功率功率放大器(第三功率放大器)信号输入端相连，将该功率放大器的输出端通过同轴线与相应频段的耦合器(第三耦合器)的输入端相连，将耦合器的输出端同轴线与辐射天线(第三辐射天线)相连，通过天线将有意通信干扰信号辐射出去；另外耦合器的耦合端与双通道功率计(第三功率计)监测探头相连，通过功率计监测前向功率和后向功率进而判断功率放大器是否正常工作。

场强监测模块：将场强计通过光纤与装有场强监测软件的显示器连接，通过显示器显示信号类型、信号频率和信号强度。

在无电磁干扰的情况下，激光雷达的测试效果取决于点云的测试精度，也就是测试精度越大，点云测试效果越逼真。此处的测试精度不是测距精度，通常激光雷达的技术参数里，用测距精度作为激光雷达性能好坏的评价指标，但当雷达确定时，它的测距精度就是一个定值，这里定义激光雷达的测试精度为激光雷达测试误差超过测距精度的点数占点云总点数的百分比。

性能边界划分：根据激光雷达电磁干扰试验的效应现象，可以根据激光雷达在电磁干扰下的成像状态定义三个边界为性能降级、成像错误和设备损坏三种等级。其中性能降级表示为激光雷达因受到电磁干扰影响，激光雷达测得的点云测试精度刚低于98％的状态；成像错误表示为激光雷达因受到电磁干扰影响，激光雷达测得的点云测试精度刚低于80％的状态；设备损坏表示为激光雷达因受到电磁干扰影响，激光雷达不能正常工作的状态。

激光雷达用电磁干扰性能边界测试方法如下：

step1：按照动态多源电磁环境效应试验系统(本发明一种激光雷达的电磁干扰检测系统)连接，将被测设备或系统放在天线前方。

step2：根据实验需要，设置背景电磁环境产生模块参数，通过编程设定任意信号发生器产生的信号(包括信号样式、幅度、频率等)、微波信号源(包括信号)，设置微波信号源产生的信号(包括信号样式、幅度、频率等)、设置功率放大器增益产生的背景干扰信号。

step3：根据实验需要，设置雷达干扰产生模块参数，通过编程设定任意信号发生器产生的信号(包括信号样式、幅度、频率等)、射频信号源(包括信号)，设置射频信号源产生的信号(包括信号样式、幅度、频率等)、设置功率放大器增益产生的雷达干扰信号。

step4：根据实验需要，设置通信干扰产生模块参数，通过编程设定任意信号发生器产生的信号(包括信号样式、幅度、频率等)、射频信号源(包括信号)，设置射频信号源产生的信号(包括信号样式、幅度、频率等)、设置功率放大器增益产生的通信干扰信号。

step5：背景干扰信号、雷达信号、通信信号全部输出构成多源辐射场。

step6：调整辐射场信号类型、频率、场强，测试激光雷达，通过监测激光雷达在不同干扰下的点云测试精度，找到其敏感信号类型、敏感频率范围以及场强。

step7：根据step6找到的激光雷达的敏感信号，重复step2-6，找到激光雷达测距精度为98％、80％以及激光雷达不能正常工作的信号类型、频率、场强，作为激光雷达的电磁干扰下的性能边界。

图2为本发明一种激光雷达的电磁干扰检测系统结构示意图，如图2所示，本发明还公开了一种激光雷达的电磁干扰检测系统，包括：

初始测距精度获得模块201，用于获得待检测激光雷达的初始测距精度；所述初始测距精度为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的误差点数；

多源辐射场构建模块202，用于构建多源辐射场，所述多源辐射场包括背景干扰信号、雷达信号和通信信号；所述背景干扰信号中信号类型超过设定数量，所述背景干扰信号的信号强度低于设定强度值；

各测试测距精度获得模块203，用于调整多源辐射场的信号类型、信号频率和信号场强，获得不同信号类型、不同信号频率和不同信号场强条件下待检测激光雷达的测试测距精度，各测试测距精度为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的误差点数；所述多源辐射场为所述背景干扰信号、所述雷达信号和所述通信信号构成的辐射场；

待检测激光雷达的边界性能判断模块204，用于通过各测试测距精度和所述初始测距精度判断所述待检测激光雷达电磁干扰的边界性能。

所述待检测激光雷达的边界性能判断模块204，具体包括：

待检测激光雷达的边界性能判断单元，用于将各测试测距精度超过所述初始测距精度的误差点数，占点云总点数的百分比定义为测试精度；所述点云总点数为所述待检测激光雷达对距离设定距离的设定物体上扫描一圈的点数；记录测试精度低于第一阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第一边界，记录测试精度低于第二阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第二边界，记录测试精度低于第三阈值的百分比对应的信号类型、信号频率和信号强度为第三边界，所述第一边界表示所述待检测激光雷达性能降低到设定范围，所述第二边界表示所述待检测激光雷达成像错误，所述第三边界表示所述待检测激光雷达设备损坏。

所述第一阈值为98％，所述第二阈值为80％。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。