一种便携式多仰角探测雷达光学装置及其自适应扫描方法与流程

本发明涉及激光雷达光学探测技术领域。

背景技术：

激光雷达是利用激光束对周围物体进行感知的设备,以点云数据的形式反映周围物体的位置及形貌，具有测量分辨率高、速度快等特点，已被广泛应用于测绘、导航等众多领域。

目前激光雷达对于多仰角目标的扫描多采用光控阵技术配合伺服装置来实现。其中光控阵技术多应用在大型设备中，用于小型设备性价比不高，且不易实现；而伺服装置制造成本高、长期工作易磨损导致旋转精度不准确且运输不便,无法实现便携性，但若没有光控阵和伺服装置,光学装置内部就需通过紧凑的光学镜排布来构建，导致各反射镜的之间的角度相对锁定，一旦目标物的仰角发生变化，需要手动改变光学镜的位置及角度或光源发射方向来适应目标位置的变化，难以进行自动的多仰角的扫描。并且目前大部分激光雷达的激光扫描资源的分布较为平均，即在有无目标存在时都以相同扫描条件进行探测，无法自适应地调整扫描速率，但由于目前复杂环境下目标的分布及大小类型不同，若保持相同扫描条件，就存在资源浪费及无法有针对性的对目标进行探测的问题。

技术实现要素：

为解决现有技术中固定激光探测雷达在没有光控阵技术和伺服装置支持下，较难实现对多仰角目标的扫描，且激光资源分布不合理，无法自适应地调整扫描速率来有针对性的对目标进行探测的问题，本发明提出了一种便携式多仰角探测雷达光学装置及其自适应扫描方法。

为实现上述目的，本发明实现技术方案如下：

一种便携式多仰角探测雷达光学装置，主要固定底座，激光接收器，第二反射镜，第二镜座，定位板，激光光源，准直光学镜，第一固定环，第二固定环，弧形导向装置，第一反射镜，竖直支架，控制第一反射镜角度的伸缩驱动装置及嵌入在固定底座内部的反馈元件；所述光学装置以固定底座为基准，固定底座的上表面两侧分别设置有激光接收器与竖直支架，竖直支架通过第一固定环和第二固定环固定激光光源和准直光学镜，通过第二镜座和定位板固定连接第二反射镜，第一反射镜和第二反射镜之间通过销轴连接，第一反射镜下端连接伸缩驱动装置用以驱动其角度。

所述驱动第一反射镜的伸缩驱动装置由控制按钮进行开关控制，通过改变第一反射镜的角度实现多仰角目标的探测，并且伸缩驱动装置通过接收反馈元件反馈的目标信息与相应门限比较的逻辑判断关系，自适应地调整激光的扫描速率，从而增加目标存在时的探测时间即积累了目标探测时的点云数据量，最终实现对多仰角目标的自适应扫描。

进一步的，所述装置还包括固定座和稳固支架，固定座通过内部螺钉嵌于竖直支架和第二镜座之间，固定座的下表面与稳固斜架相焊接，且稳固斜架的下端与竖直支架的下端相固定，使装置更加稳定。

进一步的，所述伸缩驱动装置由开关控制，弧形导向装置通过定位螺栓与竖直支架相连，弧形导向装置可根据应用场景拆卸更换。

本发明还提出了一种利用所述便携式多仰角探测雷达光学装置进行自适应扫描的方法，包括：

步骤一、激光发射器发射多点激光至第一反射镜；

步骤二、第一反射镜反射激光至目标物；

步骤三、目标物反射激光至第二反射镜；

步骤四、激光接收器接收第二反射镜的反射激光，并进行光电信号转换及放大处理。

步骤五、内部反馈元件接收激光接收器的相关目标信息，将目标的信号幅度与门限1进行比较，若大于门限1，则判别为减小激光扫描速率，若不大于门限1，则判别为保持原始激光扫描速率；当减小激光扫描速率后，每隔一段时间重新与门限2进行比较，若小于门限2，则判别为恢复初始扫描速率，否则判别为保持降低后的扫描速率，最终将判别结果反馈至伸缩驱动装置，进行激光扫描速率的自适应调整。其中门限1和门限2的值可根据目标周围环境的不同，设置为不同的值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明设计中所包含的第一反射镜，可通过伸缩装置驱动其运动，进而可调整第一反射镜的角度，当第一反射镜的角度可调时，其反射光线角度也可发生变化，即当目标物的仰角发生变化时，本便携式雷达光学装置也能够方便的探测，从而实现在没有光控阵技术和伺服装置时的多仰角探测；

2、本发明通过内部反馈元件将目标信息与门限的判别结果反馈至伸缩驱动装置。当判定为目标信号时，反馈元件通过控制伸缩装置，降低激光扫描速率，增加激光的扫描探测时间即积累了目标探测的点云数据量；当判定不存在目标时，恢复原始扫描速率，从而更合理和精确地利用激光资源，达到自适应扫描的目的。

附图说明

图1为本光学装置的总体结构图；

图2为内部反馈控制元件的逻辑判断流程图。

图中：1、固定底座；2、激光接收器；3、目标物；4、第二反射镜；41、第二镜座；42、定位板；5、激光发射器；51、第一固定环；6、发射准直光学镜组；61、第二固定环；7、弧形导向装置；8、定位螺栓；9、第一反射镜；10、竖直支架；11、伸缩驱动装置；12、控制按钮；13、固定座；131、稳固斜架；14、反馈元件。

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。

如图1所示，本发明实施例中，一种便携式多仰角探测雷达光学装置及其自适应扫描方法，主要组成部分包括固定底座1，设置在装置最上方用以发射多点激光的激光发射器5，设置在激光发射器5下方用以准直激光光线的发射准直光学镜组6，位于发射准直光学镜组6下方且角度可调用以第一次反射激光的第一反射镜9，用以调节第一反射镜角度的伸缩驱动装置11，控制伸缩驱动装置的开关12，嵌入固定底座内部的反馈元件14，可根据实际探测场景进行替换来控制第一反射镜角度变化范围的弧形导向装置7，位于第一反射镜9下方且竖直设置的用以反射来自目标物激光的第二反射镜4，位于第二反射镜4对立面且用以接收激光的激光接收器2以及使装置各部分更加稳定的固定部件：第二反射镜座41、定位板42、第一固定环51、第二固定环61、固定座13和稳固斜架131。

如图2所示，本发明实施例中，内部反馈元件接收激光接收器处理的目标相关信息，将信号幅度与门限1进行比较，若大于门限1，则判别为降低驱动装置的驱动速率，从而减小激光扫描速率，若不大于门限1，则判别为保持初始的驱动速率，即保持原始激光扫描速率；当降低驱动速率后，每隔一段时间重新与门限2进行比较，若小于门限2，则判别为恢复初始驱动速率，即以原始激光扫描速率进行扫描，否则判别为保持降低后的扫描速率，最终内部反馈元件将判别结果反馈至伸缩驱动装置，进行激光扫描速率的自适应调整。其中门限1和门限2的值可根据目标周围环境的不同，设置为不同的值。通过上述方法，当目标存在时，通过反馈元件反馈的目标信息与门限值的比较判别结果，控制驱动装置的驱动速率从而调整激光的扫描速率，增加当检测到目标时的扫描探测时间，即积累了目标探测时的点云数据量，合理准确的分配激光资源，达到自适应扫描的目的。

结合图1和图2，本发明原理如下：

由激光发射器发射出多点激光，并且被发射准直光学镜组矫正光线路径，光线经过第一反射镜反射后到达目标物，经目标物反射后到达第二反射镜，经第二反射镜反射后被激光接收器接收，经过光电转换模块将光信号转换为电信号，再经过信号放大模块将信号进行放大后再进行后续相关的信号及数据处理。在进行目标探测时，通过驱动伸缩装置，可改变第一反射镜的角度，从而改变在进行目标探测时激光的扫描角度，实现多仰角目标的扫描，其中第一反射镜的角度驱动范围可以通过弧形导向装置进行控制，并且伸缩驱动装置接收内部反馈元件所反馈的目标与门限比较的逻辑判断关系，自适应调整激光扫描的速率，从而增加当目标存在时对目标的扫描探测时间，即积累了目标探测时的点云数据量，最终实现对多仰角目标的自适应扫描。