一种激光雷达校正系统的制作方法

[0001]
本实用新型实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达校正系统。


背景技术：

[0002]
随着激光测距产业的发展，利用飞行时间(time of flight，tof)进行测距的激光雷达作为其中的代表产品其应用已经非常广泛。
[0003]
tof激光雷达的接收部分通常是由雪崩光电二极管(avalanche photodiode，apd)以及相关运放电路组成，apd的最佳工作偏压受系统温度影响非常大，当系统温度发生变化时，我们往往需要调整apd的偏压使其始终工作在一个最佳的增益下，这样接收到的回波脉宽才会更稳定。通常情况下，激光雷达中设置有温度补偿模块。
[0004]
目前，对激光雷达温度补偿的校正测试流程需要测试人员全程参与，校正测试效率低下，人工成本高。


技术实现要素：

[0005]
本实用新型提供一种激光雷达校正系统，以提高对激光雷达温度补偿的结果的校正效率。
[0006]
第一方面，本实用新型实施例提供了一种激光雷达校正系统，该系统包括控制器、激光雷达硬件模块以及校正模块；其中：
[0007]
所述控制器与所述激光雷达硬件模块连接，用于获取所述激光雷达硬件模块的温度信息和温度补偿后的电压信息；
[0008]
所述控制器与所述校正模块连接，用于将所述温度信息和所述温度补偿后的电压信息发送给所述校正模块；
[0009]
所述校正模块，存储有预设的温度与补偿电压之间的映射关系，所述校正模块用于提供对所述预设的温度与补偿电压之间的映射关系的校正值，使得校正后的激光雷达硬件模块工作在最佳偏压下。
[0010]
可选的，所述校正模块还用于接收控制器发送的所述激光雷达的温度信息和所述温度补偿后的电压信息，并实时的显示所述温度信息和所述温度补偿后的电压信息。
[0011]
可选的，所述控制器包括温度补偿模块，用于根据所述激光雷达硬件模块中的温度信息，将所述激光雷达硬件模块施加的电压值调整至所述温度信息对应的温度补偿后的电压值。
[0012]
可选的，所述控制器通过模拟输入接口与所述激光雷达硬件模块中的温度检测接口和高压检测接口连接，以获取所述激光雷达硬件模块的温度信息和温度补偿后的电压信息。
[0013]
可选的，所述控制器通过第一通信接口将所述温度信息和所述温度补偿后的电压信息发送给所述校正模块。
[0014]
可选的，所述控制器通过脉冲输出接口调整激光雷达硬件模块施加的电压值。
[0015]
可选的，所述控制器通过第二通信接口与所述激光雷达硬件模块的时差测量接口连接，用于读取激光的飞行时间，确定飞行时间对应的信号宽度距离，并将所述信号宽度距离发送至校正模块。
[0016]
可选的，所述校正模块，还存储有预设的温度与补偿信号宽度距离之间的映射关系，所述校正模块用于接收对所述预设的温度与补偿信号宽度距离之间的映射关系的校正值，对激光雷达硬件模块的补偿信号宽度距离进行校正。
[0017]
可选的，所述温度补偿模块还用于根据所述激光雷达硬件模块中的温度信息，将所述激光雷的信号宽度距离调整至所述温度信息对应的温度补偿后的信号宽度距离。
[0018]
本实用新型提供了一种激光雷达校正系统，该系统包括控制器、激光雷达硬件模块以及校正模块，所述控制器与激光雷达硬件模块连接，用于获取激光雷达硬件模块的温度信息和温度补偿后的电压信息，所述控制器还与校正模块连接，将获取到的信息发送给校正模块，所述校正模块存储有预设的温度与补偿电压之间的映射关系，通过接收对所述预设的温度与补偿电压之间的映射关系的校正值，从而使得校正后的激光雷达硬件模块工作在最佳偏压下。通过设置校正模块实现了对激光雷达温度补偿性能的自动测试校正，与现有技术中通过人工进行测试校正的方法相比，提高了校正测试的效率，节省了人力。
附图说明
[0019]
图1为本实用新型实施例提供的一种激光雷达校正系统的结构示意图；
[0020]
图2为本实用新型实施例提供的一种控制器的结构示意图；
[0021]
图3为本实用新型实施例提供的一种测试偏压补偿曲线的流程图；
[0022]
图4为本实用新型实施例提供的一种apd偏压测试曲线示意图；
[0023]
图5为本实用新型实施例提供的一种测试信号宽度距离补偿曲线的流程图；
[0024]
图6为本实用新型实施例提供的一种信号宽度距离曲线示意图；
[0025]
图7a为本实用新型实施例提供的一种校正模块的显示界面示意图；
[0026]
图7b为本实用新型实施例提供的另一校正模块的显示界面示意图；
[0027]
图7c为本实用新型实施例提供的又一校正模块的显示界面示意图；
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，而非对本实用新型的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本实用新型相关的部分而非全部结构。
[0029]
图1为本实用新型实施例提供的一种激光雷达校正系统的结构示意图，本实施例可适用于对激光雷达温度补偿性能进行校正的情况，该系统包括控制器1、激光雷达硬件模块2以及校正模块3。
[0030]
其中，所述控制器1与所述激光雷达硬件模块2连接，用于获取所述激光雷达硬件模块2的温度信息和温度补偿后的电压信息；
[0031]
所述控制器1与所述校正模块3连接，用于将所述温度信息和所述温度补偿后的电压信息发送给所述校正模块3；
[0032]
所述校正模块3，存储有预设的温度与补偿电压之间的映射关系，所述校正模块3
用于提供对所述预设的温度与补偿电压之间的映射关系的校正值，使得校正后的激光雷达硬件模块2工作在最佳偏压下。
[0033]
本实施例中的控制器1为激光雷达的控制端，可以采用stm32作为激光雷达的控制器1，激光雷达硬件模块2中包含接收激光信号的apd、相关的运放电路以及其他的硬件设备。具体参见图2，图2为本实用新型实施例提供的一种控制器1的结构示意图，主控制包括温度补偿模块11、第一通信接口12、第二通信接口13、模拟输入接口14以及脉冲输出接口15。
[0034]
本实施例中，控制器1通过模拟输入接口14与所述激光雷达硬件模块2中的温度检测接口和高压检测接口连接，以获取所述激光雷达硬件模块2的温度信息和温度补偿后的电压信息，本实施例中的模拟输入接口14可以将高速模数转换器adc作为模拟输入接口14，控制器1根据adc模拟输入接口14获取到的温度信息，提供高压，对apd进行温度补偿，并实时获取温度补偿后的电压信息，进而控制器1通过第一通信接口12将所述温度信息和所述温度补偿后的电压信息发送给所述校正模块3。
[0035]
其中，第一通信接口12可以为通用异步收发传输器(universal asynchronous receiver/transmitter，uart)通信接口，该uart通信接口与校正模块3的uart通信接口对接，可以将温度补偿结果和系统实时获取的各项数据进行传输，以供校正模块3利用上位机或其他手段根据通信协议对数据进行实时的读取和分析。
[0036]
本实施例中，控制器1中还包括温度补偿模块11，用于根据所述激光雷达硬件模块2中的温度信息，将所述激光雷达硬件模块2施加的电压值调整至所述温度信息对应的温度补偿后的电压值。本实施例中，采用tof激光雷达进行激光测距，tof激光雷达的接收部分通常由apd以及相关的运放电路组成，由于apd在最佳工作偏压受系统温度的影响非常大，所以需要对激光雷达硬件模块2中的apd进行温度补偿。
[0037]
具体的，温度补偿模块11包括偏压补偿模块111和回波宽度补偿模块112。
[0038]
本实施例中，偏压补偿模块111中存储有预设的温度与最佳偏压之间的映射关系曲线，该映射关系为根据最大偏压曲线和最小偏压曲线自动计算出的一条与温度有关的偏压补偿曲线。
[0039]
最大偏压曲线是apd在不同测试温度下对应的最佳偏压的上限曲线，最小偏压是不同测试温度下对应的最佳偏压的下线曲线。
[0040]
可选的，假设激光雷达所提供的正常工作温度范围选取-5℃，0℃，5℃，10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，60℃，65℃为预定系统温度测试点，每个温度点下对应设定一个电压升压区间，偏压补偿模块111将根据当前所处的测试温度点控制所述脉冲输出接口15改变激光雷达apd两端的偏压，使apd两端施加的偏压在设定的电压升压区间内进行自低到高的往复升压，来测定apd在电压升压区间内的最佳偏压值。
[0041]
具体参见图3，图3为本实施例中提供的一种测试偏压补偿曲线的流程图。
[0042]
当环境温度改变时，通过模拟输入接口14读取系统温度数据，判断当前系统温度是否达到预定检测点，若当前系统温度达到预定测试温度点
±
1℃以内，偏压补偿模块111将通过脉冲输出接口15将apd两端偏压调整至当前所处测试温度点下的对应电压升压区间的最低值，随后偏压补偿模块111通过模拟输入接口14读取的高压检测数据来判断调压是否完成，若当前电压已经达到预定的电压值且该电压值是否稳定，则调压过程完成。调压完
成后的apd能工作在一个期望的稳定的最佳偏压下，进而能读到激光雷达真实有效的回波宽度数据。
[0043]
进一步的，偏压补偿模块111会通过第二通信接13口读取激光雷达时差测量接口的apd回波宽度数据，当采集了一定量的回波宽度数据后(通常情况下需要100个以上)，偏压补偿模块111会计算这组回波宽度的方差，由于方差可以反应数据抖动的大小，偏压补偿模块111凭此可判断当前apd回波抖动的程度，而回波抖动的程度则可以从侧面反映出apd在当前电压下是否获得了一个最佳的增益，因为在获得最佳增益时，apd产生的回波是十分稳定的，抖动十分小。记录下当前的温度、电压、和方差数据后，偏压补偿模块111控制所述pwm脉冲输出接口15升高电压进行升压，并开始下一轮的数据采集。当完成预设电压区间的升压后，偏压补偿模块111将查询对应测试温度下记录的最佳偏压值，筛选计算得出该系统温度点下apd最佳偏压的最大值和最小值。当改变环境温度使系统温度覆盖满全部的预定测试温度点时，最终算法会得到两条与温度相关的电压曲线，一条是与温度相关的最佳偏压上限曲线，一条是与温度相关的最佳偏压下限曲线。
[0044]
当所有的温度都已经覆盖所预设的温度检测点时，偏压补偿模块111将根据这两条曲线自动计算出一条与温度相关的最佳偏压直线，该直线为本实施例中预设的温度与最佳偏压之间的映射关系曲线。进一步参见图4，其中，曲线41为最大偏压曲线，曲线42为最小偏压曲线，直线43为根据最大偏压曲线41和最小偏压曲线42自动计算得到的最佳偏压补偿直线。
[0045]
本实施例中，根据上述测试过程可以得到预设的电压温度补偿公式如下：u＝k*t+u0，其中，u为当前系统温度对应的apd偏压，t为当前系统的温度，k为该系统温度对应的apd高压系数，u0为0℃时，apd的最佳偏压。
[0046]
通过该电压补偿公式，控制器1根据获取到的apd的温度信息，以及该温度补偿公式，确定当前温度下的最佳偏压，通过脉冲输出接口15调整apd两端施加的电压值，使得apd工作在预设的最佳偏压下。
[0047]
回波宽度补偿模块112中存储有预设的温度与信号宽度距离之间的映射关系曲线，其中，信号宽度距离由激光的飞行时间确定，激光的飞行时间由控制器1通过第二通信接口13与激光雷达硬件模块2的时差测量接口连接获取，并根据相应的变换关系确定飞行时间对应的信号宽度距离。可选的，控制器1还通过第二通信接口13获取激光的脉冲宽度数据。其中，上述信号宽度距离由回波宽度补偿模块112通过计算一定量信号宽度距离值的平均值得到。
[0048]
回波宽度补偿模块112根据激光雷达提供的正常工作温度范围，选取-5℃，0℃，5℃，10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，60℃，65℃为预设的系统温度测试点，基于系统温度对激光雷达apd进行偏压补偿，回波宽度补偿模块112将自动控制脉冲输出接口15改变激光雷达apd两端所施加的偏压，以使激光雷达apd在不同系统温度下也始终可以工作在一个最佳的偏压下，从而保证从时间测量接口测得的激光飞行时间始终是稳定可靠的。
[0049]
进一步的，改变环境温度，回波宽度补偿模块112通过所述adc模拟输入接口14读取的系统温度数据，判断当前系统温度是否达到预定测试温度点
±
0.5℃以内，若满足条件，回波宽度补偿模块112根据第二通信接口13读取激光雷达时差测量接口的激光飞行时
间，为方便补偿，回波宽度补偿模块112将测得的飞行时间按以下公式转换成信号宽度距离值：d
tw
＝(t
d
–
t
u
)*c/2，其中d
tw
为当前系统温度对应的信号宽度距离值，t
d
为激光发射触发信号到返回信号下降沿时刻，t
u
为激光发射触发信号到返回信号上升沿时刻，c为光速分辨率。
[0050]
记录下当前的温度、电压、和信号宽度距离值后等待系统温度到达下一个预定测试温度点并下一轮测试。当改变环境温度使系统温度覆盖完预定的测试温度点时，回波宽度补偿模块112将查询已经记录的不同温度下对应的信号宽度距离，进而计算出一条温度与信号宽度距离值相关的曲线，然后根据这条曲线计算出-5℃，0℃，5℃，10℃，15℃，20℃，25℃，30℃，35℃，40℃，45℃，50℃，55℃，60℃，65℃这些整数系统温度点下的信号宽度距离值。示例性的，回波宽度补偿模块112以25℃为基准，计算出各个系统温度点下的信号宽度距离值与25℃下的信号宽度距离值的差值，以该差值作为各个系统温度点下对于回波宽度的补偿并制成宽度误差查询表，进一步的得到系统温度与信号宽度距离的映射关系：d＝d
tw
–
fn[t+10]，其中d为当前系统温度对应的温度补偿后的信号宽度距离值，d
tw
为当前系统温度对应的信号宽度距离值，fn[]为宽度误差查询表，t为当前系统温度。通过该信号距离补偿公式，控制器1根据获取到的apd的温度信息，以及该信号宽度距离补偿公式，对获取的信号宽度距离进行补偿修正，以确保当激光雷达工作在最佳偏下时，激光的飞行时间是稳定可靠的，进而提高激光测距的准确性。
[0051]
其中，上述第二通信接口13可以为串行外设接口(serial peripheral interface，spi)，该spi通信接口与tof激光雷达的时差测量接口对接，用于读取apd的回波宽度数据和激光的飞行时间，该spi通信接口操作简单且通信传输速率高，非常适合tof激光雷达这种测量间隔短且数据量大的设备。
[0052]
本实施例中，可选的，所述校正模块3，还存储有预设的温度与补偿信号宽度距离之间的映射关系，所述校正模块3用于接收对所述预设的温度与补偿信号宽度距离之间的映射关系的校正值，对激光雷达硬件模块2的补偿信号宽度距离进行校正。
[0053]
本实施例中，校正模块3中存储的预设的温度与补偿电压之间的映射关系，以及存储的预设的温度与补偿信号宽度距离之间的映射关系，均为校正模块3中预存的温度补偿曲线，控制器1根据获取到的温度信息以及预存的温度补偿曲线对激光雷达进行温度补偿，目的是为了将激光雷达工作电压调整至对应温度下的最佳偏压，以及获取最佳偏压下的稳定飞行时间，以提高激光测距的准确性。
[0054]
示例性，本实施例中的校正模块3可以为具有显示屏的操作平台，具体可以参见图7a、7b以及7c。控制器1在获取到激光雷达硬件模块2的温度信息时，根据预设的温度补偿曲线，提供高压，对激光雷达进行温度补偿。图7a为操作平台的数据显示界面，该数据显示界面可以实时的显示操作平台从控制器1处接收到激光的回波宽度、飞行距离、高压信息以及温度信息，进而能够方便用户对实时获取的数据进行方便的查看。
[0055]
进一步的，操作平台根据从控制器1处获取的温度信息和补偿后的电压信息，能够计算出实时的测试曲线信息，通过将实时的测试曲线信息与校正模块3存储的温度与补偿电压之间的映射关系进行比较，从而检测出激光雷达的问题，并且能够在操作平台上设置补偿量解决激光雷达温度补偿问题。
[0056]
示例性的，激光雷达使用过程中，若操作平台确定的测试曲线与预设的温度补偿
曲线一致，但是激光雷达测量的距离与实际的距离之间偏差过大，表明预设的温度补偿曲线没有使得激光雷达工作在最佳偏压下，此时需要对预设的温度补偿曲线进行校正。具体的，图7c中通过激光雷达的编号可以对应的读取预设的温度补偿曲线，通过调整预设的温度补偿曲线的参数，对激光雷达的测距过程进行测试，并通过图7b来显示参数调整过程中激光雷达的测试距离和实际距离，当测试距离与实际距离之间的误差小于一定的阈值时，将此时调整得到的温度补偿参数作为预设的温度补偿曲线的参数。
[0057]
若激光雷达使用过程中，校正模块3确定的测试曲线与预设的温度补偿曲线不一致，则说明激光雷达硬件内部出现故障，从而对激光雷达进行线路排查。
[0058]
本实施例提供了一种激光雷达校正系统，该系统包括控制器1、激光雷达硬件模块2以及校正模块3，通过设置校正模块3实现了对激光雷达温度补偿性能的自动测试校正，该方法能够进一步优化激光雷达预设的温度补偿曲线，并且能够在激光雷达出现问题时，进行及时的排错检查，与现有技术中通过人工进行测试校正的方法相比，提高了校正测试的效率，节省了人力。
[0059]
注意，上述仅为本实用新型的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本实用新型不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本实用新型的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本实用新型进行了较为详细的说明，但是本实用新型不仅仅限于以上实施例，在不脱离本实用新型构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本实用新型的范围由所附的权利要求范围决定。