激光雷达盲区补偿元件设计方法、盲区补偿装置及应用与流程

本发明涉及激光雷达，具体为一种激光雷达盲区补偿元件设计方法、盲区补偿装置及应用。

背景技术：

1、按照光路结构形式，现有激光雷达主要分为同轴激光雷达与离轴（旁轴/分轴）激光雷达两大类，二者探测原理与盲区形成机理存在明显区别。同轴激光雷达的近距离探测盲区，主要由器件死区响应时间、前端光学窗口杂散光反射、分光镜内部光路串扰、近场回波能量饱和溢出等电气及光学杂散因素造成，因光学几何视场不重叠所产生的盲区范围极小，近距离探测问题相对容易控制。

2、主流的离轴激光雷达受自身光路几何架构限制，存在固有的近距离探测盲区，且该问题更为突出。此类雷达的盲区由发射与接收光路的基线长度、探测器有效感光尺寸、接收镜头焦距三者几何耦合关系共同决定，在近场区域内，激光发射光斑与接收视场无法形成有效交汇，进而形成探测死区。实际应用中，系统基线长度越大、接收镜头焦距越小、探测器感光芯片有效尺寸越小，近距离探测盲区就越大，严重限制了离轴激光雷达的近场探测性能。

3、目前业内针对离轴激光雷达盲区问题的改进方案，普遍采用更换大尺寸探测器、增设多组接收探测通道、重构原有接收镜头光路等方式缩小盲区。上述方案均需要对激光雷达原有光学结构与硬件架构进行大幅改动，不仅改造成本高、系统整体复杂度提升、装配与调试难度大，还会降低原有设备的通用性，无法在不改动原接收系统的基础上，实现低成本、高效率的盲区补偿。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种在不改动原接收系统的前提下能实现低成本、高效率的盲区补偿的激光雷达盲区补偿元件设计方法、盲区补偿装置及应用。

2、为了达到上述目的，本发明的基础方案提供一种激光雷达盲区补偿元件设计方法，包括如下步骤，

3、s1.根据盲区、基线、原接收系统参数、探测器尺寸、补偿元件尺寸，得到原始接收系统像方截距与组合接收系统像方截距的轴向差值；

4、s2.通过公式： 得到补偿元件像方焦距；

5、其中为原接收系统像方焦距，为组合系统像方焦距，l为组合系统总光学长度，为原始接收系统像方截距与组合接收系统像方截距的轴向差值；

6、s3.根据选择补偿元件的材质，结合补偿元件选型，得到补偿元件的曲率半径。

7、本基础方案的有益效果在于：无需改动原接收系统，依托实测参数结合光学公式即可快速完成补偿元件参数计算，实现低成本、高效率的盲区补偿。

8、优选地，在步骤s1中，得到的步骤包括：

9、r1.根据参数，绘制轴外主光线；

10、r2.绘制补偿元件临界边缘光线，界定盲区临界位置；

11、r3.延长轴外主光线和补偿元件临界边缘光线得到交点；

12、r4.求得原始接收系统像方截距与组合接收系统像方截距的轴向差值。

13、优选地，在步骤s1中，探测器尺寸包括探测器感光长度。

14、优选地，在步骤s1中，补偿元件尺寸包括补偿元件通光口径。

15、优选地，在s3中，通过zemax光学设计软件建模仿真求解补偿元件的曲率半径。

16、第二方面，本发明提供了一种激光雷达盲区补偿装置，包括原接收系统与补偿元件，所述补偿元件的参数采用上述方案中任一项所述的激光雷达盲区补偿元件设计方法确定。

17、优选地，所述补偿元件设置在原接收系统的光路前端，二者形成双光组组合光路。

18、优选地，述补偿元件为透射凹透镜或柱面凹透镜或凸面反射镜。

19、第三方面，本发明提供了如上述方案所述的雷达盲区补偿元件设计方法和/或激光雷达盲区补偿装置在离轴激光雷达盲区补偿中的应用。

20、本发明具有以下有益效果：

21、1．无需改动原接收系统，依托实测参数结合光学公式即可快速完成补偿元件参数计算，实现低成本、高效率的盲区补偿。且使用后可将原有探测盲区有效缩小至0.2m。

22、2．补偿元件可独立完成设计开发，无需配合原接收系统同步迭代，能降低整体研发协调成本，缩短项目周期。

23、3．可适配多款结构不同的现有离轴激光雷达，无需对原接收系统方案做改动，通用性与复用性更强。

24、4．原接收系统与补偿元件可分开生产、装配、调试，生产流程更灵活，也便于后续单独检修、更换补偿元件。

1.一种激光雷达盲区补偿元件设计方法，其特征在于：包括如下步骤，

2.根据权利要求1所述的激光雷达盲区补偿元件设计方法，其特征在于：在步骤s1中，得到的步骤包括：

3.根据权利要求1或2所述的激光雷达盲区补偿元件设计方法，其特征在于：在步骤s1中，探测器尺寸包括探测器感光长度。

4.根据权利要求3所述的激光雷达盲区补偿元件的设计方法，其特征在于：在步骤s1中，补偿元件尺寸包括补偿元件通光口径。

5.根据权利要求3或4所述的激光雷达盲区补偿元件设计方法，其特征在于：在s3中，通过zemax光学设计软件建模仿真求解补偿元件的曲率半径。

6.一种激光雷达盲区补偿装置，其特征在于：包括原接收系统与补偿元件，所述补偿元件的参数采用权利要求1-5中任一项所述的激光雷达盲区补偿元件设计方法确定。

7.根据权利要求6所述的激光雷达盲区补偿装置，其特征在于：所述补偿元件设置在原接收系统的光路前端，二者形成双光组组合光路。

8.根据权利要求6或7任一项所述的激光雷达盲区补偿装置，其特征在于：所述补偿元件为透射凹透镜或柱面凹透镜或凸面反射镜。

9.如权利要求1-8所述的激光雷达盲区补偿元件设计方法和/或激光雷达盲区补偿装置在离轴激光雷达盲区补偿中的应用。