一种全向可变旋转步进角的激光雷达及其扫描方法技术

本发明专利技术涉及激光雷达领域，具体公开了一种全向可变旋转步进角的激光雷达及其扫描方法。该激光雷达由旋转扫描子系统、激光雷达测距子系统和扫描控制子系统组成。旋转扫描子系统以可变旋转步进角进行360°全向扫描，具有最小旋转步进角度和最大旋转步进角度。激光雷达测距子系统在有效探测距离内进行测距，并根据测量结果判断是否为有效目标。扫描控制子系统负责开启和关闭激光雷达，并按照扫描算法进行扫描。该扫描算法以最小旋转步进角对有效目标进行扫描，对无效目标采用不断加倍最小旋转步进角的方式进行扫描。本发明专利技术有效降低了激光雷达扫描的空间点数量，同时减少了激光雷达数据处理的数量，提高了激光雷达的效率和性价比。

【技术实现步骤摘要】
一种全向可变旋转步进角的激光雷达及其扫描方法
本专利技术涉及激光雷达领域，具体涉及一种全向可变旋转步进角的激光雷达及其扫描方法。
技术介绍
近年来，随着无人驾驶技术的兴起，激光雷达被认为是用来探测无人驾驶车周围环境的最佳技术手段之一，并结合其他传感系统来实现自动驾驶。激光雷达具有测量精度高、速度快和空间分辨率高，以及适用场景范围广泛的特点。目前，激光雷达为了实现全向360°探测，普遍采用机械旋转的方式来实现其对周围环境的扫描探测。其中，典型的扫描方法为利用机械的旋转带动激光发射机和接收机共同旋转来实现360°全向扫描，其有效探测距离一般在200m以内，扫描旋转空间角度分辨率为0.05°-0.5°，转动频率为5Hz-20Hz。同理，在水平扫描的基础上也可以实现俯仰扫描，目前为了提高扫描效率，俯仰方向普遍采用多线(多角度)独立扫描获取数据，例如16线、32线、64线等。每秒能够采集上百万个的空间分布数据点。通过激光雷达获取周围环境数据，意味着有大量的空间点阵需要扫描，同时会产生海量的数据并需要及时处理，生成三维矢量图为系统应用服务。目前的技术方案普遍按照空间点云分布逐点进行扫描，将会占用大量的扫描资源和数据处理资源。如此获得的空间点数据，必定包含了大量非有效目标，即无效目标。所谓的无效目标就是在激光雷达测量范围内，没有障碍物体，这样测量形成的数据将占用和浪费了大量的资源，并降低了效率，提高了成本。
技术实现思路
本专利技术的目的在于：为解决激光雷达以空间点云分布逐点进行扫描产生大量需要处理的扫描数据，造成资源浪费、运转效率低的问题，提供了一种全向可变旋转步进角的激光雷达及其扫描方法。通过使激光雷达以非匀速扫描的方式进行目标探测，降低了对无效目标的扫描，并保持了对有效目标的均匀扫描，从而降低了激光雷达数据的冗余，降低了激光雷达的数据处理量，提成了资源利用效率，降低了成本。本专利技术采用的技术方案如下：一种全向可变旋转步进角的激光雷达，所述激光雷达包括：旋转扫描子系统，以可变旋转步进角进行360°全向扫描；激光雷达测距子系统，在旋转扫描子系统扫描的同时，在有效探测距离内进行测距，并判断测量目标为有效目标还是无效目标；扫描控制子系统，通过启停开关控制激光雷达的开启和关闭，根据激光雷达测距子系统对测量目标的判断结果控制旋转扫描子系统下一次的扫描动作。一种包含全向可变旋转步进角的激光雷达的扫描方法，包括以下步骤：步骤1.初始化激光雷达的测量参数，包括最小旋转步进角δ、最大旋转步进角Δ、激光雷达测距的有效探测距离L和往返时间上限T；步骤2.激光雷达在有效探测距离L内，以最小旋转步进角δ开始扫描测距，记激光雷达发射激光和收到回波的时间差为t；其中，T＝2L/c，L表示有效探测距离，c表示光速；步骤3.若t小于或等于T，测量目标为有效目标(5)，则执行步骤2；若t大于T，测量目标为无效目标(4)，则执行步骤4；步骤4.将当前扫描的旋转步进角乘以2，并判断该旋转步进角是否大于或等于最大旋转步进角Δ，若是，则跳转至步骤2；若否，则激光雷达以该旋转步进角作为扫描的旋转步进角继续扫描测距，再判断测量目标是否为有效目标(4)，若是，则跳转至步骤2；若否，则再次执行步骤4。进一步地，所述激光雷达测距子系统采用激光脉冲测距方法或激光相位测距方法进行测距。综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：1、本专利技术中，通过设定有效探测距离，以有效探测区域内的测量目标为对象，其他区域均设为无效目标。激光雷达在进行全向360°扫描时，将在有效探测区域内扫描到的有效目标作为测量依据，将该次探测的数据作为有效数据并记录，并以最小旋转步进角继续扫描测距。若扫描到的测量目标为无效目标，则成倍加大旋转步进角后继续扫描测距，直至扫描到有效目标时，再将最小旋转步进角作为旋转步进角继续扫描测距。本专利技术通过优化激光雷达的扫描方法，降低了激光雷达漏过测量目标的概率，同时有效降低了扫描的空间点数量，进而减少了激光雷达数据的处理量，提高了激光雷达的扫描效率和性价比。2、本专利技术中，以有效目标作为测量依据，通过合理设置最小旋转步进角和最大旋转步进角，并辅以优化扫描算法。激光雷达通过进行非匀速扫描，降低了对无效目标的扫描，并保证了对有效目标的扫描，从而减少了激光雷达数据处理量，提升了激光雷达的运转效率和数据处理的有效性，提升了资源利用效率，降低了成本，为激光雷达提供了一种新的扫描技术方案。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本专利技术的激光雷达进行全向可变旋转步进扫描的结构示意图；图2为本专利技术的扫描算法的流程图；图3为本专利技术的实施例1的全向可变旋转步进扫描示意图；图中标记：1-旋转扫描子系统、2-扫描控制子系统、3-激光雷达测距子系统、4-无效目标、5-有效目标。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术，即所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件，可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述，并非旨在限制要求保护的本专利技术的范围，而是仅仅表示本专利技术的选定实施例。基于本专利技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个......”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。一种全向可变旋转步进角的激光雷达，所述激光雷达包括：旋转扫描子系统1，以可变旋转步进角进行360°全向扫描，即以最小旋转步进角δ的2n(n为正整数)倍数进行旋转步进扫描，且旋转步进扫描的步进角的角度范围在最小旋转步进角δ至最大旋转步进角Δ之间。激光雷达测距子系统3，在旋转扫描子系统1扫描的同时，在有效探测距离内进行测距，并判断测量目标为有效目标还是无效目标。激光雷达测距子系统3测距的方法包括但不限于激光脉冲测距方法、激光相位测距方法。扫描控制子系统2，通过启停开关控制激光雷达的开启和关闭，根据激光雷达测距子系统3对测量目标的判断结果控制旋转扫描子系统1下一次的扫描动作。包含全向可变旋转步进角的激光雷达的扫描方法，包括以下步骤：步骤1.初始化激光雷达的测量参数，包括最小旋转步进角δ、最大旋转步进角Δ、激光雷达测距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全向可变旋转步进角的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：旋转扫描子系统(1)，以可变旋转步进角进行360°全向扫描；激光雷达测距子系统(3)，在旋转扫描子系统(1)扫描的同时，在有效探测距离内进行测距，并判断测量目标为有效目标(5)还是无效目标(4)；扫描控制子系统(2)，通过启停开关控制激光雷达的开启和关闭，根据激光雷达测距子系统(3)对测量目标的判断结果控制旋转扫描子系统(1)下一次的扫描动作。

【技术特征摘要】
1.一种全向可变旋转步进角的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：旋转扫描子系统(1)，以可变旋转步进角进行360°全向扫描；激光雷达测距子系统(3)，在旋转扫描子系统(1)扫描的同时，在有效探测距离内进行测距，并判断测量目标为有效目标(5)还是无效目标(4)；扫描控制子系统(2)，通过启停开关控制激光雷达的开启和关闭，根据激光雷达测距子系统(3)对测量目标的判断结果控制旋转扫描子系统(1)下一次的扫描动作。2.一种包含全向可变旋转步进角的激光雷达的扫描方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1.初始化激光雷达的测量参数，包括最小旋转步进角δ、最大旋转步进角Δ、激光雷达测距的有效探测距离L和往返时间上限T；其中，T＝2L/c，L表示有效探测...

【专利技术属性】
技术研发人员：邱琪，刘建伟，苏君，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51