一种基于激光雷达目标点云的脉冲控制信号设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于激光雷达目标点云的脉冲控制信号设计方法。包括如下步骤：1目标激光雷达采集的点云作为模板点云；2对采集获得的模板点云进行数据预处理，获得对应目标激光雷达的激光脉冲从发射到接收的时间、模板点云的激光雷达线束编号信息以及工作周期编号信息；3根据目标激光雷达的激光脉冲从发射到接收的时间、模板点云的激光雷达线束编号信息以及工作周期编号信息，设计目标激光雷达的脉冲控制信号，用于控制目标激光雷达生成与模板点云相同的点云。本发明专利技术可以生成实际环境中不存在但是激光雷达可以接收并处理的点云，使得针对激光雷达的对抗性模拟有了实现的理论基础，为后续分析和完善激光雷达的安全性能提供保障。保障。保障。

A design method of pulse control signal based on laser radar target point cloud

【技术实现步骤摘要】
一种基于激光雷达目标点云的脉冲控制信号设计方法


[0001]本专利技术属于激光雷达安全领域及激光器脉冲编码电控领域的一种激光雷达的脉冲控制信号设计方法，具体涉及一种基于激光雷达目标点云的脉冲控制信号设计方法。

技术介绍

[0002]激光雷达是一种重要的主动遥感传感器。其工作原理是向目标发射激光束作为探测信号，再接收到从目标反射回来的信号，分析激光在传感器和目标之间完成往返所需的时间，计算探测目标和激光雷达的相对距离，经过适当处理后，即可获得目标空间信息。激光雷达可以穿越障碍物的遮挡，直接获取真实探测物体的高精度三维信息，用于识别、分类和跟踪运动对象。
[0003]激光雷达通过不断旋转发射头，将速度快、发射准的激光从“线”变成“面”，并在数值方向上排布多束激光，形成多个面，达到动态扫描并接收信息的目的。由于多线激光雷达的发射器具有一致且稳定的脉冲频率，且探测距离和角分辨率具有一致性，所以通过点云信息就可以预测实际情况下的物体所处的状态。
[0004]真实的激光雷达点云需要接收目标回波才可生成，所以需要满足一个基本规律：点只存在于激光雷达的激光线束上，且每个线束在每次发射时只代表一个点。这个规律使得针对激光雷达的对抗性模拟有了实现的理论基础，但是现有的点云信号注入到激光雷达中形成干扰或欺骗的实验均不能在实际条件下实现，且添加的点云往往是杂乱无章的，从而无法最大限度模拟真实环境的点云状态。

技术实现思路

[0005]为了解决
技术介绍
中存在的问题，本专利技术提供了一种基于激光雷达目标点云的脉冲控制信号设计方法，能够产生精确编码、变间隔编码和变脉冲编码的脉冲控制信号，从而对激光雷达输出的发射点云进行调制。本专利技术可以用相同型号的激光雷达采集实际环境中存在的点云作为模板点云，根据模板点云的信息设计激光雷达的脉冲控制信号，通过激光器等硬件注入工作的激光雷达，即可在模板不存在的时间或空间中依然使激光雷达接收到和模板点云相同的点云信号。使得针对激光雷达的激光欺骗干扰试验有了实现的理论基础，为后续分析和完善激光雷达的安全性能提供保障。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]本专利技术包括如下步骤：
[0008]步骤一：目标激光雷达采集的点云作为模板点云；
[0009]步骤二：对采集获得的模板点云进行数据预处理，获得对应目标激光雷达的激光脉冲从发射到接收的时间、模板点云的激光雷达线束编号信息以及工作周期编号信息；
[0010]步骤三：根据目标激光雷达的激光脉冲从发射到接收的时间、发射点云的激光雷达线束编号信息以及工作周期编号信息，设计目标激光雷达的脉冲控制信号，用于控制目标激光雷达生成与模板点云相同的点云。
[0011]所述步骤二具体为：
[0012]2.1)将采集获得的模板点云的空间位置坐标信息转换为三维极坐标信息，获得模板点云与目标激光雷达的相对距离信息、模板点云的竖直角度信息和水平角度信息；
[0013]2.2)根据点云与目标激光雷达的相对距离信息，计算获得对应目标激光雷达的激光脉冲从发射到接收的时间；
[0014]2.3)根据模板点云的竖直角度信息，通过查表获得模板点云的激光雷达线束编号信息；
[0015]2.4)根据激光雷达的工作周期和旋转角速度，计算获得目标激光雷达的水平分辨率；
[0016]2.5)根据模板点云的水平角度信息对模板点云进行方位角递增的排序，获得排列好的模板点云，将排列好的模板点云中第一个点所在的工作周期作为初始工作周期；
[0017]2.6)基于目标激光雷达的水平分辨率，根据水平角度信息对排列好的模板点云中各个点进行工作周期编号计算，获得模板点云中各个点的工作周期编号并构成模板点云的工作周期编号信息；
[0018]所述步骤2.6)具体为：
[0019]2.6.1)对于排列好的模板点云中的每个点，根据模板点云的水平角度信息中各个点的水平角度，计算当前点与上一个点的水平角度的差值；
[0020]2.6.2)根据目标激光雷达的水平分辨率，利用以下公式计算当前点与上一个点的工作周期编号的差值：
[0021][0022]其中，表示排列好的模板点云中第i个点与第i
‑
1个点的工作周期编号的差值，i∈1...N
‑
1，N表示排列好的模板点云的点总数，δ
i
表示排列好的模板点云中第i个点与第i
‑
1个点的水平角度的差值，Δazimuth
full
表示目标激光雷达的水平分辨率；fix()表示取整操作；
[0023]2.6.3)根据当前点与上一个点的工作周期编号的差值以及上一个点的工作周期编号，计算当前点的工作周期编号，计算公式如下：
[0024][0025]其中，fullcycle_ID(i)和fullcycle_ID(i
‑
1)分别表示第i个点与第i
‑
1个点的工作周期编号，laser_ID(i)和laser_ID(i
‑
1)分别表示第i个点与第i
‑
1个点的激光雷达线束编号；
[0026]2.6.4)重复2.6.1)
‑
2.6.3)对排列好的模板点云中的剩余点进行处理，获得排列好的模板点云中各个点的工作周期编号并构成模板点云的工作周期编号信息。
[0027]所述步骤三具体为：
[0028]3.1)根据目标激光雷达的激光脉冲从模板到接收的时间、模板点云的激光雷达线束编号信息以及工作周期编号信息，计算发射点云中各个点对应单脉冲的工作时刻，计算公式如下：
[0029]Timestamp(i)＝fullcycle_ID(i)*T
fc
+laser_ID(i)*T
sfc
+ToF
[0030]其中，Timestamp(i)表示模板点云中第i个点对应单脉冲的工作时刻，fullcycle_ID(i)表示第i个点的工作周期编号，T
fc
表示目标激光雷达的工作周期，laser_ID(i)表示第i个点的激光雷达线束编号，T
sfc
表示目标激光雷达的单束发射周期，ToF表示目标激光雷达的激光脉冲从发射到接收的时间；
[0031]3.2)根据各个单脉冲的工作时刻计算对应的脉冲序列，接着将各个脉冲序列中的四个序列点相连后，获得对应的连续脉冲信号，由各个单脉冲对应的连续脉冲信号构成目标激光雷达的脉冲控制信号，用于控制目标激光雷达生成与模板点云相同的点云。
[0032]所述步骤3.2)中每个单脉冲的脉冲序列的计算公式如下：
[0033]Time_ideal(i1,i2,i3,i4)＝[
‑
ε,0,TTL,TTL+ε]+Timestamp(i)
[0034]Amp_ideal(i1,i2,i3,i4)＝[0,1,1,0][0035]其中，Time_ideal(i1,i2,i3,i4本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于激光雷达目标点云的脉冲控制信号设计方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：目标激光雷达采集的点云作为模板点云；步骤二：对采集获得的模板点云进行数据预处理，获得对应目标激光雷达的激光脉冲从发射到接收的时间、模板点云的激光雷达线束编号信息以及工作周期编号信息；步骤三：根据目标激光雷达的激光脉冲从发射到接收的时间、发射点云的激光雷达线束编号信息以及工作周期编号信息，设计目标激光雷达的脉冲控制信号，用于控制目标激光雷达生成与模板点云相同的点云。2.根据权利要求1所述的一种基于激光雷达目标点云的脉冲控制信号设计方法，其特征在于，所述步骤二具体为：2.1)将采集获得的模板点云的空间位置坐标信息转换为三维极坐标信息，获得模板点云与目标激光雷达的相对距离信息、模板点云的竖直角度信息和水平角度信息；2.2)根据点云与目标激光雷达的相对距离信息，计算获得对应目标激光雷达的激光脉冲从发射到接收的时间；2.3)根据模板点云的竖直角度信息，通过查表获得模板点云的激光雷达线束编号信息；2.4)根据激光雷达的工作周期和旋转角速度，计算获得目标激光雷达的水平分辨率；2.5)根据模板点云的水平角度信息对模板点云进行方位角递增的排序，获得排列好的模板点云，将排列好的模板点云中第一个点所在的工作周期作为初始工作周期；2.6)基于目标激光雷达的水平分辨率，根据水平角度信息对排列好的模板点云中各个点进行工作周期编号计算，获得模板点云中各个点的工作周期编号并构成模板点云的工作周期编号信息。3.根据权利要求2所述的一种基于激光雷达目标点云的脉冲控制信号设计方法，其特征在于，所述步骤2.6)具体为：2.6.1)对于排列好的模板点云中的每个点，根据模板点云的水平角度信息中各个点的水平角度，计算当前点与上一个点的水平角度的差值；2.6.2)根据目标激光雷达的水平分辨率，利用以下公式计算当前点与上一个点的工作周期编号的差值：其中，表示排列好的模板点云中第i个点与第i
‑
1个点的工作周期编号的差值，i∈1...N
‑
1，N表示排列好的模板点云的点总数，δ
i
表示排列好的模板点云中第i个点与第i
‑
1个点的水平角度的差值，Δazimuth
full
表示目标激光雷达的水平分辨率；fix()表示取整操作；2.6.3)根据当前点与上一个点的工作周期编号的差值以及上一个点的工作周期编号，计算当前点的工作周期编号，计算公式如下：其中，fullcycle_ID(i)和f...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁梦瞳，冀晓宇，徐文渊，金子植，朱姜宇轩，宋梓源，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：