[发明专利]一种激光雷达扫描装置及其扫描方法

说明书

本发明提供了一种激光雷达扫描装置及其扫描方法，包括单线激光雷达、雷达立柱、固定底板；所述固定底板安装在雷达立柱上，所述单线激光雷达通过旋转装置安装在固定底板上，所述旋转装置用于使单线激光雷达旋转，所述单线激光雷达用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。所述旋转装置包括伺服电机、同步带传动装置和编码器；所述伺服电机通过同步带传动装置与单线激光雷达连接，所述编码器用于反馈控制伺服电机旋转角度。所述伺服电机旋转角速度为非线性，用于在扫描线的宽度方向获得均匀分布扫描线。本发明通过控制伺服电机的旋转角速度，进而实现扫描线均匀分布。

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，特别涉及一种激光雷达扫描装置及其扫描方法。

背景技术

三维成像激光雷达在用于道路障碍物监测以及智能交通监测领域，往往要求具有较高的角分辨率以达到高监测效率的目的。现有的相对成熟的三维成像激光雷达，通常是基于自动驾驶应用而开发的，大体包括两种扫描方式，第一种为机械式扫描，机械式扫描激光雷达是由多个垂直堆垛而成的激光器通过机械旋转实现的三维成像，这种扫描方式不仅难以保证高的纵向角分辨率，而且价格昂贵，不适用于道路监测领域的应用。第二种为振镜扫描方式，发射的激光通过高速旋转的振镜来实现三维扫描，但这种扫描方式的扫描视场角较小，且纵向角分辨率也不高，在实际应用中不能对监测区域形进行高精度成像。因此，现有的激光雷达的扫描方式并不能满足铁路线路监测这种特殊的应用场合，而且其扫描线在监测区域内的分布稀疏不一致。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种激光雷达扫描装置及其扫描方法，提出角速度渐进变化的扫描方式解决扫描线分布不均匀的问题，以适用于铁路监测的高精度、高可靠性要求。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种激光雷达扫描装置，包括单线激光雷达、雷达立柱、固定底板；所述固定底板安装在雷达立柱上，所述单线激光雷达通过旋转装置安装在固定底板上，所述旋转装置用于使单线激光雷达旋转，所述单线激光雷达用于提供单光源脉冲信号光输出，实现水平面二维扫描。

进一步，所述旋转装置包括伺服电机、同步带传动装置和编码器；所述伺服电机通过同步带传动装置与单线激光雷达连接，所述编码器用于反馈控制伺服电机旋转角度。

进一步，所述伺服电机旋转角速度为非线性，用于在扫描线的宽度方向获得均匀分布扫描线。

一种激光雷达扫描装置的扫描方法，包括如下步骤：

确定监测区域，确定需要扫描监测区域长度a和监测区域宽度b，确定所述单线激光雷达与监测区域水平距离d，确定所述单线激光雷达与监测区域的垂直高度h；

确定单次扫描所用时间t与监测区域宽度b的关系，得出扫描线的宽度方向扫描速度，具体为：

监测区域宽度b内的扫描线总数条数n，监测区域的扫描时间为t，每条扫描线扫过的监测宽度为b/(n-1)，扫描用时t/(n-1)，得出扫描线的宽度方向扫描速度v；

确定单线激光雷达旋转的角度随时间的变化关系为：

确定单线激光雷达旋转的角度速度与时间变化关系；根据角度速度与时间变化关系控制伺服电机旋转速度。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的激光雷达扫描装置，通过在伺服电机控制激光雷达俯仰运动实现三维扫描；通过控制伺服电机的旋转角速度，进而实现扫描线运动状态可控功能；该扫描结构及扫描方式能够满足激光雷达三维扫描的功能同时解决扫描线分布不均问题。

2.本发明所述的激光雷达扫描装置，仅需要一个光源且简化内部光路结构，将复杂扫描方式简单化成外部辅助扫描，实现扫描线分布均匀。