雷达控制方法和激光雷达系统与流程

1.本技术涉及光电检测技术领域，尤其涉及一种雷达控制方法和激光雷达系统。


背景技术：

2.近年来，随着无人化设备的普及和应用，激光雷达越来越被更多的人所关注，激光雷达凭借自身高速发射的激光光束来进行距离检测和点云成像，具有精度高、穿透力强、作用距离远、实时性高等特点。目前在无人驾驶、机器人导航、道路监控和地形测绘等多个领域具有很高的发展前景，市场需求与日俱增。
3.激光雷达一种常用的形式是机械式雷达，采用电机实现旋转扫描，使得激光可在360
°
的视场范围内进行测量和反馈信息，激光雷达本身需要实时的输出准确的旋转角度信息，且根据应用场景，所需要的点云角度分辨率往往需要达到0.2
°
甚至是0.1
°
，如此，在机械式激光雷达中往往需要配置分辨率足够高的编码盘来实现高精度的角度识别，如图1所示，编码盘将360度的圆环分割为3600个栅格，配以高精度的传感器检测，每次信号代表旋转0.1
°
，来实现激光雷达满足所需要点云角度分辨率的目的。
4.然而，高精度编码盘在应用中不仅存在成本上升、加工困难的问题，且容易在受到油污或磨损后角度不准确，降低雷达的点云质量，使得其安全性和可靠性下降。


技术实现要素：

5.为解决上述存在的问题，本技术提供了一种可降低成本、可靠性高且能够满足高质量点云成像要求的雷达控制方法和激光雷达系统。
6.本技术实施例第一方面，提供一种雷达控制方法，包括：
7.获取角度检测模块基于光栅码盘运动过程中码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定光栅码盘的当前码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间；
8.根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算所述当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔；
9.根据所述激光发射时间间隔生成用于控制激光发射模块工作的驱动信号序列，在所述当前码盘齿对应的控制周期内，基于所述驱动信号序列控制所述激光发射模块向目标视场发射激光。
10.本技术实施例另一方面，还提供一种激光雷达系统，包括雷达电机、第一主控模块、与所述第一主控模块连接的角度检测模块、第二主控模块及与所述第二主控模块连接的激光发射模块；
11.所述角度检测模块，包括光栅码盘及光电传感器，所述光电传感器用于采集所述光栅码盘运动过程中码盘齿通行经过检测路径形成的角度脉冲信号；
12.所述第一主控模块，用于获取所述角度检测模块基于所述光栅码盘运动过程中码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定所述光栅码
盘的当前码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间；根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算所述当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔；
13.所述第二主控模块，用于根据所述激光发射时间间隔生成用于控制所述激光发射模块工作的驱动信号序列，在所述当前码盘齿对应的控制周期内，基于所述驱动信号序列控制所述激光发射模块向目标视场发射激光。
14.上述实施例提供的雷达控制方法，通过实时地确定光栅码盘的当前码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间，根据所述信号间隔时间、光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔，在当前码盘齿对应的控制周期内，采用计算得到的对应的激光发射时间间隔生成用于控制激光发射模块工作的驱动信号序列，以控制所述激光发射模块向目标视场发射激光，如此，通过实时的检测和计算，将编码盘中各码盘齿的控制周期内对激光发射模块的控制信号形成为根据匹配的激光发射时间间隔生成的驱动信号序列，使得满足高精度的角分辨率和高质量点云成像质量无需依赖于同样高精度的编码盘，不仅可以降低成本，降低对编码盘的加工难度，而且在激光雷达系统的工作过程中，可通过实时的检测和计算来确保控制精度，不会因为编码盘受到油污或磨损而角度不准确而影响，从而能够更好的维持高质量点云成像质量，保持较好的安全性和可靠性。
15.上述实施例中，激光雷达系统与对应的雷达控制方法实施例均属于同一构思，从而对应的雷达控制方法实施例具有相同的技术效果，在此不再赘述。
附图说明
16.图1为现有技术中的已知光栅码盘的结构示意图；
17.图2为一实施例中雷达控制方法的一可选应用场景的示意图；
18.图3为一实施例中雷达控制方法的流程图；
19.图4为一实施例中基于光栅码盘运动进行实时的检测和计算的原理示意图；
20.图5为一实施例中点云角度分辨率达到0.2
°
的激光雷达系统的扫描场景示意图；
21.图6为一实施例中激光雷达系统的结构示意图；
22.图7为一可选的具体示例中雷达控制方法的流程图。
具体实施方式
23.以下结合说明书附图及具体实施例对本技术技术方案做进一步的详细阐述。
24.为了使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本技术作进一步地详细描述，所描述的实施例不应视为对本技术的限制，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本技术保护的范围。
25.在以下的描述中，涉及到“一些实施例”的表述，其描述了所有可能实施例的子集，需要说明的是，“一些实施例”可以是所有可能实施例的相同子集或不同子集，并且可以在不冲突的情况下相互结合。
26.在以下的描述中，所涉及的术语“第一、第二、第三”仅仅是区别类似的对象，不代表针对对象的特定排序，可以理解地，“第一、第二、第三”在允许的情况下可以互换特定的顺序或先后次序，以使这里描述的本技术实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺
序实施。可以理解地，各个方法实施例中涉及到的步骤序号，并不代表各步骤唯一的执行顺序，不涉及到数据流向必要先后关系的各步骤可以同时执行或互换先后次序，以使这里描述的本技术实施例能够以除了在这里图示或描述的以外的顺序实施。
27.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本技术的实现方式。本文中，所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
28.请参阅图2，为本技术实施例中雷达控制方法的一可选应用场景，激光雷达系统包括控制模块14、与控制模块14连接的雷达电机11、角度检测模块12和激光收发模块13。其中，角度检测模块12包括光栅码盘121和传感器122，光栅码盘121上设有预设数量的码盘齿，相邻码盘齿之间形成有齿槽。雷达电机11转动将带动光栅码盘121运动，光栅码盘121运动过程中码盘齿依序通行经过传感器122的检测路径，通过遮挡或不遮挡传感器122的检测路径而使得传感器122采集到角度脉冲信号，以光栅码盘121上全部的码盘齿通行经过传感器122的检测路径一次为一个循环，一个循环内，激光收发模块13在雷达电机11的驱动下转动360度并向目标视场发射激光进行雷达数据采集，由此，根据一个循环内采集到角度脉冲信号可实现雷达数据的角度检测。激光收发模块13包括激光发射器131和激光接收器132，激光发射器131根据控制模块14的控制信号向目标视场发射激光脉冲信号，激光脉冲信号遇到物体时发生发射，反射回的激光信号到达激光接收器132后被转化为电信号，以实现雷达数据的采集。
29.需要说明的是，激光雷达系统执行雷达数据高精度扫描和输出的控制模块14是指逻辑上的控制整体，可以包括物理上分离设置的多个控制器。本实施例中，控制模块14包括与角度检测模块12连接的第一主控模块141和与激光收发模块13连接的第二主控模块142，第一主控模块141用于获取角度检测模块12采集到的角度脉冲信号，根据角度脉冲信号来实时计算光栅码盘121的各码盘齿对应的控制周期、以及在满足目标角分辨率的情况下各码盘齿对应的控制周期内的激光发射时间间隔；第一主控模块141在各码盘齿的对应控制周期到来时产生匹配的触发信号发送给第二主控模块142，由第二主控模块142生成控制激光发射器131工作的驱动信号序列，通过驱动信号序列控制激光发射器131向目标视场发射激光，通过实时的检测和计算，将编码盘中各码盘齿的控制周期内对激光发射器131的控制信号形成为根据匹配的激光发射时间间隔生成的驱动信号序列，使得满足高精度的角分辨率和高质量点云成像质量无需依赖于同样高精度的编码盘。
30.请参阅图3，为本技术一实施例提供的雷达控制方法，可应用于图2所示的激光雷达系统，所述雷法控制方法，包括：
31.s101，获取角度检测模块基于光栅码盘运动过程中码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定光栅码盘的当前码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间。
32.其中，角度检测模块包括光栅码盘和光电传感器。光栅码盘上设有预设数量的码
盘齿，相邻码盘齿之间形成有齿槽。光栅码盘运动过程中，各码盘齿依序通行经过检测路径时，由于遮挡或不遮挡光电传感器的检测路径而形成角度脉冲信号。激光雷达系统在工作过程中，雷达电机的电机轴转动，驱动激光发射模块转动的同时以设定频率向外发射激光，即发射指定脉冲宽度和频率的激光脉冲信号，激光脉冲信号遇到物体时发生发射，反射回的激光信号被激光接收器接收并转化为电信号，以实现雷达数据的采集。激光雷达系统在工作过程中，雷达电机的电机轴通常保持匀速转动，通过角度检测模块实时采集光栅码盘在运动过程中码盘齿通行经过检测路径时由于遮挡或未遮挡检测路径产生的角度脉冲信号，如，每个码盘齿遮挡检测路径时可以触发一个高电平，当离开编码器时，输出一个低电平。针对每一码盘齿，可以根据角度脉冲信号获得其前一齿槽对应的信号间隔时间，每一码盘齿均可根据前一齿槽对应的信号间隔时间，得到雷达电机更加精确的实时当前转速，以此来预测出当前码盘齿在当前转速下通行经过检测路径所对应的时间间隔。
33.s103，根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算所述当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔。
34.光栅码盘上设有预设数量的码盘齿，相邻码盘齿之间形成有齿槽，根据码盘齿的数量可以得到光栅码盘的齿槽数。目标角分辨率，是指激光雷达系统需要达到的理想的点云角度分辨率，如0.2
°
，甚至是0.1
°
。激光雷达系统获得高质量点云数据，是通过激光发射模块按照一定的高频率发射激光，配合雷达电机的驱动转动对周围环境进行扫描得到的。目标角分辨率，是表示激光发射模块每间隔所述目标角分辨率的角度即需要相应向外发射一次激光。针对每一码盘齿，可以根据在先的相邻两次的传感器信号的时间得到前一齿槽对应的信号间隔时间，根据光栅码盘的运动特性，可以确定前一齿槽对应的信号间隔时间、光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率所满足的约束关系，计算得到当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔。
35.在一个可选的示例中，如图4所示，以光栅码盘的局部为例，当光栅码盘自右向左运动(逆时针转动)时，通过检测前一齿槽通过检测路径产生的信号间隔时间t1，根据约束关系如下公式一所示：
[0036][0037]
t1为两次传感器信号的时间间隔，单位为s；b为光栅码盘的齿槽数；t0为满足目标角分辨率(这里，是以目标角分辨率为0.2
°
为例)要求的激光发射时间间隔。
[0038]
s105，根据所述激光发射时间间隔生成用于控制激光发射模块工作的驱动信号序列，在所述当前码盘齿对应的控制周期内，基于所述驱动信号序列控制所述激光发射模块向目标视场发射激光。
[0039]
激光雷达系统在工作过程中，雷达电机的电机轴通常保持匀速转动，虽然雷达电机是匀速转动，但微观上看每个码盘齿通信经过检测路径的时长均有变化。对于高精度码盘，可通过码盘齿的数量来形成满足目标角分辨率要求的传感器信号，如图1所示，高精度编码盘上通过设置3600个栅格，每一个码盘齿信号代表0.1度来达到0.1
°
的角度分辨率，基于码盘的结构精度来保证角度误差满足要求。而本技术实施例中，光栅码盘的码盘齿的设计数量可以大大减少，相邻两个码盘齿之间的角度跨度也就大大增加，通过根据相邻两个码盘齿之间的信号间隔时间，反推出需要满足目标角分辨率的要求下，需要控制激光发射
模块在当前码盘齿通行经过检测路径的控制周期内向外以设定频率发射激光的驱动信号序列。其中，针对每一码盘齿，均是以前一齿槽对应的信号间隔时间来实时计算其对应的控制周期的激光发射时间间隔，以前一齿槽对应的信号间隔时间来预测下一阶段的激光发射时间间隔，从而可以在避免角度误差的累积的基础上，获得能够满足目标角分辨率的控制激光发射模块以设定频率发射激光的驱动信号序列。
[0040]
在一个可选的示例中，如图4所示，每一码盘齿对应的控制周期包括一个高电平和一个低电平，从微观上看，前一码盘齿对应的控制周期t1与后一码盘齿对应的控制周期t2的时长会有不同。随着激光雷达系统的长时间持续工作，角度误差可以形成持续累积，但基于雷达电机是匀速转动的特性，对于每相邻且连续的两个码盘齿而言，转速不会突然发生较大变化，二者之间的角度误差可以忽略，通过实时检测和计算，获得前一码盘齿对应的控制周期t1内齿槽对应的信号间隔时间，结合光栅码盘的齿槽数，以此来预测当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔，可以确保控制激光发射模块发射激光的频率能够满足目标角分辨率要求，如图5所示，激光雷达系统采用电机实现旋转扫描，使得激光可在360
°
的视场范围内进行测量和反馈信息，激光雷达本身需要实时的输出准确的旋转角度信息，根据应用场景，所需要的点云角度分辨率往往需要达到0.2
°
。
[0041]
上述实施例中，雷达控制方法通过实时地确定光栅码盘的当前码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间，根据所述信号间隔时间、光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔，在当前码盘齿对应的控制周期内，采用计算得到的对应的激光发射时间间隔生成用于控制激光发射模块工作的驱动信号序列，以控制所述激光发射模块向目标视场发射激光，如此，通过实时的检测和计算，将编码盘中各码盘齿的控制周期内对激光发射模块的控制信号形成为根据匹配的激光发射时间间隔生成的驱动信号序列，使得满足高精度的角分辨率和高质量点云成像质量无需依赖于同样高精度的编码盘，不仅可以降低成本，降低对编码盘的加工难度，而且在激光雷达系统的工作过程中，可通过实时的检测和计算来确保控制精度，不会因为编码盘受到油污或磨损而角度不准确而影响，从而能够更好的维持高质量点云成像质量，保持较好的安全性和可靠性。
[0042]
在一些实施例中，所述雷达控制方法，还包括：
[0043]
根据目标角分辨率确定角度误差阈值；
[0044]
根据角度误差与电机旋转加速度、相邻齿槽时间间隔的关系，获得角度误差与光栅码盘的齿槽数之间的比例变换关系；
[0045]
以所述角度误差不大于角度误差阈值为约束条件，计算确定所述光栅码盘的齿槽数。
[0046]
激光雷达系统在设计中，通过以目标角分辨率确定角度误差阈值，根据激光雷达系统在工作过程中角度误差的计算方式，获得角度误差与光栅码盘的齿槽数之间的比例变换关系。在一个示例中，角度误差与电机旋转加速度、相邻齿槽时间间隔的关系如下公式二所示：
[0047][0048]
其中，β为角度误差，t为相邻齿槽时间间隔，α为电机旋转加速度。
[0049]
以上角度误差的计算方式中，电机旋转加速度主要以激光雷达系统中雷达电机的性能特征相关，而相邻齿槽时间间隔主要与电机转速和光栅码盘的齿槽数相关，由此转换
获得角度误差与光栅码盘的齿槽数之间的比例变换关系，以该比例变换关系中光栅码盘的齿槽数为变量，再以角度误差不大于角度误差阈值为约束条件，计算确定所述光栅码盘的齿槽数，如此，针对激光雷达系统的设计，在选定雷达电机后，可以设计确定与所选定雷达电机的性能特征匹配的光栅码盘的齿槽数。
[0050]
可选的，所述根据角度误差与电机旋转加速度、相邻齿槽时间间隔的关系，获得角度误差与光栅码盘的齿槽数之间的比例变换关系，包括：
[0051]
根据角度误差与电机旋转加速度、相邻齿槽时间间隔的关系，结合根据电机扭矩参数与转子的转动惯量的比值确定所述电机旋转加速度的第一计算公式、以及根据电机转速和光栅码盘的齿槽数计算所述相邻齿槽时间间隔的第二计算公式，获得所述角度误差与所述电机扭矩参数、所述转子的转动惯量、所述电机转速和所述齿槽数之间的关系；
[0052]
在基于选定雷达电机的电机扭矩参数、转子的转动惯量确定的条件下，获得角度误差与光栅码盘的齿槽数之间的比例变换关系。
[0053]
本实施例中，根据角度误差与电机旋转加速度、相邻齿槽时间间隔的关系，将第一计算公式和第二计算公式代入，可以获得仅以光栅码盘的齿槽数为变量的角度误差与光栅码盘的齿槽数之间的比例变换关系。根据电机扭矩参数与转子的转动惯量的比值确定所述电机旋转加速度的第一计算公式可如下公式三所示：
[0054][0055]
其中，t为雷达电机的扭矩参数，单位为nm；j为雷达电机的转子的转动惯量，单位kg*m2；可求得电机旋转角加速度α，单位为rad。
[0056]
根据电机转速和光栅码盘的齿槽数计算所述相邻齿槽时间间隔的第二计算公式可如下公式四所示：
[0057][0058]
其中，t为相邻齿槽时间间隔，单位为s；n1为雷达电机的转速参数，单位为rpm；b为光栅码盘的齿槽数，单位为个。
[0059]
可选的，所述根据目标角分辨率确定角度误差阈值，包括：
[0060]
以目标角分辨率与预设比例系数的乘积，确定角度误差阈值；所述预设比例系数小于1。
[0061]
根据目标角分辨率与小于1的预设比例系数的乘积，确定角度误差阈值。激光雷达系统在工作过程中，角度误差小于角度误差阈值，则表示激光雷达系统的工作性能满足使用要求。在一个示例中，预设比例系数为0.3，角度误差阈值为水平角分辨率的0.3倍。在激光雷达系统的设计中，以计算激光雷达系统在持续工作中产生的角度误差不大于角度误差阈值为约束条件，基于激光雷达系统中选定雷达电机后，雷达电机的性能特征确定的情况下，确定与选定雷达电机的性能特征匹配的光栅码盘的齿槽数，后续在激光雷达系统工作过程中，通过实时检测和计算，确定光栅码盘的实时转动状态，并对激光发射模块发射激光的触发信号进行等效换算，如此，在光栅码盘的齿槽数大大减少的情况下，仍使得激光雷达系统满足目标角分辨率的精度要求，可以极大地降低光栅码盘的制作难度和成本。
[0062]
在一些实施例中，所述雷达控制方法，还包括：
[0063]
获取所述角度检测模块基于所述当前码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定当前齿槽对应的信号间隔时间；
[0064]
基于所述当前齿槽对应的信号间隔时间，返回执行所述根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算所述当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔的步骤，以计算下一码盘齿对应的控制周期内的激光发射时间间隔。
[0065]
光栅码盘在运动过程中，每一码盘齿通行经过传感器的检测路径时产生高电平，齿槽通行经过传感器的检测路径时产生低电平，针对每一码盘齿，根据角度检测模块检测到高电平时可确定到当前码盘齿对应的控制周期的起始时间，而根据相邻两次高电平信号即可确定到当前码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间。针对当前码盘齿，均通过实时的获取前一齿槽对应的信号间隔时间来预测其对应的控制周期的激光发射时间间隔，如此，可根据光栅码盘的实时转速来对当前码盘齿的控制周期进行校准，以及生成对应的控制周期内用于控制激光发射模块工作的驱动信号序列。在当前码盘齿的控制周期内，基于驱动信号序列控制所述激光发射模块向目标视场发射激光来完成雷达数据的采集同时，获取角度检测模块采集到的角度脉冲信号，以检测当前齿槽对应的信号间隔时间，作为下一码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间，用于下一码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔的计算，以及用于下一码盘齿对应的控制周期内控制激光发射模块工作的驱动信号序列的生成。以此类推，完成激光发射模块转动360
°
的触发信号计算和激光发射。
[0066]
本技术实施例另一方面，请参阅图6，还提供一种激光雷达系统，包括雷达电机、第一主控模块141、与所述第一主控模块142连接的角度检测模块12、第二主控模块142及与所述第二主控模块142连接的激光发射模块，所述角度检测模块12，包括光栅码盘及光电传感器，所述光电传感器用于采集所述光栅码盘运动过程中码盘齿通行经过检测路径形成的角度脉冲信号；所述第一主控模块141，用于获取所述角度检测模块12基于所述光栅码盘运动过程中码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定所述光栅码盘的当前码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间；根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算所述当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔；所述第二主控模块142，用于根据所述激光发射时间间隔生成用于控制所述激光发射模块工作的驱动信号序列，在所述当前码盘齿对应的控制周期内，基于所述驱动信号序列控制所述激光发射模块向目标视场发射激光。
[0067]
其中，激光雷达系统中控制模块区分第一主控模块和第二主控模块，第一主控模块141和第二主控模块142可以分别采用fpga芯片或soc芯片，由第一主控模块141完成电机驱动、角度计算等任务，而由第二主控模块142完成激光发射、数据采集等任务。本技术实施例中，角度检测模块12通过光栅码盘和光电传感器，检测雷达电机在实时的当前转速下的实时角度，将角度实时反馈给第一主控模块，由第一主控模块141根据角度检测模块12传输返回的脉冲信息，根据目标角分辨率的要求，计算当前转速下对应的激光发射时间间隔，在每一码盘齿对应的控制周期到来时，产生与之匹配的触发信号发送给第二主控模块142，由第二主控模块142根据该触发信号生成控制激光发射模块工作的驱动信号序列，控制激光发射模块发射激光，依此实现对激光发射模块发射激光的触发信号进行等效换算。
[0068]
可选的，所述第一主控模块141，还用于获取角度检测模块12基于所述当前码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定当前齿槽对应的
信号间隔时间；所述第二主控模块142，还用于基于所述当前齿槽对应的信号间隔时间，返回执行所述根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔的步骤，以计算下一码盘齿对应的控制周期内的激光发射时间间隔。在当前码盘齿的控制周期内，第二主控模块142基于驱动信号序列控制所述激光发射模块向目标视场发射激光来完成雷达数据的采集同时，第一主控模块141实时获取角度检测模块12传输返回的脉冲信息，根据目标角分辨率的要求，计算当前转速下对应的激光发射时间间隔，作为下一码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间，用于下一码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔的计算，第一主控模块141在下一码盘齿对应的控制周期到来时产生与之匹配的触发信号发送给第二主控模块142，由第二主控模块142根据触发信号，根据激光发射时间间隔生成控制激光发射模块工作的驱动信号序列。以此类推，完成激光发射模块转动360
°
的触发信号计算和激光发射。
[0069]
可选的，所述激光雷达系统还包括设置于所述雷达电机的定子底座上的底板11以及设置于所述雷达电机的转子上的顶板112；所述第一主控模块141和所述角度检测模块12均设于所述底板11上，所述第二主控模块142和所述激光发射模块均设于所述顶板112上。激光雷达系统上电开始工作后，由底板111上的第一主控模块141驱动电机控制模块，使得雷达电机匀速转动。雷达电机的转子带动顶板112同步转动，激光发射模块转动并发射激光，完成360
°
范围内雷达数据的采集。
[0070]
可选的，所述顶板112上还设有向顶板112内各电器元件供电的辅助电源模块及与所述辅助电源模块连接的无线供电接收模块；所述底板111上还设有电源模块及与所述电源模块连接的无线供电发射模块，所述电源模块用于通过所述无线供电发射模块和所述无线供电接收模块向所述辅助电源模块充电。所述底板111上还设有第一通信模块，所述顶板112上还设有第二通信模块，所述第一主控模块141还用于根据所述角度检测模块12基于所述当前码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，确定所述当前码盘齿对应的控制周期的起始时刻，产生匹配的触发信号通过所述第一通信模块和所述第二通信模块发送给所述第二主控模块142，由所述第二主控模块142根据所述触发信号生成所述驱动信号序列并控制所述激光发射模块向目标视场发射激光。设于底板111上的电源模块，可通过电源线获取外部供电，顶板112上设置独立的辅助电源模块，底板111可采用无线充电方式向顶板112内辅助电源模块充电，实现对顶板112内各电器元件的持续供电。
[0071]
可选的，所述底板111上还设有与所述第一主控模块141连接的电机控制模块，所述电机控制模块用于驱动所述雷达电机的转子均速转动，以带动所述激光发射模块转动过程中向目标视场发射激光；所述顶板112上还设有激光接收模块，用于接收反射回的激光信号以采集雷达数据。
[0072]
以图6所示的激光雷达系统为例，激光雷达系统的控制端整体分为两大部分，顶板112固定在雷达电机的转子上随雷达电机进行旋转，底板111固定在雷达电机的定子底座上，用于接收顶板112采集的雷达数据并对外输出点云数据图像。第一主控模块141为底板111的控制主体，第二主控模块142为顶板112的控制主体。在激光雷达系统的设计中，当雷达电机选定后，可根据激光雷达系统所需达到的角分辨率要求以及雷达电机的特性参数进行计算，确定光栅码盘的齿槽数。其中，光栅码盘的齿槽数的确定，包括根据前述实施例中所述公式三计算电机旋转加速度、根据前述实施例中公式四计算相邻齿槽时间间隔，将公
式三和公式四代入用于计算角度误差的公式二中，以角度误差小于角度误差阈值为约束条件，获得光栅码盘的齿槽数。以图6示例的多线机械式激光雷达系统为例，在水平角分辨率要求0.2
°
时，光栅码盘的齿槽数一般仅需要20左右即可满足要求，极大的降低了光栅码盘的制作难度和成本。请参阅图7，所述激光雷达系统，通过控制端控制激光收发模块采集雷达数据的雷达控制方法的流程主要如下：
[0073]
s11，激光雷达系统上电工作。
[0074]
s12，底板上的第一主控模块控制电机控制模块使得雷达电机转动。当激光雷达系统上电开始工作后，由底板的第一主控模块驱动电机控制模块，使得雷达电机旋转，匀速运动。
[0075]
s13，角度检测模块将角度检测模块实时检测角度的传感器信息实时传回第一主控模块。其中，传感器信号是指光栅码盘转动触发形成的能够用于计算码盘转动角度的检测信号。
[0076]
s14，第一主控模块根据水平分辨率要求，计算激光发射时间间隔。由于降低了光栅码盘的齿槽数，为了保证激光发射的分辨率能够满足要求，需要对触发信号进行等效计算，第一主控模块实时检测角度检测模块传输返回的脉冲信息，并根据水平角分辨率的要求，通过公式一计算得到当前转速下的激光发射时间间隔t0。
[0077]
s15，第一主控模块产生与激光发射时间间隔对应的触发信号，通过第一通信模块发送给顶板上的第二主控模块。其中，第一主控模块根据角度检测模块的检测信号，判断每个码盘齿对应的控制周期的起始时刻，产生与之匹配的触发信号送入第一通信模块，通过第一通信模块将触发信号传输至顶板。
[0078]
s16，第二主控模块通过第二通信模块接收对应的触发信号。其中，第一通信模块和第二通信模块之间可以是光信号传输的通信方式。
[0079]
s17，第二主控模块根据触发信号，生成用于控制激光发射模块工作的驱动信号序列以控制激光发射模块发射激光。顶板上的第二主控模块通过第二通信模块接收该触发信号，并根据该触发信号，基于实时计算得到的激光发射时间间隔生成控制激光发射模块工作的发射信号序列，使得激光发光。
[0080]
上述实施例中，激光雷达系统中光栅码盘的齿槽数可以大大减小，通过采用本技术实施例提供的雷达控制方法，根据电机的匀速运动，使用低栅格数量但间隔角度相同的编码盘作为角度传感器，通过采集前一段旋转角度经过的时间，计算并生成下一段旋转角度过程中，满足激光雷达角分辨率要求的激光发射脉冲信号，在低分辨率码盘情况下输出准确的角度信息，满足成本和性能的要求。如此，能够在低成本情况下实现满足雷达产品应用的高角分辨率的角度触发，具有很高的应用价值。
[0081]
以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围之内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种雷达控制方法，其特征在于，包括：获取角度检测模块基于光栅码盘运动过程中码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定光栅码盘的当前码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间；根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算所述当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔；根据所述激光发射时间间隔生成用于控制激光发射模块工作的驱动信号序列，在所述当前码盘齿对应的控制周期内，基于所述驱动信号序列控制所述激光发射模块向目标视场发射激光。2.根据权利要求1所述的雷达控制方法，其特征在于，还包括：根据目标角分辨率确定角度误差阈值；根据角度误差与电机旋转加速度、相邻齿槽时间间隔的关系，获得角度误差与光栅码盘的齿槽数之间的比例变换关系；以所述角度误差不大于角度误差阈值为约束条件，计算确定所述光栅码盘的齿槽数。3.根据权利要求2所述的雷达控制方法，其特征在于，所述根据角度误差与电机旋转加速度、相邻齿槽时间间隔的关系，获得角度误差与光栅码盘的齿槽数之间的比例变换关系，包括：根据角度误差与电机旋转加速度、相邻齿槽时间间隔的关系，结合根据电机扭矩参数与转子的转动惯量的比值确定所述电机旋转加速度的第一计算公式、以及根据电机转速和光栅码盘的齿槽数计算所述相邻齿槽时间间隔的第二计算公式，获得所述角度误差与所述电机扭矩参数、所述转子的转动惯量、所述电机转速和所述齿槽数之间的关系；在基于选定雷达电机的电机扭矩参数、转子的转动惯量确定的条件下，获得角度误差与光栅码盘的齿槽数之间的比例变换关系。4.根据权利要求2所述的雷达控制方法，其特征在于，所述根据目标角分辨率确定角度误差阈值，包括：以目标角分辨率与预设比例系数的乘积，确定角度误差阈值；所述预设比例系数小于1。5.根据权利要求1所述的雷达控制方法，其特征在于，还包括：获取所述角度检测模块基于所述当前码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定当前齿槽对应的信号间隔时间；基于所述当前齿槽对应的信号间隔时间，返回执行所述根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算所述当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔的步骤，以计算下一码盘齿对应的控制周期内的激光发射时间间隔。6.一种激光雷达系统，包括雷达电机、第一主控模块、与所述第一主控模块连接的角度检测模块、第二主控模块及与所述第二主控模块连接的激光发射模块，其特征在于，所述角度检测模块，包括光栅码盘及光电传感器，所述光电传感器用于采集所述光栅码盘运动过程中码盘齿通行经过检测路径形成的角度脉冲信号；所述第一主控模块，用于获取所述角度检测模块基于所述光栅码盘运动过程中码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定所述光栅码盘的
当前码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间；根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算所述当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔；所述第二主控模块，用于根据所述激光发射时间间隔生成用于控制所述激光发射模块工作的驱动信号序列，在所述当前码盘齿对应的控制周期内，基于所述驱动信号序列控制所述激光发射模块向目标视场发射激光。7.如权利要求6所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第一主控模块，还用于获取所述角度检测模块基于所述当前码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定当前齿槽对应的信号间隔时间；所述第二主控模块，还用于基于所述当前齿槽对应的信号间隔时间，返回执行所述根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算所述当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔的步骤，以计算下一码盘齿对应的控制周期内的激光发射时间间隔。8.如权利要求6所述的激光雷达系统，其特征在于，还包括设置于所述雷达电机的定子底座上的底板以及设置于所述雷达电机的转子上的顶板；所述第一主控模块和所述角度检测模块均设于所述底板上，所述第二主控模块和所述激光发射模块均设于所述顶板上。9.如权利要求8所述的激光雷达系统，其特征在于，所述顶板上还设有向顶板内各电器元件供电的辅助电源模块及与所述辅助电源模块连接的无线供电接收模块；所述底板上还设有电源模块及与所述电源模块连接的无线供电发射模块，所述电源模块用于通过所述无线供电发射模块和所述无线供电接收模块向所述辅助电源模块充电；和/或，所述底板上还设有第一通信模块，所述顶板上还设有第二通信模块，所述第一主控模块还用于根据所述角度检测模块基于所述当前码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，确定所述当前码盘齿对应的控制周期的起始时刻，产生匹配的触发信号通过所述第一通信模块和所述第二通信模块发送给所述第二主控模块，由所述第二主控模块根据所述触发信号生成所述驱动信号序列并控制所述激光发射模块向目标视场发射激光。10.如权利要求8所述的激光雷达系统，其特征在于，所述底板上还设有与所述第一主控模块连接的电机控制模块，所述电机控制模块用于驱动所述雷达电机的转子均速转动，以带动所述激光发射模块转动过程中向目标视场发射激光；所述顶板上还设有激光接收模块，用于接收反射回的激光信号以采集雷达数据。

技术总结
本申请实施例提供了一种雷达控制方法及激光雷达系统，所述雷达控制方法包括：获取角度检测模块基于光栅码盘运动过程中码盘齿通行经过检测路径所采集到的角度脉冲信号，根据所述角度脉冲信号确定光栅码盘的当前码盘齿的前一齿槽对应的信号间隔时间；根据所述信号间隔时间、所述光栅码盘的齿槽数及目标角分辨率，计算所述当前码盘齿对应的控制周期的激光发射时间间隔；根据所述激光发射时间间隔生成用于控制激光发射模块工作的驱动信号序列，在所述当前码盘齿对应的控制周期内，基于所述驱动信号序列控制所述激光发射模块向目标视场发射激光。发射激光。发射激光。


技术研发人员：邹逸 刘鹏 荣璟
受保护的技术使用者：烟台艾睿光电科技有限公司
技术研发日：2023.07.31
技术公布日：2023/10/11