一种激光雷达系统技术方案

本发明专利技术提供了一种激光雷达系统。激光雷达系统包括发射模块、发射光学系统、探测模块和信号处理模块。发射模块出射第一激光信号和第二激光信号，其中第一激光信号向外出射至探测区域，第二激光信号作为本振光信号，第一激光信号和第二激光信号均为调频连续波。发射光学系统用于对第一激光信号进行分束处理，使得分束处理的第一激光信号均匀照亮整个探测区域。探测模块用于接收本振光信号与反射激光信号基于自由空间干涉后形成的干涉光光束，并根据干涉光光束得到差频信号，其中反射激光信号为第一激光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号。信号处理模块，用于接收差频信号，并根据差频信号计算出探测区域内的物体的绝对距离和速度。

A Lidar System

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达系统
本专利技术涉及雷达
，特别是涉及一种激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达是通过发射特定波长和方向的激光以实现对目标的位置、速度等特征信息探测的系统，目前已被广泛应用于测距系统、低飞目标的跟踪测量、武器制导、大气监测、测绘、预警、交通管理等领域。按照激光雷达的激光光束控制方法的不同，现有的激光雷达大致可以分为四类。第一类是传统的机械式多线激光雷达，主要采用某种机械元件使激光雷达自身或部分组件高速旋转，从而实现对探测空间的特定扫描，这类雷达的优点是设计简单成本低，缺点是扫描精度受到机械精度、振动耦合等影响且使用寿命不长，体积较大、笨重。第二类是相控阵激光雷达，使保持激光雷达系统静止或相对静止，通过改变出射激光的波前而使光束方向发生改变，从而实现在空间一定范围内的光束扫描，属于一种固态激光雷达，由于没有机械运动，系统精度和寿命都大大提高，但缺点是扫描范围有限，扫描速度较低。第三类利用微机电系统(Micro-Electro-MechanicalSystem，MEMS)振镜实现光束的空间扫描的激光雷达，也是固态激光雷达的一种，优点是体积小、功耗低，缺点是仍存在机械运动,加工工艺复杂、难度高。第四类是闪光(Flash)雷达，它属于一种非扫描式雷达，通过脉冲或连续波捕获整个场景，而非用激光束逐点扫描。由于其发射系统没有机械运动，能够快速记录整个场景，避免了扫描过程中目标或激光雷达移动带来的各种干扰。传统的Flash雷达系统是基于TOF测距原理的，往往需要较高的激光发射功率，致使系统成本较高。且Flash激光雷达设计时，不考虑对发射光束进行分束，通常采用离焦发射或通过柱面镜扩展光束发散角，让光束扩散出射，这种方法接收时各方向的杂光串扰严重，无法达到较高的空间分辨率。此外，雷达系统的接收端一般采用像素阵列接收反射激光信号，而像素阵列易受外界环境背景光或杂散信号光的影响，导致信噪比较差，测量精度较低。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统雷达系统中发射功率大、测量精度低以及抗干扰能力差的问题，提供一种激光雷达系统。本专利技术提供了一种激光雷达系统，包括：发射模块，出射第一激光信号和第二激光信号，其中所述第一激光信号向外出射至探测区域，所述第二激光信号作为本振光信号，所述第一激光信号和第二激光信号均为调频连续波；发射光学系统，用于对所述第一激光信号进行分束处理，使得分束处理的所述第一激光信号均匀照亮整个探测区域；探测模块，用于接收所述本振光信号与反射激光信号基于自由空间干涉后形成的干涉光光束，并根据所述干涉光光束得到差频信号，其中所述反射激光信号为所述第一激光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号；以及信号处理模块，用于接收所述差频信号，并根据所述差频信号计算出所述探测区域内的物体的绝对距离和速度。在其中一个实施例中，所述发射模块包括：激光器，用于出射预设波长的激光光束；调制器，用于对所述预设波长的激光光束进行线性调制，以形成调频连续波激光信号；第一准直镜，用于准直所述调频连续波激光信号；以及光分束器，用于接收准直后的所述调频连续波激光信号，并将调频连续波激光信号分成所述第一激光信号和所述第二激光信号。在其中一个实施例中，所述激光雷达系统还包括本振光学系统，所述本振光学系统用于将所述第二激光信号传输给所述探测模块。在其中一个实施例中，所述本振光学系统包括：第二准直镜，用于准直所述第二激光信号；扩束器，用于对所述第二激光信号进行扩束处理，以使扩束处理后的所述第二激光信号的光斑与所述探测模块的接收面相匹配。在其中一个实施例中，所述发射光学系统包括达曼光栅，所述第一激光信号经过所述达曼光栅衍射后，形成包含多个光强相等的第一激光子信号的激光束阵列。在其中一个实施例中，所述激光雷达系统还包括接收光学系统，所述接收光学系统用于接收所述反射激光信号，并对所述反射激光信号进行会聚和整形处理，以使所述反射激光信号的光斑尺寸适应所述探测模块的接收面尺寸。在其中一个实施例中，所述接收光学系统包括聚焦镜和整形镜，所述聚焦镜用于会聚所述反射激光信号，所述整形镜用于对会聚后的所述反射激光信号进行整形处理。在其中一个实施例中，所述探测模块包括探测阵列，所述探测阵列包括多个探测器，经所述发射光学系统分束处理后的所述第一激光信号在远场处的光点分布与所述探测器的数目一致，一个所述探测器接收一个所述光点对应的所述反射激光信号与所述本振光信号基于自由空间干涉后形成的所述干涉光光束，并根据所述干涉光光束得到所述差频信号。在其中一个实施例中，所述探测模块还包括滤波器阵列，所述滤波器阵列包括多个滤波器，所述滤波器与所述探测器一一对应，用于对所述差频信号进行滤波处理，得到滤波后的差频信号，并发送给所述信号处理模块。在其中一个实施例中，所述差频信号包含所述本振光信号与所述反射激光信号的差频；所述绝对距离与所述差频的关系为：其中，所述R表示所述绝对距离，所述Δf为所述探测区域内的物体静止状态下所述本振光信号与所述反射激光信号的差频，所述T为所述调频连续波的发射周期，所述c为光速。上述激光雷达系统，通过发射光学系统对出射至探测区域的出射激光信号进行分束处理，使得分束处理的出射激光信号均匀照亮整个探测区域，分束后各探测方向的光能量集中，能够到达更远的探测距离，并且回波不会产生各方向通道间串扰问题，提高差频信号的信噪比，从而提高测量精度和成像质量。其次，调频连续波携带的主要信息为频率信息，通过对本振光信号以及反射激光信号干涉得到干涉光光束，并根据干涉光光束得到差频信号，通过差频信号计算物体的距离和速递，不需要较高的出射功率，有利于降低激光雷达系统成本。此外，调频连续波信号为扫频连续信号，与杂光串扰信号的频率均不相同，进一步提高了抗干扰性能。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的另一种激光雷达系统的结构示意图；图3为被探测物体处于静态时的测距的基本原理示意图；图4为被探测物体处于动态时的测距的基本原理示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术。但是本专利技术能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本专利技术内涵的情况下做类似改进，因此本专利技术不受下面公开的具体实施的限制。请一并参见图1和图2，本专利技术实施例提供了一种激光雷达系统，所述激光雷达系统包括发射模块100、发射光学系统200、探测模块300和信号处理模块400。所述发射模块100出射第一激光信号和第二激光信号，其中所述第一激光信号向外出射至探测区域，所述第二激光信号作为本振光信号，所述第一激光信号和第二激光信号均为调频连续波。所述发射光学系统200用于对所述第一激光信号进行分束处理，使得分束处理的所述第一激光信号均匀照亮整个探测区域。所述探测模块300用于接收所述本振光信号与反射激光信号基于自由空间干涉后形成的干涉光光束，并根据所述干涉光光束得到差频信号，其中所述反射激光信号为所述第一激光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号。所述信号处理模块400用于接收差频信号，并根据所述差频信号计算出所述探测区域内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：发射模块，出射第一激光信号和第二激光信号，其中所述第一激光信号向外出射至探测区域，所述第二激光信号作为本振光信号，所述第一激光信号和第二激光信号均为调频连续波；发射光学系统，用于对所述第一激光信号进行分束处理，使得分束处理的所述第一激光信号均匀照亮整个探测区域；探测模块，用于接收所述本振光信号与反射激光信号基于自由空间干涉后形成的干涉光光束，并根据所述干涉光光束得到差频信号，其中所述反射激光信号为所述第一激光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号；以及信号处理模块，用于接收所述差频信号，并根据所述差频信号计算出所述探测区域内的物体的绝对距离和速度。

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：发射模块，出射第一激光信号和第二激光信号，其中所述第一激光信号向外出射至探测区域，所述第二激光信号作为本振光信号，所述第一激光信号和第二激光信号均为调频连续波；发射光学系统，用于对所述第一激光信号进行分束处理，使得分束处理的所述第一激光信号均匀照亮整个探测区域；探测模块，用于接收所述本振光信号与反射激光信号基于自由空间干涉后形成的干涉光光束，并根据所述干涉光光束得到差频信号，其中所述反射激光信号为所述第一激光信号被探测区域内的物体反射产生的激光信号；以及信号处理模块，用于接收所述差频信号，并根据所述差频信号计算出所述探测区域内的物体的绝对距离和速度。2.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射模块包括：激光器，用于出射预设波长的激光光束；调制器，用于对所述预设波长的激光光束进行线性调制，以形成调频连续波激光信号；第一准直镜，用于准直所述调频连续波激光信号；以及光分束器，用于接收准直后的所述调频连续波激光信号，并将调频连续波激光信号分成所述第一激光信号和所述第二激光信号。3.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，还包括本振光学系统，所述本振光学系统用于将所述第二激光信号传输给所述探测模块。4.如权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述本振光学系统包括：第二准直镜，用于准直所述第二激光信号；扩束器，用于对所述第二激光信号进行扩束处理，以使扩束处理后的所述第二激光信号的光斑与所述探测模块的接收面相匹配。5.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射光学系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王超，
申请(专利权)人：深圳市速腾聚创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44