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。发射模块产生啁啾调幅连续波的出射激光信号，并出射。发射光学系统对所述出射激光信号进行分束处理，使得分束处理的所述出射激光信号均匀照亮整个探测区域。探测模块接收发射模块发送的啁啾调幅连续波的所述出射激光信号中的载波信号，同时接收反射激光信号，将反射激光信号转化为反射电信号，并将反射电信号和载波信号混频后获得差频信号，其中反射激光信号为出射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。按照激光雷达的测距原理的不同，现有的激光雷达测距原理主要可以分为三大类。第一种是基于飞行时间的脉冲测距，光源出射一定脉宽和波形的非连续脉冲信号，探测器(阵列)接收到被探测物体的散射回波后通过计算脉冲时延，得到距离信息。优点是原理简单，理论上可探测距离较远；缺点是往往需要较高的激光发射功率，致使系统成本较高，且测试过程总不可避免的存在系统和非系统误差，限制了测试精度的提高。第二种是基于连续波调幅测距，通过发射一束照明光，利用发射光波信号与反射光波信号的相位变化来进行距离测量。该方法的优点测距精度高，可以直接得到深度信息且抗干扰能力强，对光源的要求也相对较低，不需要短时高强度脉冲，可以采用不同类型的光源，运用不同的调制方法。该技术的缺点是需要多次采样积分，测量时间长，限制了相机的帧率，同时对运动物体的测量可能会模糊，测试精度不高。第三种是基于连续波调频测距原理，按照调制载波的种类不同分为调制光频和调制载波。频率调制连续波(FMCW)激光雷达的光源通过发出连续波的、调制成频率线性变化的调频信号，再通过与本机震荡发射激光的反射激光信号所产生的差频信号，计算出目标的实际距离。这类方法的优点是测距精度高，对光源的功率要求低，理论上可以得到探测目标的速度信息等；缺点是系统对光路的准确性要求很高、调整困难，系统效率较低。闪光(Flash)雷达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雷达系统是基于飞行时间测距原理的，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回波信号，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Flash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，产生啁啾调幅连续波的出射激光信号，并出射；发发射光学系统，对所述出射激光信号进行分束处理，使得分束处理的所述出射激光信号均匀照亮整个探测区域；探测模块，接收所述发射模块发送的啁啾调幅连续波的所述出射激光信号中的载波信号，同时接收反射激光信号，将所述反射激光信号转化为反射电信号，并将所述反射电信号和所述载波信号混频后获得差频信号，其中所述反射激光信号为所述出射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，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信号；啁啾幅度调制器，与所述激光器电连接，用于利用啁啾信号对预设波长的所述激光信号进行调幅，以形成所述啁啾调幅连续波的所述出射激光信号；以及准直镜，用于准直所述出射激光信号。在其中一个实施例中，所述发射光学系统为达曼光栅。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汇聚和整形处理，以使所述反射激光信号的光斑尺寸适应与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所述接收光学系统包括聚焦镜和整形镜，所述聚焦镜用于汇聚所述反射激光信号，所述整形镜用于对汇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，所述探测模块包括自混频探测器阵列，所述自混频探测器阵列包括M×N个自混频探测器，所述自混频探测器接收所述反射激光信号以及所述发射模块发送的调制所述出射激光信号中的载波信号，将所述反射激光信号转化为反射电信号，并将所述反射电信号以及所述载波信号混频获得所述差频信号，其中M和N均为正整数。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M×N个滤波器，所述滤波器与所述自混频探测器一一对应，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，所述滤波器为无源滤波器。在其中一个实施例中，所述差频信号包含所述载波信号与所述反射电信号的差频；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载波信号与所述反射电信号的差频，所述T为所述出射激光信号的发射周期，所述c为光速。在其中一个实施例中，所述速度与所述差频的关系为：ΔfDiff_down+ΔfDiff_up＝2ΔfDopp其中，所述α为所述探测区域内的物体相对于所述激光雷达系统指向的夹角，所述f0为所述啁啾调幅连续波激光信号的出射频率，所述ΔfDopp为所述探测区域内的物体运动状态下的多普勒移频，所述ΔfDiff_down为前半周期所述载波信号与所述反射电信号的差频，所述ΔfDiff_up为后半周期所述载波电信号与所述反射电信号的差频。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，使得分束处理的啁啾调幅连续波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，提高所述差频信号的信噪比，从而提高测量精度和成像质量。其次，激光光源调制生成啁啾调幅连续波的出射激光信号相对生成调频激光信号更加简单，降低了调制难度；由于采用相干探测，啁啾调幅连续波的出射激光信号携带的信号主要为频率信息，通过对载波信号以及反射电信号混频即可得到差频信号，不需要较高的出射功率，有利于降低激光雷达系统成本。啁啾调幅连续波信号的出射激光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。此外，探测模块采用载波信号和反射电信号进行电混频得到差频信号，并基于差频信号进行信号处理，避免本振光信号和反射激光信号直接干涉，减少环境噪声光的影响，提高测量精度。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，产生啁啾调幅连续波的出射激光信号，并出射；发射光学系统，对所述出射激光信号进行分束处理，使得分束处理的所述出射激光信号均匀照亮整个探测区域；探测模块，接收所述发射模块发送的啁啾调幅连续波的所述出射激光信号中的载波信号，同时接收反射激光信号，将所述反射激光信号转化为反射电信号，并将所述反射电信号和所述载波信号混频后获得差频信号，其中所述反射激光信号为所述出射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，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，产生啁啾调幅连续波的出射激光信号，并出射；发射光学系统，对所述出射激光信号进行分束处理，使得分束处理的所述出射激光信号均匀照亮整个探测区域；探测模块，接收所述发射模块发送的啁啾调幅连续波的所述出射激光信号中的载波信号，同时接收反射激光信号，将所述反射激光信号转化为反射电信号，并将所述反射电信号和所述载波信号混频后获得差频信号，其中所述反射激光信号为所述出射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，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信号；啁啾幅度调制器，用于利用啁啾信号对预设波长的所述激光信号进行调幅，以形成啁啾调幅连续波的所述出射激光信号；以及准直镜，用于准直所述出射激光信号。3.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射光学系统为达曼光栅。4.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，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汇聚和整形处理，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。5.如权利要求4所述的激光雷达系统，其特征在于，所述接收光学系统包括聚焦镜和整形镜，所述聚焦镜用于汇聚所述反射激光信号，所述整形镜用...

【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