一种光纤激光雷达系统技术方案

本发明专利技术公开一种光纤激光雷达系统，包括：激光器、探测器、光开关、测量探头组、接收装置、旋转扫描机构和控制处理单元，系统利用光开关进行光路选择，在不同的时刻将激光器发射的激光与测量探头组中不同的测量探头导通，利用旋转扫描机构带动测量探头中发射的激光进行旋转扫描，接收装置接收待测物体表面的反射激光并经过探测器进行光电转换后送入控制处理单元，控制处理单元根据发射激光和接收反射激光的时间差来测量待测物体的距离。本发明专利技术通过光开关使一个激光器对多个测量探头提供激光，实现多线测量，降低了成本；本发明专利技术通过光纤在测量探头组和光开关间传输激光，使得测量探头组可以独立出来，便于安装。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于激光雷达测距领域，具体涉及一种光纤激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达技术有着多年研究历史，在导航、定位、测绘等领域有着广泛的应用。激光雷达有多种技术方案，以目前广泛采用的脉冲探测法为例，在点对点的测量过程中，激光器发射激光，经过准直处理后照射在待测物体表面，有一部分激光在物体表面会被反射，并被探测器接收。根据测量发射激光和接收反射激光的时间差来计算待测物体与激光器之间的距离。激光雷达在点对点测量的基础上，发展出二维和三维测距应用，为达到好的测量效果，需要足够多的点对点测量数据，目前业界采用的一种可行的技术方案为，增加发射端激光器和接收端探测器的个数，即采用多线测量，它们一般采用的技术方案如下：如图1所示，信号控制及信息处理器101控制激光器阵列102中的激光器依次发射激光，激光器阵列102中的激光器发射的激光经过发射透镜103准直后，照射在待测物体104的表面上。在待测物体104表面有一部分激光会发生发射，反射激光被接收透镜107汇聚后，被探测器阵列106中的探测器依次接收。在任一时刻，只有一对激光器和探测器同时工作。探测器阵列106中的探测器将接收到的信号进行光电转换，并将采集到的信息输入信号控制及信息处理器101。信号控制及信息处理器101根据发射激光和接收反射激光的时间差计算得出待测物体104的距离。信号控制及信息处理器101同时控制旋转扫描装置105进行旋转，利用激光器阵列102以及发射透镜103发射的激光对待测物体进行旋转扫描，同时将扫描所得的反射激光送入接收透镜107以及探测器阵列106。现有的激光雷达采用数量众多的激光器组成激光器阵列来进行测量，同时还需要与之匹配的同样数量的探测器组成探测器阵列。一个典型的应用方案，现有的汽车无人驾驶应用中使用的激光雷达，为达到高的分辨率和测量精度，采用64线技术即同时使用64个激光器和64个探测器，现有技术的问题在于：1)成本很高：由于半导体制造成本以及技术壁垒等多方面因素，激光器和探测器的价格都比较高，现有技术采用数量众多的激光器和探测器来进行测量，导致系统硬件成本很高。2)系统体积大：大量激光器和探测器的使用，会导致激光雷达系统的体积庞大。3)不方便使用：占用空间大，不具有隐蔽性，同时在安装固定上都有很高的要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于解决现有技术存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。本专利技术的一个目的在于提供一种光纤激光雷达系统，采用光路选择和复用技术，只使用一对激光器和探测器，就可以实现对待测物体以多线技术进行测量，极大的降低了成本，同时使得体积大大减小。本专利技术的另一个目的在于提供一种光纤激光雷达系统，采用光纤进行系统内部激光信号的传输，利用光纤器件制备测量探头进行激光的发射和接收。由于光纤体积小，柔韧性好，对所传输激光的衰减小，因此可以利用光纤将测量探头与系统的激光器、探测器等有源部分在空间上分离。分离后的测量探头，由于体积微小，非常具有隐蔽性，便于安装。为实现上述目的，本专利技术提供一种光纤激光雷达系统，包括：激光器，发射激光；探测器，探测反射回来的激光，并将探测到的信号输入控制处理单元；光开关，进行激光光路选择和复用；接收装置，接收反射回来的激光；耦合器一，将激光器发射的激光耦合进光开关的输入端；耦合器二，将接收装置接收到的反射光耦合进探测器中；测量探头组，包含多个测量探头，对光开关中传输过来的发射激光进行准直并向待测物体进行照射；光纤束，包含多根光纤，连接光开关和测量探头组，每根光纤将测量探头组中的一个测量探头与光开关的一个输出端口相连；旋转扫描机构，通过旋转带动测量探头组发射激光对待测物体的各个位置进行旋转扫描。控制处理单元，控制激光器发射激光并记录发射时间，控制光开关的开关状态以及光路选择，控制旋转扫描机构进行旋转，并对探测器输入的探测信号进行数据处理。其中，控制处理单元根据某一时刻发射激光和接收反射激光的时间差，可以得出在此时刻控制的测量探头所测量的待测物体上某一点的距离；控制处理单元利用光开关将激光器发出的发射激光在多个测量探头之间高速切换工作，同时控制旋转扫描机构带动测量探头进行旋转，可以得到大量的点对点测量数据，从而得到待测物体的大小、形状和距离等三维信息。根据本专利技术的一个实例性的实施例，所述光纤激光雷达系统的所有部件在空间上是安装在一起的。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述光纤激光雷达系统的测量探头组与旋转扫描机构组成独立的旋转扫描探头，所述旋转扫描探头与光纤激光雷达系统除旋转扫描探头外的其它部件在空间上安装在不同位置。根据本专利技术的另一个实例性的实施例，所述光纤激光雷达系统的测量探头组、接收装置和旋转扫描机构组成一个独立的探头部件，所述独立的探头部件与光纤激光雷达系统除独立探头部件外的其他部件在空间上安装在不同的位置。根据本专利技术另一个实例性的实施例，所述光纤激光雷达的测量探头由光纤和微型透镜组成。优选的，所述微型透镜为平凸透镜。优选的，所述微型透镜为自聚焦透镜。根据本专利技术另一个实例性的实施例，所述光纤激光雷达的测量探头组中包含测量探头的数量为2个到256个之间。优选的，所述光纤激光雷达的测量探头组中包含测量探头的数量为2个、4个、8个、16个、32个、64个、128个或256个。本专利技术与现有技术的区别在于：本专利技术提出了利用光开关进行时分复用的概念，只需要一个激光器和一个探测器即可实现对待测物体的多线测量，降低了系统的成本。本专利技术提出了独立的旋转扫描探头的概念，将测量探头组与旋转扫描机构组成独立的旋转扫描探头，所述旋转扫描探头与光纤激光雷达系统除旋转扫描探头外的其它部件在空间上安装在不同位置。本专利技术提出了独立的探头部件的概念，将测量探头组、接收装置和旋转扫描部件组成一个独立的探头部件，所述探头部件与光纤激光雷达系统除探头部件外的其它部件在空间上安装在不同位置。由于独立的探头部件测量探头组和接收装置是安装在一起的，测量精度高；同时由于独立探头部件体积小，便于安装，且具有隐蔽性。本专利技术提出了利用光纤和微型透镜制备光纤激光雷达测量探头的概念，由于光纤直径细小，不足1毫米，所制成的测量探头的体积也很小。通过下文中参照附图对本专利技术所作的描述，本专利技术的其他目的和优点将显而易见，并可帮助对本专利技术有全面的理解。附图说明图1显示现有技术中的一种激光雷达系统的总体示意图。图2显示本专利技术中的第一实施例的总体示意图。图3显示本专利技术中作为一种优选方案的测量探头的结构示意图。图4显示本专利技术中作为一种优选方案的测量探头的另一种结构示意图。图5显示本专利技术中作为一种优选方案的接收装置的结构示意图。图6显示本专利技术中的第二实施例的总体示意图。图7显示本专利技术中的第三实施例的总体示意图。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本专利技术实施方式的说明旨在对本专利技术的总体专利技术构思进行解释，而不应当理解为对本专利技术的一种限制。另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露的实施例的全面理解。然而明显的，一个或多个实施例在没有具体细节的情况下也可以被实施。在其它情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤激光雷达系统，包括：激光器，用于发射激光；测量探头组，用于将激光器发射的激光进行准直后发射出去；接收装置，用于接收反射激光；探测器，用于对接收到的反射激光进行光电转换；光开关，用于激光器和测量探头组之间的光路选择；耦合器一，用于将激光器发射的激光耦合进光开关；耦合器二，用于将接收装置接收的激光耦合进探测器；旋转扫描机构，用于带动测量探头组进行旋转，进行旋转扫描测量；和控制处理单元，用于控制激光器、光开关和旋转扫描机构的工作状态，并对探测到的信号进行处理；其特征在于：所述激光器通过光开关与测量探头组相连，在光开关的控制下，激光器发射的激光，依次通过探测探头组中不同的测量探头发射出去。

【技术特征摘要】
1.一种光纤激光雷达系统，包括：激光器，用于发射激光；测量探头组，用于将激光器发射的激光进行准直后发射出去；接收装置，用于接收反射激光；探测器，用于对接收到的反射激光进行光电转换；光开关，用于激光器和测量探头组之间的光路选择；耦合器一，用于将激光器发射的激光耦合进光开关；耦合器二，用于将接收装置接收的激光耦合进探测器；旋转扫描机构，用于带动测量探头组进行旋转，进行旋转扫描测量；和控制处理单元，用于控制激光器、光开关和旋转扫描机构的工作状态，并对探测到的信号进行处理；其特征在于：所述激光器通过光开关与测量探头组相连，在光开关的控制下，激光器发射的激光，依次通过探测探头组中不同的测量探头发射出去。2.根据权利要求1所述的光纤激光雷达系统，其特征在于，所述测量探头组包含的测量探头数量在2个至256个之间。3.根据权利要求2所述的光纤激光雷达系统，其特征在于，所述测量探头组包含的测量探头数量为2个、4个、8个、1...

【专利技术属性】
技术研发人员：齐龙舟，
申请(专利权)人：齐龙舟，
类型：发明
国别省市：上海;31