光发射单元、光信号检测模块、光学系统和激光雷达系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种光发射单元、光信号检测模块、光学系统和激光雷达系统。此光发射单元包括：光源子单元、高频调制子单元和差频子单元；光源子单元用于发出初始光束；高频调制子单元用于通过光混频技术对初始光束进行频率调制，发出至少两种不同频率的高频发射信号；差频子单元用于将任意两种不同频率的高频发射信号进行差频处理，发出至少一种低频发射信号；其中，至少一种高频发射信号和至少一种低频发射信号作为探测光信号，由光发射单元发出。本实用新型专利技术的技术方案，通过光混频技术和差频技术对光源子单元发出的初始光束进行调制，缩短了调制光束所用的时间，从而提高了探测光信号的发射速度，从而提高了激光雷达系统的探测速度。

Optical Emission Unit, Optical Signal Detection Module, Optical System and Lidar System

The utility model discloses an optical emission unit, an optical signal detection module, an optical system and a lidar system. The optical emission unit includes: light source sub-unit, high frequency modulation sub-unit and difference frequency sub-unit; light source sub-unit is used to emit the initial beam; high frequency modulation sub-unit is used to modulate the initial beam frequency by optical mixing technology, and emit at least two different frequencies of high frequency emission signal; difference frequency sub-unit is used to make difference frequency for any two different frequencies of high frequency emission signal. Processing, sending out at least one kind of low-frequency transmitting signal, in which at least one kind of high-frequency transmitting signal and at least one kind of low-frequency transmitting signal are used as detecting optical signal and are sent out by the optical transmitting unit. The technical scheme of the utility model adjusts the initial beam emitted by the light source sub-unit by the optical mixing technology and the difference frequency technology, shortens the time used for modulating the beam, thereby improving the transmission speed of the detection light signal, thereby improving the detection speed of the lidar system.

【技术实现步骤摘要】
光发射单元、光信号检测模块、光学系统和激光雷达系统
本技术实施例涉及激光测距
，尤其涉及一种光发射单元、光信号检测模块、光学系统和激光雷达系统。
技术介绍
激光雷达系统，是以发射激光束(探测光信号)探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。激光雷达系统可探测目标物体的有关信息,如目标物体的方位、距离、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对目标物体进行探测、跟踪和识别。激光雷达系统是汽车自动驾驶、机器人定位导航、空间环境测绘和安保安防等领域必不可少的核心传感器。在实际应用中，按照原理不同，激光雷达系统可分为：三角法激光雷达系统，基于时间飞行的脉冲法激光雷达系统，相位法激光雷达系统。其中，相位法激光雷达系统是通过将一定频率的正弦调制信号加载到激光器上，利用发射信号(探测光信号)和接收信号(回波信号)之间的相位差所含有的距离信息来实现对被测目标物体的距离的测量。但是，目前利用电学元件对发射信号的频率进行调制，发射信号的调制速度慢，电磁干扰严重，导致现有相位法激光雷达系统探测速度较慢。
技术实现思路
本技术提供一种光发射单元、光信号检测模块、光学系统和激光雷达系统，提高探测光信号的发射速度，以提高激光雷达系统的探测速度。第一方面，本技术实施例提出一种光发射单元，该光发射单元包括：光源子单元、高频调制子单元和差频子单元；所述光源子单元用于发出初始光束；所述高频调制子单元用于通过光混频技术对所述初始光束进行频率调制，发出至少两种不同频率的高频发射信号；所述差频子单元用于将任意两种不同频率的高频发射信号进行差频处理，发出至少一种低频发射信号；其中，至少一种所述高频发射信号和至少一种所述低频发射信号作为探测光信号，由所述光发射单元发出。进一步地，所述高频调制子单元包括频率合成器；所述频率合成器用于通过直接数字频率合成技术将预设的至少两个不同的高频率值加载到所述光源子单元发出的初始光束上，以形成至少两种不同频率的高频发射信号。进一步地，所述光源子单元包括低功率连续激光二极管。进一步地，所述光源子单元还包括准直透镜，所述低功率连续激光二极管与所述准直透镜沿光束的传播方向依次排列；所述准直透镜用于对所述低功率连续激光二极管发出的初始光束进行准直。第二方面，本技术实施例提供一种光信号检测模块，该光信号检测模块包括：接收单元和信号处理单元，所述接收单元与所述信号处理单元电连接；所述接收单元用于接收被目标物体反射的高频回波信号，并将所述高频回波信号转换为高频电信号，又将所述高频电信号与本振信号进行混频，得到差频测量信号；所述信号处理单元用于通过全相位快速傅里叶变换鉴相技术将所述差频信号与基准信号进行比较得到相位差，进而通过所述相位差获取所述目标物体的距离值。进一步地，所述接收单元包括光电探测器；所述光电探测器用于将所述高频回波信号由高频光信号转换为所述高频电信号，并将所述高频电信号与本振信号进行混频，得到所述差频测量信号。进一步地，所述接收单元还包括接收透镜和滤光片，所述接收透镜、所述滤光片和所述光电探测器沿光束的传播方向依次排列；所述接收透镜用于将所述回波信号聚焦到所述光电探测器；所述滤光片用于通过所述回波信号，滤除其他波长的干扰信号。进一步地，所述信号处理单元包括微弱信号的高速运算放大器、高速模数转换器和现场可编程门阵列；所述微弱信号的高速运算放大器的输入端与所述接收单元电连接，所述微弱信号的高速运算放大器的输出端与所述高速模数转换器的输入端电连接，所述高速模数转换器的输出端与所述现场可编程门阵列电连接；所述微弱信号的高速运算放大器用于通过数字式平均法和相关检测法将所述接收单元传输的信号放大；所述高速模数转换器用于将经所述微弱信号的高速运算放大器放大后的信号由模拟量信号转换为数字量信号；所述现场可编程门阵列用于通过全相位快速傅里叶变换鉴相技术将所述数字量信号与基准数字信号进行比较得到相位差，进而通过所述相位差获取所述目标物体的距离值。进一步地，该光信号检测模块还包括供电单元、微处理器单元和反馈调节单元；所述信号处理单元的受电端和所述微处理器单元的受电端分别与所述供电单元电连接，所述微处理器单元的第一控制端与所述信号处理单元电连接，所述微处理器单元的第二控制端通过所述反馈调节单元与所述接收单元电连接；所述供电单元用于向所述信号处理单元和所述微处理器单元供电；所述微处理器单元用于对所述光信号检测模块中的低频电信号进行控制处理，还用于通过所述反馈调节单元对施加到所述接收单元的电压进行调节，以使所述接收单元接收强度不同的所述回波信号。进一步地，该光信号检测模块还包括温度探测单元、高压探测单元和标准电压探测单元，所述温度探测单元的输出端、所述高压探测单元的输出端和所述标准电压探测单元的输出端分别与所述微处理器单元的输入端电连接；所述温度探测单元用于探测所述接收单元的温度值，所述高压探测单元用于探测所述接收单元的高压值，所述标准电压探测单元用于探测所述接收单元的标准电压值；所述微处理器单元还用于根据所述温度值、所述高压值或所述标准电压值对所述反馈调节单元的输出的电压进行调节。第三方面，本技术实施例提供了一种光学系统，该光学系统包括第一方面提供的光发射单元，也包括第二方面提供的光信号检测模块中的接收单元。进一步地，所述光发射单元与所述接收单元之间的光路布局包括：同轴系统、双发射单收系统、单发射单收系统或双发射双收系统。第四方面，本技术实施例还提供了一种激光雷达系统，该激光雷达系统包括第一方面提供的光发射单元，也包括第二方面提供的光信号检测模块。进一步地，该激光雷达系统还包括角度探测单元，所述角度探测单元与所述信号处理单元电连接；所述角度探测单元用于探测所述激光雷达系统旋转的角度值；所述信号处理单元还用于将所述距离值的变化量与所述角度值的变化量相关联。进一步地，所述激光雷达系统旋转的传动方式包括：有刷电机/滑环供电、有刷电机、无刷电机或无线供电。进一步地，该激光雷达系统还包括通信单元；所述通信单元与所述信号处理单元电连接；所述通信单元用于将所述信号处理单元得到的所述距离值、所述角度值以及所述距离值的变化量与所述角度值的变化量的关联关系中的至少一种传输给一信号接收单元。进一步地，所述通信单元的通信方式可包括：光通信、蓝牙通信或WIFI通信。本技术实施例提供了一种光发射单元，通过设置光源子单元用于发出初始光束，高频调制子单元用于通过光混频技术对初始光束进行调制，发出至少两种不同频率的高频发射信号，差频子单元用于将任意两种不同频率的高频发射信号进行差频处理，发出至少一种低频发射信号；其中，至少一种高频发射信号和至少一种低频发射信号作为探测光信号，由光发射单元发出。由此，通过光混频技术和差频技术对光源子单元发出的初始光束进行调制，缩短了调制光束所用的时间，从而提高了探测光信号的发射速度，从而提高了激光雷达系统的探测速度。解决了目前利用电学元件对光束进行调制导致的探测光信号发射速度慢，从而激光雷达系统的探测速度较慢的问题。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光发射单元，其特征在于，包括光源子单元、高频调制子单元和差频子单元；所述光源子单元用于发出初始光束；所述高频调制子单元用于通过光混频技术对所述初始光束进行频率调制，发出至少两种不同频率的高频发射信号；所述差频子单元用于将任意两种不同频率的高频发射信号进行差频处理，发出至少一种低频发射信号；其中，至少一种所述高频发射信号和至少一种所述低频发射信号作为探测光信号，由所述光发射单元发出。

【技术特征摘要】
1.一种光发射单元，其特征在于，包括光源子单元、高频调制子单元和差频子单元；所述光源子单元用于发出初始光束；所述高频调制子单元用于通过光混频技术对所述初始光束进行频率调制，发出至少两种不同频率的高频发射信号；所述差频子单元用于将任意两种不同频率的高频发射信号进行差频处理，发出至少一种低频发射信号；其中，至少一种所述高频发射信号和至少一种所述低频发射信号作为探测光信号，由所述光发射单元发出。2.根据权利要求1所述的光发射单元，其特征在于，所述高频调制子单元包括频率合成器；所述频率合成器用于通过直接数字频率合成技术将预设的至少两个不同的高频率值加载到所述光源子单元发出的初始光束上，以形成至少两种不同频率的高频发射信号。3.根据权利要求1所述的光发射单元，其特征在于，所述光源子单元包括低功率连续激光二极管。4.根据权利要求3所述的光发射单元，其特征在于，所述光源子单元还包括准直透镜，所述低功率连续激光二极管与所述准直透镜沿光束的传播方向依次排列；所述准直透镜用于对所述低功率连续激光二极管发出的初始光束进行准直。5.一种光信号检测模块，其特征在于，包括接收单元和信号处理单元，所述接收单元与所述信号处理单元电连接；所述接收单元用于接收被目标物体反射的高频回波信号，并将所述高频回波信号转换为高频电信号，又将所述高频电信号与本振信号进行混频，得到差频测量信号；所述信号处理单元用于通过全相位快速傅里叶变换鉴相技术将所述差频信号与基准信号进行比较得到相位差，进而通过所述相位差获取所述目标物体的距离值。6.根据权利要求5所述的光信号检测模块，其特征在于，所述接收单元包括光电探测器；所述光电探测器用于将所述高频回波信号由高频光信号转换为所述高频电信号，并将所述高频电信号与本振信号进行混频，得到所述差频测量信号。7.根据权利要求6所述的光信号检测模块，其特征在于，所述接收单元还包括接收透镜和滤光片，所述接收透镜、所述滤光片和所述光电探测器沿光束的传播方向依次排列；所述接收透镜用于将所述回波信号聚焦到所述光电探测器；所述滤光片用于通过所述回波信号，滤除其他波长的干扰信号。8.根据权利要求5所述的光信号检测模块，其特征在于，所述信号处理单元包括微弱信号的高速运算放大器、高速模数转换器和现场可编程门阵列；所述微弱信号的高速运算放大器的输入端与所述接收单元电连接，所述微弱信号的高速运算放大器的输出端与所述高速模数转换器的输入端电连接，所述高速模数转换器的输出端与所述现场可编程门阵列电连接；所述微弱信号的高速运算放大器用于通过数字式平均法和相关检测法将所述接收单元传输的信号放大；所述高速模数转换器用于将经所述微弱信号的高速运算放大器放大后的信号由模拟量信号转换为数字量信号；所述现场可编程门阵列...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小波，钟云飞，许军立，郑俊波，刘颖，李雄，张无忌，
申请(专利权)人：深圳市镭神智能系统有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44