激光雷达光谱分析仪制造技术

公开了一种探测目标的激光雷达系统和方法。该激光雷达系统包括光电探测器、光谱分析仪和处理器。光电探测器响应于光电探测器接收到反射光束而产生电信号，反射光束是啁啾信号从目标的反射。电信号的带宽与啁啾信号的带宽相同。频谱分析仪包括：功率分配器，将电信号分入多个通道；模数转换器，将选定通道内的电信号从模拟信号转换成数字信号；以及梳状滤波器，将选定通道的输出从功率分配器提供给模数转换器。处理器根据选定通道中的数字信号确定目标的参数。

Lidar spectrum analyzer

【技术实现步骤摘要】
激光雷达光谱分析仪相关申请的交叉引用本申请要求2018年10月5日提交的第62/741,692号美国临时申请的权益，其内容通过引用全部并入本文。
本公开涉及用于探测目标的系统和方法，尤其涉及包括信号放大器的激光雷达系统设计。
技术介绍
车载激光雷达系统可以使用带有激光器的光子芯片。激光从光子芯片发射并被目标反射出去。使用反射光束和本地振荡器光束来确定发射光和反射光之间的差异，以便确定目标的各种参数，例如其距离、方位角、仰角和速度。为了确定这些参数，通常以扫过频率带宽的“啁啾”信号的形式对发射光束进行频率调制。然后使用频谱分析仪来分析接收到的信号。随着带宽的增加，合适的频谱分析仪的成本增加，且其能量效率降低。因此，期望以较低的成本分析啁啾信号的频谱，且能量损失降低。
技术实现思路
在一个示例性实施例中，公开了一种探测目标的方法。该方法包括：响应于在光电探测器处接收到反射光束而在光电探测器处产生电信号，该反射光束是啁啾信号从目标的反射，其中电信号的带宽与啁啾信号的带宽相同；将电信号划分入多个通道；在模数转换器处将选定通道内的电信号从模拟信号转换成数字信号；以及在处理器处根据选定通道内的数字信号确定目标的参数。除了本文描述的一个或多个特征之外，多个通道中的每个通道具有通道带宽，其中组合的通道带宽跨越电信号的带宽。该方法还包括向至少两个梳状滤波器提供多个通道。在各种实施例中，通道按顺序分配在至少两个梳状滤波器之间。在一个实施例中，其中两个梳状滤波器中的至少一个包括多个输出，每个输出与各自的通道相关联，该方法还包括将来自选定通道的每个输出耦合到与选定通道相关联的模数转换器，并通过输出将选定通道内的电信号提供给其相关联的模数转换器。该方法还包括在每个模数转换器处生成数字通道信号，将数字通道信号组合，以及根据组合的数字通道信号确定目标的参数。与选定通道相关联的模数转换器配置成在选定通道的带宽上操作。在另一示例性实施例中，公开了一种激光雷达系统。该激光雷达系统包括光电探测器、光谱分析仪和处理器。光电探测器配置成响应于在光电探测器处接收到反射光束而产生电信号，该反射光束是啁啾信号从目标的反射，电信号的带宽与啁啾信号的带宽相同。频谱分析仪包括：功率分配器，配置成将电信号划分入多个通道；模数转换器，配置成将选定通道内的电信号从模拟信号转换为数字信号；以及梳状滤波器，配置成将功率分配器的选定通道的输出提供给模数转换器。处理器配置成根据选定通道中的数字信号来确定目标的参数。除了本文描述的一个或多个特征之外，多个通道中的每个通道具有通道带宽，并且通道带宽组合起来跨越电信号的带宽。光电探测器是产生啁啾信号的光子芯片的部件。功率分配器按顺序在至少两个梳状滤波器之间分配通道。在一个实施例中，其中至少两个梳状滤波器中的至少一个包括多个输出，每个输出与各自的通道相关联并耦合到相关联的模数转换器，该输出配置成将选定通道内的电信号提供给其相关联的模数转换器。多个模数转换器生成多个数字信号，并且处理器还配置成将多个数字信号组合，并且根据组合的多个数字信号确定目标的参数。与选定通道相关联的模数转换器配置成在选定通道的带宽上操作。在又一示例性实施例中，公开了一种激光雷达系统。该激光雷达系统包括光子芯片、光电探测器、光谱分析仪和处理器。光子芯片配置成产生啁啾信号并接收反射光束，该反射光束是啁啾信号从目标的反射，啁啾信号具有相关联的带宽。光电探测器配置成响应于接收到反射光束而产生电信号，电信号的带宽与啁啾信号的带宽相同。频谱分析仪包括：功率分配器，配置成将电信号划分入多个通道；模数转换器，配置成将选定通道内的电信号从模拟信号转换为数字信号；以及梳状滤波器，配置成将功率分配器的选定通道的输出提供给模数转换器。处理器配置成根据选定通道中的数字信号来确定目标的参数。除了本文描述的一个或多个特征之外，多个通道中的每个通道具有通道带宽，并且通道带宽组合起来跨越电信号的带宽。功率分配器按顺序在至少两个梳状滤波器之间分配通道。在一个实施例中，其中至少两个梳状滤波器中的至少一个包括多个输出，每个输出与各自的通道相关联并耦合到相关联的模数转换器，该输出配置成将选定通道内的电信号提供给其相关联的模数转换器。多个模数转换器生成多个数字信号，并且处理器还配置成将多个数字信号组合，并且根据组合的多个数字信号确定目标的参数。与选定通道相关联的模数转换器配置成在选定通道的带宽上操作。通过以下结合附图进行的详细描述，本公开的上述特征和优点以及其他特征和优点是显而易见的。附图说明其他特征、优点和细节仅通过示例的方式出现在以下详细描述中，该详细描述参考附图，其中：图1示出了适合使用激光雷达系统的车辆的平面图；图2示出了适用于图1的车辆的示例性激光雷达系统的详图；图3示出了图2的激光雷达系统的侧视图；图4示出了可以代替图2的光子芯片供激光雷达系统使用的替代光子芯片；图5示出了可以代替图2的光子芯片使用的另一替代光子芯片；图6示出了锥形分布式布拉格反射(DBR)激光二极管；图7示出了实施例中的主振荡器功率放大器(MOPA)的细节；图8示出了使用集成双I&QMach-Zehnder调制器(MZM)的光学移频器；图9示出了替代实施例中的光学移频器；图10示出了供图2的激光雷达系统使用的自由空间光学器件和MEMS扫描器的替代配置；图11示出了供图2的激光雷达系统使用的自由空间光学器件和MEMS扫描器的替代配置；以及图12示出了激光雷达系统的频谱分析仪。具体实施方式以下描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本公开、其应用或用途。应当理解，在所有附图中，相应的附图标记表示相似或相应的部件和特征。根据示例性实施例，图1示出了适合使用图2的激光雷达系统200的车辆100的平面图。激光雷达系统200产生朝向目标110发射的发射光束102。目标110可以是车辆100外部的任何目标，例如，另一车辆、行人、电线杆等。由于目标110和发射光束102的相互作用而产生的反射光束104在激光雷达系统200处被接收回。处理器106控制激光雷达系统200的各种操作，例如，控制激光雷达系统200的光源等。处理器106还从激光雷达系统200接收与发射光束102和反射光束104之间的差异相关的数据，并根据该数据确定目标110的各种参数。各种参数可以包括目标110的距离或感测距离、方位位置、仰角、目标的多普勒(速度)等。车辆100还可以包括导航系统108，导航系统108使用这些参数来相对于目标110导航车辆100，以避免与目标110接触。虽然对车辆100进行了讨论，但是在各种实施例中，激光雷达系统200可以供其他装置使用，包括底盘控制系统和用于崎岖道路的对车辆的预警或预处理。图2示出了适用于图1的车辆的示例性激光雷达系统200的详细图示。激光雷达系统200包括集成平台240和各种附加组件，集成平台240可以是硅平台。光子芯片202、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种探测目标的方法，包括：/n响应于在光电探测器处接收到反射光束而在所述光电探测器处产生电信号，所述反射光束是啁啾信号从所述目标的反射，其中所述电信号的带宽与所述啁啾信号的带宽相同；/n将所述电信号分入多个通道；/n在模数转换器处，将选定通道内的电信号从模拟信号转换成数字信号；以及/n在处理器处，根据所述选定通道中的所述数字信号确定所述目标的参数。/n

【技术特征摘要】
20181005 US 62/741,692;20190925 US 16/582,4341.一种探测目标的方法，包括：
响应于在光电探测器处接收到反射光束而在所述光电探测器处产生电信号，所述反射光束是啁啾信号从所述目标的反射，其中所述电信号的带宽与所述啁啾信号的带宽相同；
将所述电信号分入多个通道；
在模数转换器处，将选定通道内的电信号从模拟信号转换成数字信号；以及
在处理器处，根据所述选定通道中的所述数字信号确定所述目标的参数。


2.根据权利要求1所述的方法，其中所述多个通道中的每个通道具有通道带宽，其中所述通道带宽组合起来跨越所述电信号的带宽。


3.根据权利要求1所述的方法，还包括在至少两个梳状滤波器上按顺序分配所述多个通道。


4.根据权利要求3所述的方法，其中所述至少两个梳状滤波器中的至少一个包括多个输出，每个输出与相应的通道相关联，还包括将来自选定通道的输出耦合到与所述选定通道相关联的模数转换器，并且经由所述输出将所述选定通道内的所述电信号提供给其相关联的模数转换器。


5.根据权利要求4所述的方法，还包括在每个模数转换器处生成数字通道信号，将所述数字通道信号组合，以及根据所述组合的数字通道信号确定所述目标的参数。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：T·J·塔尔迪，M·马尔奎恩，J·C·李，
申请(专利权)人：通用汽车环球科技运作有限责任公司，
类型：发明
国别省市：美国;US