光发射模块、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

一种光发射模块、光信号检测单元、光学系统和激光雷达系统。光发射模块包括：高频调制信号输出单元(10)，设置为输出预设的至少两个不同频率的高频调制信号；激光发射单元(20)，与高频调制信号输出单元(10)连接，设置为发射分别经至少两个不同频率的高频调制信号调制后的至少两个不同频率的激光光束；参考信号发射单元(30)，与高频调制信号输出单元(10)连接，设置为发射分别经至少两个不同频率的高频调制信号调制后的至少两个不同频率的参考信号。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光发射模块、光发射单元、光信号检测模块、光学系统和激光雷达系统本申请要求在2018年06月11日提交中国专利局、申请号为201810595306.4的中国专利申请的优先权，该申请的全部内容通过引用结合在本申请中。
本申请实施例涉及激光测距
，例如涉及一种光发射模块、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。但本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光发射模块，包括：/n高频调制信号输出单元，设置为输出预设的至少两个不同频率的高频调制信号；/n激光发射单元，与所述高频调制信号输出单元连接，设置为发射分别经所述至少两个不同频率的高频调制信号调制后的至少两个不同频率的激光光束；/n参考信号发射单元，与所述高频调制信号输出单元连接，设置为发射分别经所述至少两个不同频率的高频调制信号调制后的至少两个不同频率的参考信号。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20180611 CN 2018105953064一种光发射模块，包括：
高频调制信号输出单元，设置为输出预设的至少两个不同频率的高频调制信号；
激光发射单元，与所述高频调制信号输出单元连接，设置为发射分别经所述至少两个不同频率的高频调制信号调制后的至少两个不同频率的激光光束；
参考信号发射单元，与所述高频调制信号输出单元连接，设置为发射分别经所述至少两个不同频率的高频调制信号调制后的至少两个不同频率的参考信号。


根据权利要求1所述的光发射模块，其中，每个高频调制信号为一个主振信号；
所述高频调制信号输出单元还设置为输出至少两个不同频率的本振信号至信号接收单元，其中至少两个本振信号与至少两个主振信号一一对应，且每个本振信号与对应的主振信号相差预设频率。


根据权利要求2所述的光发射模块，其中，所述高频调制信号输出单元包括至少两个锁相环，每个锁相环设置为输出一个主振信号和与所述主振信号对应的本振信号。


根据权利要求1所述的光发射模块，其中，所述激光发射单元包括激光二极管。


根据权利要求4所述的光发射模块，其中，所述激光发射单元还包括准直透镜，所述激光二极管与所述准直透镜沿光束的传播方向依次排列，所述准直透镜设置为对所述激光二极管发出的激光光束进行准直。


根据权利要求2或3所述的光发射模块，其中，不同的主振信号的频率的差值在预设频率范围内。


根据权利要求1-6任一项所述的光发射模块，其中，所述至少两个不同频率的参考信号为至少两个不同频率的参考激光光束或者为至少两个不同频率的参考电信号。


一种光发射单元，包括光源子单元、高频调制子单元和差频子单元；
所述光源子单元设置为发出初始光束；
所述高频调制子单元设置为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；
所述差频子单元设置为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。


根据权利要求8所述的光发射单元，其中，所述高频调制子单元包括频率合成器；
所述频率合成器设置为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。


根据权利要求8或9所述的光发射单元，其中，所述光源子单元包括低功率连续激光二极管。


根据权利要求10所述的光发射单元，其中，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；
所述准直透镜设置为对所述低功率连续激光二极管发出的初始光束进行准直。


一种光信号检测模块，包括信号接收单元和信号处理单元，所述信号接收单元与所述信号处理单元电连接；
所述信号接收单元设置为接收第一参考信号、第二参考信号、第一高频回波信号和第二高频回波信号；其中，所述第一参考信号为经第一高频调制信号调制后的参考信号，所述第二参考信号为经第二高频调制信号调制后的参考信号；所述第一高频回波信号为第一激光光束被目标物体反射后的激光光束，所述第二高频回波信号为第二激光光束被所述目标物体反射后的激光光束；所述第一激光光束为经所述第一高频调制信号调制后的激光光束，所述第二激光光束为经所述第二高频调制信号调制后的激光光束；所述第一高频调制信号的频率大于所述第二高频调制信号的频率；
所述信号处理单元设置为：根据所述第一参考信号与所述第一高频回波信号之间的第一相位差获取所述目标物体的第一参考距离值；根据所述第一相位差与第二相位差获取所述目标物体的第二参考距离值，并根据所述第一参考距离值和所述第二参考距离值确定所述目标物体的测量距离值；其中，所述第二相位差为所述第二参考信号与所述第二高频回波信号之间的相位差。


根据权利要求12所述的光信号检测模块，其中，所述第一参考信号和所述第二参考信号分别为第一参考激光光束和第二参考激光光束，或者分别为第一参考电信号或者第二参考电信号。


根据权利要求13所述的光信号检测模块，其中，所述信号接收单元还设置为：接收第一本振信号；将所述第一高频回波信号转换为对应的电信号，将所述第一高频回波信号对应的电信号与所述第一本振信号进行混频，得到第一差频测量信号；将所述第一参考激光光束转换为对应的电信号并将所述第一参考激光光束对应的电信号与所述第一本振信号进行混频，或者将所述第一参考电信号与所述第一本振信号进行混频，得到第一差频参考信号；接收第二本振信号；将所述第二高频回波信号转换为对应的电信号，将所述第二高频回波信号对应的电信号与所述第二本振信号进行混频，得到第二差频测量信号；将所述第二参考激光光束转换为对应的电信号并将所述第二参考激光光束对应的电信号与所述第二本振信号进行混频，或者将所述第二参考电信号与所述第二本振信号进行混频，得到第二差频参考信号；其中，所述第一高频调制信号为第一主振信号，所述第二高频调制信号为第二主振信号，所述第一主振信号与所述第一本振信号的频率相差预设频率，所述第二主振信号与所述第二本振信号的频率相差所述预设频率；
所述信号处理单元是设置为通过如下方式根据所述第一参考信号与所述第一高频回波信号之间的第一相位差获取所述目标物体的第一参考距离值：将所述第一差频测量信号与所述第一差频参考信号进行比较得到第一相位差，根据所述第一相位差获取所述目标物体的第一参考距离值；
所述信号处理单元是设置为通过如下方式根据所述第一相位差与第二相位差获取所述目标物体的第二参考距离值：将所述第二差频测量信号与所述第二差频参考信号进行比较，得到第二相位差；计算所述第二相位差与所述第一相位差之间的第三相位差；根据所述第三相位差获取所述目标物体的第二参考距离值。


根据权利要求12、13或14所述的光信号检测模块，其中，所述信号接收单元包括光电探测器。


根据权利要求15所述的光信号检测模块，其中，所述信号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；
所述接收透镜设置为将所述第一高频回波信号和所述第二高频回波信号聚焦到所述光电探测器；
所述滤光片设置为通过所述所述第一高频回波信号和所述第二高频回波信号，滤除其他波长的干扰信号。
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【专利技术属性】
技术研发人员：胡小波，刘孙光，刘颖，
申请(专利权)人：深圳市镭神智能系统有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44