光发射模块、光信号检测模块、光学系统和激光雷达系统技术方案

本文公开了一种光发射模块、光信号检测模块、光学系统和激光雷达系统。此光发射模块包括：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；其中，激光发射单元包括激光器，所述激光器包括种子源和光纤放大器，所述光纤放大器用于将种子源发射的光信号放大。

【技术实现步骤摘要】
光发射模块、光信号检测模块、光学系统和激光雷达系统
本申请实施例涉及激光测距
，例如涉及一种光发射模块、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。然而，现有的相位法激光雷达方案主要是利用双发射来实现信号的对比，发射器的稳定性相比接收器来说比较低，双发射导致整个系统的稳定性都会受到一定的影响。
技术实现思路
本申请提供一种光发射模块、光信号检测模块、光学系统和激光雷达系统，以高稳定性实现对目标物体的进行高探测精度，大探测量程的距离测量。第一方面，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；其中，激光发射单元包括激光器，所述激光器包括种子源和光纤放大器，所述光纤放大器用于将所述种子源发射的光信号放大。第二方面，一种光信号检测模块，包括：回波信号接收单元，设置为接收第一高频回波信号和第二高频回波信号，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；参考信号接收单元，设置为接收第一参考信号和第二参考信号，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；信号处理单元，同时与所述回波信号接收单元和参考信号接收单元电连接；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。第三方面，一种光学系统，包括：上述的光信号检测模块，以及与所述光信号检测模块连接的光发射模块；所述光发射模块包括高频调制信号输出单元和激光发射单元，所述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；所述激光发射单元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；所述至少两个不同频率的激光光束一部分射出去被目标物体反射并被所述回波信号接收单元接收；所述两个不同频率的激光光束的另一部分作为参考信号直接被所述参考信号接收单元接收；其中，激光发射单元包括激光器，所述激光器包括种子源和光纤放大器，所述光纤放大器用于将种子源发射的光信号放大。第四方面，一种激光雷达系统，包括上述的光学系统本申请实施例提供的光发射模块，采用包括种子源和光纤放大器的激光器，使得发射功率大大提高；提供的光信号检测模块，采用了回波信号接收单元和参考信号接收单元的双接收方案，因为接收器的稳定性大于发射器，因此使得应用此光信号检测模块的光学系统及激光雷达系统稳定性大大提高。另外，通过至少两个高频调制信号对发射的激光进行调制，这样可以兼顾测量精度和测程。附图说明图1是本申请实施例提供的一种光发射模块的结构示意图；图2是本申请实施例提供的一种频率合成器的工作原理示意图；图3是本申请实施例提供的一种激光发射单元的结构示意图；图4是本申请实施例提供的一种光信号检测模块的结构示意图；图5是本申请实施例提供的一种差频鉴相技术原理示意图；图6是本申请实施例提供的一种数字鉴相技术的流程示意图；图7是本申请实施例提供的一种激光发射单元和信号接收单元的结构示意图；图8是本申请实施例提供的一种光学系统的结构框图；图9是本申请实施例提供的一种激光雷达的硬件原理示意图；图10是本申请实施例提供的一种激光雷达系统的工作流程示意图；图11是本申请实施例提供的一种激光雷达系统的算法流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本申请进行说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。本申请实施例提供的光发射模块和光信号检测模块可应用于激光雷达系统，下文中将结合应用场景对光发射模块和光信号检测模块进行说明。图1是一实施例提供的一种光发射模块的结构示意图。参见图1，该光发射模块包括：高频调制信号输出单元10、激光发射单元20。在一实施例中，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。在一实施例中，每个高频调制信号为一个主振高频调制信号；高频调制信号输出单元10还设置为输出至少两个不同频率的本振高频调制信号，其中至少两个本振高频调制信号与至少两个主振高频调制信号一一对应，且每个本振高频调制信号与对应的主振高频调制信号相差预设频率。在一实施例中，高频调制信号输出单元10包括至少两组锁相环，每组锁相环至少包括两个锁相环，至少两组锁相环分别设置为输出一个主振高频调制信号和与所述主振高频调制信号对应的本振高频调制信号。在一实施例中，不同的主振高频调制信号的频率的差值的绝对值在预设频率范围内。例如预设频率范围为0～100MHz。在一实施例中，高频调制信号输出单元10包括两组锁相环路，每组锁相环路包括四个锁相环路，其中一组锁相环路中的每一个锁相环路可输出一个主振高频调制信号，另一组锁相环路中的每一个锁相环路可输出一个本振高频调制信号。因此至少两组锁相环路可输出至少四组不同频率的高频调制信号。锁相环路是一种反馈控制电路，简称锁相环(PLL，Phase-LockedLoop)。本实施例中，一组高频调制信号包括一个主振高频调制信号和与该主振高频调制信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光发射模块，其特征在于，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其中，激光发射单元包括激光器，所述激光器包括种子源和光纤放大器，所述光纤放大器用于将所述种子源发射的光信号放大。/n

【技术特征摘要】
1.一种光发射模块，其特征在于，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；
其中，激光发射单元包括激光器，所述激光器包括种子源和光纤放大器，所述光纤放大器用于将所述种子源发射的光信号放大。


2.根据权利要求1所述的光发射模块，其特征在于，所述激光器发射出的激光光束的波长为1550nm波段或者2000nm波段。


3.根据权利要求2所述的光发射模块，其特征在于，所述光纤放大器为掺铒光纤放大器或者掺铥光纤放大器。


4.根据权利要求1所述的光发射模块，其特征在于，每个高频调制信号为一个主振高频信号；
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高频信号至信号接收单元，其中至少两个本振高频信号与至少两个主振高频信号一一对应，且每个本振高频信号与对应的主振高频信号相差预设频率。


5.根据权利要求4所述的光发射模块，其特征在于，所述高频调制信号输出单元包括至少两组锁相环，每组锁相环分别设置为输出一个主振高频信号和与所述主振高频信号对应的本振高频信号。


6.一种光信号检测模块，其特征在于，包括：
回波信号接收单元，设置为接收第一高频回波信号和第二高频回波信号，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；
参考信号接收单元，设置为接收第一参考信号和第二参考信号，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；
信号处理单元，同时与所述回波信号接收单元和参考信号接收单元电连接；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。


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。


8.根据权利要求6所述的光信号检测模块，其特征在于，所述第一参考信号为第一参考激光光束；所述第二参考信号为第二参考激光光束；所述回波信号接收单元和所述参考信号接收单元还设置为：接收第一本振高频调制信号；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高频调制信号进行混频，得到第一差频测距信号；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高频调制信号进行混频，或者将所述第一参考电信号与所述第一本振高频调制信号进行混频，得到第一差频参考信号；接收第二本振高频调制信号；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡小波，刘孙光，刘尚贤，
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