一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达及探测方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达及探测方法，激光雷达包括发射端顺次设置的激光器、发射高速光开关和发射透镜，以及接收端顺次设置的探测器、接收高速光开关和接收透镜；发射高速光开关和接收高速光开关形成n个通道，使用时切换至同一通道；激光器产生探测光信号并传输至发射高速光开关，根据当前切换的通道从发射高速光开关的对应输出端口输出；回波信号传输至接收高速光开关后，根据当前切换的通道从接收高速光开关的对应输入端口传输至其输出端口，最终由探测器探测接收。本方案去除复杂的激光器阵列和探测器阵列，成本较低、组装工艺简单、生产效率高，避免了密集光源发热量较大的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达及探测方法
本专利技术属于激光探测
，更具体地，涉及一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达及探测方法。
技术介绍
根据扫描线数的区别，激光雷达可以分为单线激光雷达和多线激光雷达。其中，单线激光雷达只有一个探测光源出射，通过扫描机构的旋转实现光束在二维平面的扫描探测。单线激光雷达只能扫描二维平面内的点云数据，使用时存在不少的应用限制；如果想探测三维空间的点云数据，需要匹配增加另外一个维度的旋转机构，但此种三维点云探测的技术方案不能满足实时探测的要求，只能应用在静态目标的探测应用领域。基于上述原因，业界推出了多线激光雷达，将多个探测光源集合在一起，按照时序控制依次发光探测；并同时在旋转机构上旋转，实现实时的点云数据探测。目前的多线激光雷达，通常采用的是激光器阵列和探测器阵列组合实现的技术方案，通过时序控制每个激光器依次发光，再由对应的探测器进行脉冲信号的回波探测，实现多线激光雷达。然而，此种技术方案的劣势是激光器阵列和探测器阵列的数量过多，成本较为昂贵，且组装工艺复杂，生产效率低；同时，密集的光源封装阵列发热量比较大，对雷达整体散热的要求也比较高。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达及其探测方法，其目的在于通过在发射端和接收端设置高速光开关，采用单波长和单探测器实现多线激光雷达，由此解决传统采用激光器阵列和探测器阵列存在的成本高、组装复杂、发热量大等技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达，包括发射端顺次设置的激光器、发射高速光开关和发射透镜，以及接收端顺次设置的探测器、接收高速光开关和接收透镜；所述发射高速光开关和所述接收高速光开关形成光信号传输的n个通道，使用时所述发射高速光开关和所述接收高速光开关切换至同一通道；其中，所述发射高速光开关对应设有n个输出端口，作为激光雷达的n个次级光发射源；所述接收高速光开关对应设有n个输入端口；在发射端，所述激光器产生单波长的探测光信号并传输至所述发射高速光开关，根据当前切换的通道从所述发射高速光开关的对应输出端口输出，最终经所述发射透镜后准直输出，以便进行空间扫描探测；在接收端，回波信号经所述接收透镜后传输至所述接收高速光开关，根据当前切换的通道从所述接收高速光开关的对应输入端口传输至其输出端口，最终由所述探测器探测接收。优选地，还包括同步控制电路模块，所述同步控制电路模块分别与所述发射高速光开关和所述接收高速光开关连接，以便控制所述发射高速光开关和所述接收高速光开关切换至同一通道完成传输。优选地，所述发射高速光开关和所述发射透镜之间还设有发射插针阵列，以便通过发射插针将探测光信号传输至所述发射透镜；所述接收高速光开关和所述接收透镜之间还设有接收插针阵列，以便通过接收插针将回波信号传输至所述接收高速光开关；其中，所述发射插针阵列中发射插针的数量与所述接收插针阵列中接收插针的数量一致。优选地，所述发射插针阵列采用一维封装形式，具体如下：所述发射插针阵列中的多个发射插针呈一维方向排列，且整体安装在旋转平台上；其中，所述发射插针阵列发出一列光信号，通过所述旋转平台的旋转来实现二维平面的角度扫描探测。优选地，所述发射插针阵列通过基座安装在所述旋转平台上，所述基座的表面设有并行排列的多个V形固定槽，每个V形固定槽用于固定一个发射插针，使多个发射插针呈一维方向排列。优选地，所述发射插针阵列采用二维封装形式，具体如下：所述发射插针阵列中的多个发射插针呈二维平面排列，通过自身发出多列光信号实现二维平面的角度扫描探测。优选地，所述激光器具体为光纤激光器，所述光纤激光器直接通过光纤与所述发射高速光开关的输入端口相连接。优选地，所述激光器具体为半导体激光器，所述半导体激光器依次通过光学耦合系统和光纤与所述发射高速光开关的输入端口相连接；其中，所述光学耦合系统包括两个透镜，以便将所述半导体激光器的光能量先进行准直，再耦合进光纤，最终传输至所述发射高速光开关。第二方面，本专利技术提供了一种基于单波长和单探测器的探测方法，包括：通过同步控制电路模块将发射高速光开关和接收高速光开关同时切换至通道i，并利用激光器发出一个单波长的探测光信号；探测光信号通过所述发射高速光开关中对应通道i的输出端口输出，最终经所述发射透镜后准直输出，以便进行空间扫描探测；回波信号经接收透镜接收后，通过所述接收高速光开关中对应通道i的输入端口传输至其输出端口，最终传输至探测器；当所述探测器接收到回波信号后，将发射高速光开关和接收高速光开关同时切换至下一通道i+1，并利用激光器发出下一个探测光信号。优选地，如果所述探测器未接收到回波信号，则进一步判断探测光信号的飞行时间是否已经超过重复频率对应的时间周期；如果没有超过则继续等待；如果已超过则将发射高速光开关和接收高速光开关同时切换至下一通道i+1，并利用激光器发出下一个探测光信号；其中，当当前通道数大于所述发射高速光开关的最大通道数n时，激光雷达开始下一个周期的探测工作。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术提供了一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达，发射端引入发射高速光开关，单波长发射的探测光信号通过发射高速光开关输出，发射高速光开关的多个输出端口可作为光信号的多个二级发射端，经发射透镜准直往外传输，实现多线探测光源；接收端也采用高速光开关进行接收，多个输入端口作为光信号的接收端，可匹配发送端的切换序号进行对应端口的切换接收。该设计去除复杂的激光器阵列和探测器阵列结构，成本较低、组装工艺简单、生产效率高，而且避免了密集光源发热量较大的问题，对雷达整体散热的要求较低。附图说明图1是本专利技术实施例提供的一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种一维封装形式的发射插针阵列示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种二维封装形式的发射插针阵列示意图；图4是本专利技术实施例提供的另一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达的结构示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种将探测通道在三维空间排列的示意图；图6是本专利技术实施例提供的一种基于单波长和单探测器的探测流程图；图7是本专利技术实施例提供的一种从通道1切换到通道n的完整多线探测流程图；图8是本专利技术实施例提供的一种针对发射通道i的接收通道匹配流程图；图9是本专利技术实施例提供的另一种基于单波长和单探测器的探测流程图；图10是本专利技术实施例提供的一种光斑中心的检测与调整流程图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达，其特征在于，包括发射端顺次设置的激光器、发射高速光开关和发射透镜，以及接收端顺次设置的探测器、接收高速光开关和接收透镜；/n所述发射高速光开关和所述接收高速光开关形成光信号传输的n个通道，使用时所述发射高速光开关和所述接收高速光开关切换至同一通道；其中，所述发射高速光开关对应设有n个输出端口，作为激光雷达的n个次级光发射源；所述接收高速光开关对应设有n个输入端口；/n在发射端，所述激光器产生单波长的探测光信号并传输至所述发射高速光开关，根据当前切换的通道从所述发射高速光开关的对应输出端口输出，最终经所述发射透镜后准直输出，以便进行空间扫描探测；/n在接收端，回波信号经所述接收透镜后传输至所述接收高速光开关，根据当前切换的通道从所述接收高速光开关的对应输入端口传输至其输出端口，最终由所述探测器探测接收。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于单波长和单探测器的多线激光雷达，其特征在于，包括发射端顺次设置的激光器、发射高速光开关和发射透镜，以及接收端顺次设置的探测器、接收高速光开关和接收透镜；
所述发射高速光开关和所述接收高速光开关形成光信号传输的n个通道，使用时所述发射高速光开关和所述接收高速光开关切换至同一通道；其中，所述发射高速光开关对应设有n个输出端口，作为激光雷达的n个次级光发射源；所述接收高速光开关对应设有n个输入端口；
在发射端，所述激光器产生单波长的探测光信号并传输至所述发射高速光开关，根据当前切换的通道从所述发射高速光开关的对应输出端口输出，最终经所述发射透镜后准直输出，以便进行空间扫描探测；
在接收端，回波信号经所述接收透镜后传输至所述接收高速光开关，根据当前切换的通道从所述接收高速光开关的对应输入端口传输至其输出端口，最终由所述探测器探测接收。


2.如权利要求1所述的基于单波长和单探测器的多线激光雷达，其特征在于，还包括同步控制电路模块，所述同步控制电路模块分别与所述发射高速光开关和所述接收高速光开关连接，以便控制所述发射高速光开关和所述接收高速光开关切换至同一通道完成传输。


3.如权利要求1所述的基于单波长和单探测器的多线激光雷达，其特征在于，所述发射高速光开关和所述发射透镜之间还设有发射插针阵列，以便通过发射插针将探测光信号传输至所述发射透镜；
所述接收高速光开关和所述接收透镜之间还设有接收插针阵列，以便通过接收插针将回波信号传输至所述接收高速光开关；
其中，所述发射插针阵列中发射插针的数量与所述接收插针阵列中接收插针的数量一致。


4.如权利要求3所述的基于单波长和单探测器的多线激光雷达，其特征在于，所述发射插针阵列采用一维封装形式或二维封装形式；
当采用一维封装形式时，所述发射插针阵列中的多个发射插针呈一维方向排列，且整体安装在旋转平台上；其中，所述发射插针阵列发出一列光信号，通过所述旋转平台的旋转来实现二维平面的角度扫描探测；
当采用二维封装形式时，所述发射插针阵列中的多个发射插针呈二维平面排列，通过自身发出多列光信号实现二维平面的角度扫描探测。


5.如权利要求1-4任一所述的基于单波长和单探测器的多线激光雷达，其特征在于，所述激光器具体为光纤激光器，所述光纤激光器直接通过光纤与所述发射高速光开关的输入端口相连接。


6.如权利要求1-4任一所述的基于单波长和单探测器的多线激光雷达，其特征在于，所述激光器具体为半导体激光器，所述半导体激光器依次通过光学耦合系统和光纤与所述发射高速光开关...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁志林，张石，李亚锋，
申请(专利权)人：深圳煜炜光学科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44