一种低成本高分辨率的激光雷达制造技术

本发明专利技术提供了一种低成本高分辨率的激光雷达，通过独立控制VCSEL发射点阵，实现分辨率的动态控制，并降低对于接收器的要求，从而降低系统成本。VCSEL通常由数百甚至上千个发射点组成，并且较为先进的VCSEL可以实现对于点阵的独立控制。基于此，VCSEL可以根据需求，将整个发射阵面分为N1×

A low cost and high resolution lidar

【技术实现步骤摘要】
一种低成本高分辨率的激光雷达


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，特别地涉及一种低成本高分辨率的激光雷达。

技术介绍

[0002]激光雷达通常发射905nm或1050nm波长的激光，利用雪崩光电二极管或CMOS进行接收，通过计算其时间(TOF)判断探测物体的距离。激光雷达因其突出的角度，速度，距离分辨率在自动驾驶以及空间建模领域都得到了广泛的研究与应用。
[0003]然而，当使用光电二极管阵列作为接收感知时，现有方案往往使用单个发射器作为信号发射部分，使得最终系统分辨率等于接收器阵列分别率，而只能通过增加接收器感知阵列个数来提高系统分辨率。但雪崩二极管阵列探测器往往成本较高，且分辨率提高十分有限，还会大大增加接收信号数量，增大信号处理难度。

技术实现思路

[0004]针对上述现有技术中的问题，本申请提出了一种低成本高分辨率的激光雷达，包括:发射阵列、形成透镜的多个超材料元件，所述阵列被配置为发射雷达距离频率电磁波；激励器，被配置为激励超材料元件，以便产生用亚波长尺寸的照明照射目标的电磁波；以及控制部件，其被配置为控制透镜的焦点。
[0005]优选地，控制透镜的焦点的控制部件还被配置为使用时间延迟来控制透镜的焦点。
[0006]优选地，所述刺激器选自近场探头，端口，天线或其组合。
[0007]优选地，控制部件选自可调谐谐振部件和可调谐谐振子电路。
[0008]优选地，电磁波的频率小于约1MHz。
[0009]上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到本专利技术的目的。
[0010]本专利技术提供的一种低成本高分辨率的激光雷达，与现有技术相比，至少具备有以下有益效果：
[0011]1.动态控制探测分辨率，提高雷达探测效率。雷达信号处理复杂度与信号分辨率成正相关，如果雷达分辨率远高于场景需求，则容易造成处理复杂度较高，从而造成浪费，相反，如果雷达分辨率无法达到场景需求，也无法使用。而本方案通过动态控制雷达分辨率能够提高雷达系统计算效率，减少计算浪费，同时满足不同场景的分辨率要求。
[0012]2.降低系统成本，最大化分辨率。在激光雷达系统中，接收器价格往往高于VCSEL价格，为了达到需要的分辨率，通常采用较为昂贵的接收器。而此方案在发射端完成了分辨率的提升，大幅降低了雷达系统的成本。此外，基于技术方案中的最终分辨率计算公式，可以根据VCSEL与接收器的成本，合理选择其数量，从而最大化系统分辨率，提升性价比。
附图说明
[0013]在下文中将基于实施例并参考附图来对本专利技术进行更详细的描述。其中：
[0014]图1显示了本专利技术的激光雷达基本原理示意图；
[0015]图2显示了本专利技术的垂直腔面发射激光器示意图；
[0016]图3显示了本专利技术的雷达系统分辨率计算示意图。
具体实施方式
[0017]下面将结合附图对本专利技术作进一步说明。
[0018]如图1所示，本专利技术可以包括至少一个执行以下操作的部件或电路。远场调节用于优化天线阵列和RF前端之间的功率传递，控制天线阵列的方向，波束宽度，带宽，中心频率，调制，斜视，极化，前后比等特征以优化远场的接收和发射。
[0019]如上所述，前端级用于将接收到的RF频率组合，同步和转换为能够更容易地由数字信号处理器(DSP)和/或其它模拟和数字电路处理的较低频率的信号。
[0020]近场和远场处理指的是本领域技术人员众所周知的模拟或数字信号处理。
[0021]因为当远场和近场都用于产生物体的图像时分辨率被最大化，所以必须产生合成信号。复合信号是近场和远场特征的组合，导致最大分辨率。
[0022]在一个实施例中，复合信号是从多个信号样本中产生的。最可能的是，与传统的雷达成像器(例如，SNOM应用)一样，需要一个扫描系统，或者经由两个或多个天线的等效扫描系统。
[0023]获得改进的雷达分辨率的另一种方法是部分地重叠发射和接收阵列的天线方向图，如图1所示，以这种方式，提高了分辨率，但是以功率为代价。相对于发射阵列焦点扫描接收阵列焦点(或峰值增益)类似于在某些类型的光学传感器中用于提高图像分辨率的技术。该方法的附加好处是以闭环方式优化阵列的焦点。
[0024]在另一个实施例中，可以使用“超透镜”样的系统，其中仅从一个样品而不是通过扫描产生复合信号。通过使用所提出的新技术，可以创建不受标准超透镜几何形状要求的超透镜(例如，通过近场探头或端口进行感测，并通过软件生成合成图像)。
[0025]由于操作和环境因素(例如温度，湿度等)导致的温度，振动和电路变化，可能希望实现控制环路以确保超材料和常规阵列都具有所需的特性。例如，控制环路可以确保超材料滤波器以发射信号为中心，并且滤波器拒绝返回的远场。
[0026]在一些实施例中，本专利技术还可以包括与超材料发射阵列通信的电路，并且在一些情况下与贴片天线通信或其它天线阵列。该电路设计为调节/组合/控制阵列级调节/组合/控制阵列级是用于检测来自近场探头，高阻抗探头或其它类型的接触探头的近场信号的电路。它也可用于使用近场探针来激励超材料元件。此外，调节/组合/控制阵列级可用于通过使用端口或探针或单独的贴片或其它天线阵列来操纵超材料阵列的主波束的角度，波束宽度，带宽，中心频率，调制，斜视，偏振，焦点以进行接收或发射。它可以向贴片或其它天线阵列提供适当的信号。它可以通过使用调谐元件来控制超材料滤波器的中心频率，带宽和/或可能的阶数，所述调谐元件例如是变容二极管，回转仪，PIN二极管开关元件，负载/阻抗牵引，可饱和磁体，调制/频率控制，或其它可调谐谐振器部件或子电路，或它们的组合。并且，其可用于优化感测/刺激阵列与控制电路之间的功率传递。
[0027]在一些实施例中，本专利技术可用于改进的金属穿透雷达。从赫兹(Hz)到几MHz的电磁频率有效地穿透金属。
[0028]而且，在一些实施例中，本专利技术可用于杂波抑制。远场返回在衍射时产生近场波和远场波。具有尺寸小于入射波波长的特征的岩石，土壤变化和其它掩埋物体位于所需感兴趣的物体(或区域)和雷达系统之间，将噪声添加到任何雷达回波中。这些远场分量对于常规的探地雷达(GPR)将表现为杂波噪声。
[0029]然而，远场返回的这些噪声分量类似于由超材料产生的返回。通过将具有已知电磁特性的超材料元件(例如谐振器)放置在要成像的物体附近，返回噪声被更好地定义，从而允许从远场返回中减去返回噪声的大部分。在减去噪声后，可以对远场返回进行处理，从而提高感兴趣物体的成像分辨率。这些远场分量对于常规的探地雷达(GPR)将表现为杂波噪声。
[0030]在一些实施例中，杂波噪声可以通过用用于控制衍射效应的亚波长大小的谐振器“种子”地来抑制。谐振器可分散在待成像物体上或其附近的地面中。谐振器优选地被优化以使得能够检测从物体反射的回波，其中回波包括小于入射波长的物体的尺寸信息。
[0031]通过在播种开始时确定种子位置并检测它们本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低成本高分辨率的激光雷达，其特征在于，包括:发射阵列、形成透镜的多个超材料元件，所述阵列被配置为发射雷达距离频率电磁波；激励器，被配置为激励超材料元件，以便产生用亚波长尺寸的照明照射目标的电磁波；以及控制部件，其被配置为控制透镜的焦点。2.根据权利要求1所述的低成本高分辨率的激光雷达，其特征在于，控制透镜的焦点的控制部件还被配置为使用...

【专利技术属性】
技术研发人员：李雨晗，江钧屹，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：