基于MOEMS扫描镜的激光测距方法及激光雷达系统技术方案

本发明专利技术公开了一种激光雷达系统，其原理为：激光器高重频发射激光，MOEMS二维微扫描镜高速扫描，激光照射MOEMS二维微扫描镜扫描激光覆盖整个发射视场，激光照射到目标后，回波由接收光学系统被面阵探测器探测，面阵探测器将总光学接收视场分割为与探测器规模相对应的子视场，阵列中的各个探测器分别对应接收视场中不同的子视场。控制系统的MOEMS驱动时序与面阵探测器选通输出相同步，在不同的扫描位置选通相对应的探测单元输出回波信号，其余单元关闭不输出，这样有效降低了需要处理的数据量，抑制了噪声。抑制了噪声。抑制了噪声。

【技术实现步骤摘要】
基于MOEMS扫描镜的激光测距方法及激光雷达系统


[0001]本专利技术涉及激光雷达领域，尤其涉及一种基于MOEMS扫描镜的激光测距方法及激光雷达系统。

技术介绍

[0002]激光雷达目前广泛应用在星载、机载、弹载、车载等各种平台上，以智能驾驶、无人机、机器人为代表的新兴人工智能领域对激光雷达提出了轻小型化、高帧频、远作用距离等需求。传统扫描体制激光雷达能够实现远的作用距离，但受限于体积庞大的扫描振镜或转镜光机结构往往无法实现小型化设计；非扫描闪光面阵激光雷达具有成像帧频高的优点，为满足面阵探测信噪比的需求，对激光器能量要求较高，导致在小型化方面存在问题，同时该体制激光雷达作用距离一般在几百米以内,图像分辨率也不高。以上描述的两种体制的激光雷达同样存在成本较高等问题,限制了激光雷达的广泛应用。

技术实现思路

[0003]鉴于目前存在的上述不足，本专利技术提供一种作用距离远、图像分辨率高、小型化的一种激光雷达技术，充分发挥MOEMS二维反射镜高精度、高速扫描的优势，并通过接收视场分割的做法解决了大视场背景噪声过大的技术难题。为机载、弹载、车载作用距离达到～km轻小型激光雷达提供了一种有效的解决方案。
[0004]为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：
[0005]一种激光测距方法，其特征在于：具体包括如下步骤：
[0006]S1：激光器发射激光，经过光束整形及扩束后照射到MOEMS二维反射镜上，测角传感器测量激光发射角度；
[0007]S2：MOEMS二维反射镜收到激光雷达控制器的控制实现X
‑
Y轴高速扫描；
[0008]S3：激光雷达采用M
×
N规模面阵探测器接收，将接收视场分割为M
×
N个子视场；
[0009]S4：面阵探测器各通道信号输出至激光雷达控制器；
[0010]S5：激光雷达控制器控制MOEMS二维反射镜扫描与控制面阵探测器通道选通输出同步。
[0011]S6：经过选通的探测器输出信号输入至激光雷达测时单元，完成飞行时间测量并转换为距离输出；
[0012]S7：距离数据与激光出射角度构成激光雷达距离图像；
[0013]在上述本专利技术的方法与系统中，所述步骤S5的同步控制方式为:激光发射视场与激光接收视场匹配,都被分割为M
×
N个子视场，面阵探测器可以开窗选通读出M
×
N单元内任意单元的信号。经MOEMS二维反射镜反射的出射激光扫描遍历M
×
N个子视场，面阵探测器与MOEMS二维反射镜扫描相同步地对应读出相应的像元的信号送入到激光雷达控制器，例如当发射激光处于第[A,B]子视场时,即选通读出探测器第[A,B]像元,不仅限于一一对应，也可进一步的扩大读出窗口，如以[A,B]为中心读出5个或9个像元，且不仅限于次。
[0014]优选的，在上述本专利技术的方法与系统中，所述步骤S1、S7中描述的使用测角信息是为提高激光雷达成像精度，也可不测量角度信号，利用二维反射镜的控制信号与测距距离联合成像，此时成像精度较低适合于一些对成像精度要求不高的应用中。
[0015]优选的，在上述本专利技术的方法与系统中，所述步骤S3中使用的光电探测器可以是雪崩光电二极管或单光子探测器等任意能够实现光电信号线性响应的装置。
[0016]优选的，在上述本专利技术的方法与系统中，所述步骤S3中光电探测器的规模M
×
N，大于1
×
1，不限于面阵器件也可以为线列器件。
[0017]优选的，在上述本专利技术的方法与系统中，所述步骤S5中控制面阵探测器通道选通是与MOEMS二维反射镜扫描同步的，即MOEMS二维反射镜反射发射激光的出射角度决定了面阵探测器读出选通的位置。同步并不仅限定于完全全部，为达到最佳的性能可以对探测器读出选通进行延时量微调。
[0018]优选的，在上述本专利技术的方法与系统中，所述步骤S6中将选通后的探测器信号而非全部输出至激光雷达测时单元，有效减少运算量。
[0019]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0020]一种激光雷达系统，其包括：
[0021]激光雷达控制器模块，为二维反射镜模块工作提供控制信号，为激光探测器模块输出信号进行读出选通控制，实现激光雷达测量数据的编排、缓存和发送；
[0022]MOEMS二维反射镜模块，根据输入的控制信号，驱动MOEMS二维反射镜实现二维扫描；
[0023]激光发射模块，接收触发信号，驱动激光器出光，实现激光发射主波信号探测；
[0024]接收探测器模块，接收回波光信号，并经过光电探测器转变为电信号，能够多通道输出回波电信号；
[0025]时间测量模块，以主波信号为起始，以选通输入的回波信号为结束信号，测量各通道的回波飞行时间，执行滤波算法，滤除噪声输出目标有效回波测时结果；
[0026]数据传输或显示模块，对距离、角度信息进行传输或显示等后续处理。
[0027]上述方案利用MOEMS二维反射镜实现对发射激光的扫描，激光回波信号采取了分视场的接收方案，从而有效避免了因视场过大而造成的回波信号湮没在噪声中无法探测的问题。另一方面，采取了探测器通道选通读出与MOEMS二维反射镜发射激光扫描相同步的做法，明显降低了激光雷达测时单元的运算量，降低了设计难度。为轻小型的MOEMS激光雷达提供了一种作用距离远、抑制噪声能力强的有效解决方案。
[0028]与现有技术相比，本专利技术的优点包括：
[0029]1、作用距离远：采取单点或线列扫描成像体制，作用距离相比于非扫描成像雷达，在作用距离上有明显优势。
[0030]2、实现成本低：该方法应用小规模面阵或线列探测器即可，相比于应用大面阵(128
×
128以上)探测器，成本相对较低。此外，采取激光发射和激光接收分离设计，系统设计难度低。
[0031]3、处理速度快：相比于把面阵探测器所用通道信号输入的时间测量单元，采取实时选通的方案能降低运算难度，提升计算效率，最终能够有效提升处理速度。
[0032]本专利技术实施的优点：基于MOEMS二维微精扫描和接收视场分割技术的激光雷达为
解决以上瓶颈提供了一条有效的解决途径。基于MOEMS的二维微镜高速扫描系统具有体积小、图像分辨率高等优点，同时扫描成像体制对激光器单脉冲能量的要求明显降低，激光器的体积也随之减小，为实现小型化和远作用距离提供了有利条件。而通过接收视场分割和面阵探测技术解决了大接收视场带来的背景噪声问题。基于MOEMS二维微精扫描和接收视场分割技术的激光雷达具有体积小、作用距离远、图像分辨率高以及成本低等多种优点，在人工智能领域会有广阔的前景。
附图说明
[0033]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光测距方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：S1：测距开始后，在全局时钟驱动下产生周期固定的半连续方波调制信号对发射激光光强进行调制；S2：经过目标表面反射的回波光信号被激光测距系统部分接收，并被光电探测器转换成电信号；S3：将电信号经过高通滤波后，输入到过零比较模块，得到多个翻转信号；S4：测量从测距开始到每个翻转信号间的时间差，并根据方波调制周期和翻转信号到来顺序校正每个时间差值；S5：由校正后的多个时间差值得到半连续调制信号飞行时间，并换算成目标距离值。2.根据权利要求1所述的激光测距方法，其特征在于，所述步骤S4的校正方式为:将翻转信号对应的时间差减去其序号与方波调制周期的乘积，第一个翻转信号的序号视为0，以此类推。3.根据权利要求1所述的激光测距方法，其特征在于，所述步骤S2中使用的光电探测器可以是雪崩光电二极管或普通光电二极管等任意能够实现光电信号线性响应的装置。4.根据权利要求1所述的激光测距方法，其特征在于，所述步骤S3中使用的高通滤波步骤，可以是无源滤波或有源滤波等任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：王海伟，
申请(专利权)人：英孚莱无锡智能传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：