激光雷达系统技术方案

提供了一种激光雷达系统，激光雷达系统包括：光发射单元阵列、光接收单元阵列、光扫描单元和处理器。光扫描单元至少包含具有至少两个镜面、围绕第一轴线在第一维度上运动的多边形柱状镜部件，其中多边形柱状镜部件内部能容纳以第一轴线为中心的具有最大体积的虚拟正多边形棱柱体，多边形柱状镜部件的任一镜面分别和其与虚拟正多边形棱柱体的对应面在两个不同的方向上形成第一偏角和第二偏角，多边形柱状镜部件的至少两个镜面的第一偏角和第二偏角中的至少一种偏角的预定偏角规律不相同。角中的至少一种偏角的预定偏角规律不相同。角中的至少一种偏角的预定偏角规律不相同。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达系统


[0001]本申请涉及激光雷达领域，且更具体地涉及一种多偏角扫描激光雷达系统。

技术介绍

[0002]激光雷达(Lidar)是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。
[0003]激光雷达通常基于飞行时间(Time of flight，TOF)来进行测距，通过在一发射方向上向外界的场景发射激光脉冲，接收激光脉冲从外界场景中的物体反射产生的回波。通过测量回波的延时，能够计算出在该发射方向上物体与激光雷达之间的距离。通过动态地调整激光的出射方向，能够测量不同方位的物体与激光雷达的距离信息，从而实现对三维空间的建模。
[0004]在激光雷达中，如何实现对激光雷达激光出射方向的动态调整，影响到系统能够探测到的空间范围(视场)、获得的空间信息的细密程度(分辨率)、抗干扰能力等等。
[0005]激光雷达系统包括发射、扫描、和接收。一般的激光雷达系统包含有通过相互垂直的2个转轴完成的对目标场景两个维度(水平和垂直)的扫描。在发射或接收的单元数目有限的情况下，为了获得足够扫描空间密度的数据(足够小的角分辨率)，其中一个维度的扫描速度或频率需要远大于其它一维的扫描速度或频率。这种情况，在扫描器件使用到机械部件的情况下，严重地增加了激光雷达系统的难度、价格、和体积。

技术实现思路

[0006]根据本专利技术提出的技术方案可以改善激光雷达系统的结构、成本、和复杂度和空间扫描密度的关系。
[0007]根据本专利技术的一个方面，提供一种设备，用机械上容易实现、却不增加体积或旋转速度的多边形柱状镜的第一偏角或第二偏角，利用与柱状镜相互配合的对多发射单元的控制，极大地增加了对目标场景第二个维度的扫描的密度。
[0008]本专利技术的另外一个方面，提供一种设备，进一步控制发射光特性变化规律，以达到在保障甚至提高系统抗噪光干扰、却又不增加系统角度探测能力的情况下，可以提高或调整发射频率以增加对第一维度特定范围的扫描密度。本专利技术可以改善激光雷达系统的结构、成本、和复杂度和空间扫描密度的关系。
[0009]根据本公开的实施例，提供了一种激光雷达系统，其特征在于，激光雷达系统包括：光发射单元阵列，包括至少两个光发射单元，每个光发射单元各自独立地根据发射光的信息向目标场景发出发射光；光接收单元阵列，包括至少一个光接收单元，接收所述发射光从目标场景反射后并最终到达所述至少一个光接收单元的接收光；光扫描单元，至少包含具有至少两个镜面、围绕第一轴线在第一维度上运动的多边形柱状镜部件，其中所述多边形柱状镜部件内部能容纳以第一轴线为中心的具有最大体积的虚拟正多边形棱柱体，所述多边形柱状镜部件的任一镜面分别和其与所述虚拟正多边形棱柱体的对应面在两个不同
的方向上形成第一偏角和第二偏角，所述多边形柱状镜部件的至少两个镜面的所述第一偏角和第二偏角中的至少一种偏角的预定偏角规律不相同，其中，所述光扫描单元在运动时形成包括第一方向分量和第二方向分量的扫描角度，所述扫描角度用于描述所述发射光扫向目标场景的目标和所述接收光从目标场景的目标返回中的至少一个，并且所述光扫描单元包含用于获取光扫描单元的信息的探测部件；所述激光雷达系统还包括：处理器，根据所述发射光的信息、所述光扫描单元的信息、以及接收光的信息来确定对目标场景中的目标的扫描角度和扫描距离中的至少之一来确定目标的位置。
[0010]在一些实施例中，发射光的信息至少可以包含和光扫描单元的至少3个扫描角度的变化规律相关的信息。
[0011]在一些实施例中，激光雷达还可以存储有预先实际扫描轨迹信息。激光雷达系统根据预先实际扫描轨迹信息、发射光的信息、光扫描单元的信息、以及接收光的信息来确定对目标场景中的目标的扫描角度和扫描距离中的至少之一来确定目标的位置。
[0012]在一些实施例中，多边形柱状镜部件的任一镜面分别和其与虚拟正多边形棱柱体的对应面在不同方向上形成第一偏角和第二偏角包括：多边形柱状镜部件的任一镜面的法线在与第一轴线垂直面内的投影与其虚拟正棱柱体相对应的面的夹角的余角为第一偏角，任一镜面的法线与第一轴线的夹角的余角为第二偏角。
[0013]在一些实施例中，多边形柱状镜部件的各个镜面分别和其与虚拟正多边形棱柱体的对应面形成各偏角，其中，其预定偏角规律不相同的各偏角是各偏角中最小的非零偏角的整数倍。
[0014]在一些实施例中，多边形柱状镜部件的各个镜面分别和其与虚拟正多边形棱柱体的对应面形成各偏角，其中，至少一对不同的偏角之间的偏角差值与另一对不同的偏角之间的偏角差值相同。
[0015]在一些实施例中，多边形柱状镜部件的各个镜面分别和其与虚拟正多边形棱柱体的对应面形成各偏角，对于第一方向或第二方向，其预定偏角规律不相同的各偏角都小于或等于至少具有两个不同发射角度的两个光发射单元的发射角度之间的发射夹角的十倍；或者，对于第一方向或第二方向，其预定偏角规律不相同的各偏角都大于或等于任意具有两个不同发射角度的两个光发射单元的发射角度之间的发射夹角。
[0016]在一些实施例中，多边形柱状镜部件的各个镜面对目标场景的目标的扫描角度中至少80％是相同的。
[0017]在一些实施例中，多边形柱状镜部件的至少一个镜面相对于多边形柱状镜部件的第一轴线在与第一维度不同的第二维度上运动；或多边形柱状镜部件的第一轴线相对于第二方向在与第一维度不同的第二维度上运动。
[0018]在一些实施例中，在第二维度上运动是通过围绕第一轴线运动经过无电机的部件运动转换来获得。
[0019]在一些实施例中，发射光的信息包括发射光的发射位置、发射时间、以及用于控制发射光的光特性的预设光特性变化规律中的至少一个；以及，接收光的信息包括接收光的接收位置、接收时间、探测到的接收光的特性变化规律、以及接收光的光特性中的至少一种。
[0020]在一些实施例中，处理器在预设光特性变化测量时间内，根据探测发射光经由至
少三个不同的扫描角度形成的接收光的信息来确定接收光的特性变化规律。
[0021]在一些实施例中，接收光的特性变化规律包括，每次发射至少两个光脉冲的时间间隔或脉冲宽度随时间按预设特性变化周期线性递增，或每次发射至少两个光脉冲的时间间隔或脉冲宽度随时间按预设三角函数变化；并且，在预设特性变化周期内，至少包括激光雷达系统用三个不同的扫描角度，做时序上连续的至少三次扫描。
[0022]在一些实施例中，发射光的信息中的光特性包括：强度、波长、偏振性、波形、光斑的尺寸、光斑的形状、空间光强分布、多脉冲间隔、脉冲宽度、上升沿宽度以及下降沿宽度中的至少之一。
[0023]在一些实施例中，在完成对目标场景全部扫描的预设时间内，至少有3次同一个发射单元的对应于不同扫描角度的发射光的发射时间之间的间隔小于光来回系统最大量程的飞行时间。
[0024]在一些实施例中，至少有2个光发射单元同时发出发射光经过多边形柱状镜部件发射向目标场景。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统包括：光发射单元阵列，包括至少两个光发射单元，每个光发射单元各自独立地根据发射光的信息向目标场景发出发射光；光接收单元阵列，包括至少一个光接收单元，接收所述发射光从目标场景反射后并最终到达所述至少一个光接收单元的接收光；光扫描单元，至少包含具有至少两个镜面、围绕第一轴线在第一维度上运动的多边形柱状镜部件，其中所述多边形柱状镜部件内部能容纳以第一轴线为中心的具有最大体积的虚拟正多边形棱柱体，所述多边形柱状镜部件的任一镜面分别和其与所述虚拟正多边形棱柱体的对应面在两个不同的方向上形成第一偏角和第二偏角，所述多边形柱状镜部件的至少两个镜面的所述第一偏角和第二偏角中的至少一种偏角的预定偏角规律不相同，其中，所述光扫描单元在运动时形成包括第一方向分量和第二方向分量的扫描角度，所述扫描角度用于描述所述发射光扫向目标场景的目标和所述接收光从目标场景的目标返回中的至少一个，并且所述光扫描单元包含用于获取光扫描单元的信息的探测部件；所述激光雷达系统还包括：处理器，根据所述发射光的信息、所述光扫描单元的信息、以及接收光的信息来确定对目标场景中的目标的扫描角度和扫描距离中的至少之一来确定目标的位置。2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射光的信息至少包含和至少3个扫描角度的变化规律相关的信息。3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达还存储有预先实际扫描轨迹信息，所述激光雷达系统根据所述预先实际扫描轨迹信息、所述发射光的信息、所述光扫描单元的信息、以及接收光的信息来确定对目标场景中的目标的扫描角度和扫描距离中的至少之一来确定目标的位置。4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述多边形柱状镜部件的任一镜面的法线在与第一轴线垂直面内的投影与其所述虚拟正棱柱体相对应的面的夹角的余角为所述第一偏角，任一镜面的法线与第一轴线的夹角的余角为所述第二偏角。5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述多边形柱状镜部件的各个镜面分别和其与所述虚拟正多边形棱柱体的对应面形成各偏角，其中，其预定偏角规律不相同的各偏角是各偏角中最小的非零偏角的整数倍；或者，其中，至少一对不同的偏角之间的偏角差值与另一对不同的偏角之间的偏角差值相同。6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述多边形柱状镜部件的各个镜面分别和其与所述虚拟正多边形棱柱体的对应面形成各偏角，对于第一方向或第二方向，其预定偏角规律不相同的各偏角都小于或等于至少具有两个不同发射角度的两个光发射单元的发射角度之间的发射夹角的十倍；或者，对于第一方向或第二方向，其预定偏角规律不相同的各偏角都大于或等于任意具有两个不同发射角度的两个光发射单元的发射角度之间的发射夹角。
7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述多边形柱状镜部件的各个镜面对目标场景的目标的扫描角度中至少80％是相同的。8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述多边形柱状镜部件的至少一个镜面相对于所述多边形柱状镜部件的第一轴线在与第一维度不同的第二维度上运动；或所述多边形柱状镜部件的第一轴线相对于第二方向在与第一维度不同的第二维度上运动。9.根据权利要求8所述的激光雷达系统，其特征在于，在所述第二维度上运动是通过围绕所述第一轴线运动经过无电机的部件运动转换来获得。10.根据权利要求1
‑
3中的任一项所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射光的信息包括所述发射光的发射位置、发射时间、以及用于控制所述发射光的光特性的预设光特性变化规律中的至少一种；以及，所述接收光的信息包括所述接收光的接收位置、接收时间、探测到的接收光的特性变化规律、以及所述接收光的光特性中的至少一种。11.根据权利要求10所述的激光雷达系统，其特征在于，所述处理器在预设光特性变化测量时间内，根据探测发射光经由至少三个不同的扫描角度形成的接收光的信息来确定所述接收光的特性变化规律。12.根据权利要求11所述的激光雷达系统，其特征在于，所述接收光的特性变化规律包括，每次发射至少两个光脉冲的时间间隔或脉冲宽度随时间按预设特性变化周期线性递增，或每次发射至少两个光脉冲的时间间隔或脉冲宽度随时间按预设三角函数变化；并且，在所述预设特性变化周期内，至少包括所述激光雷达系统用三个不同的扫描角度，做时序上连续的至少三次扫描。13.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射光的信息中的光特性包括：强度、波长、偏振性、波形、光斑的尺寸、光斑的形状、空间光强分布、多脉冲间隔、脉冲宽度、上升沿宽度以及下降沿宽度中的至少之一。14.根据权利要求13所述的激光雷达系统，其特征在于，在完成对目标场景全部扫描的预设时间内，至少有3次同一个发射单元的对应于不同所述扫描角度的发射光的发射时间之间的间隔小...

【专利技术属性】
技术研发人员：请求不公布姓名，
申请(专利权)人：睿镞科技北京有限责任公司，
类型：发明
国别省市：