激光雷达系统及激光雷达控制方法技术方案

本发明专利技术公开了一种激光雷达系统及激光雷达控制方法，该系统包括：激光器以及至少一个探测单元；在每个探测单元中，环形器用于从环形器的第一端口接收出射激光，并将出射激光从环形器的第二端口输出；分光处理模块用于将出射激光分成本振光和发射光，将发射光发射至扫描模块，并将本振光发射至环形器的第二端口；扫描模块用于将发射光发射至目标物体，并接收经目标物体后返回的接收光；分束模块用于对接收光以及本振光进行分束处理，输出第一光信号和第二光信号；平衡探测器用于对第一光信号和第二光信号进行平衡接收，探测目标物体的相关信息。该方案保证了本振光和接收光的主偏振方向相同，且采用平衡接收方式，有效地抑制了共模噪声。模噪声。模噪声。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达系统及激光雷达控制方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，具体涉及一种激光雷达系统及激光雷达控制方法。

技术介绍

[0002]调频连续波(frequency
‑
modulated continuous
‑
wave，FMCW)激光雷达将调频连续波测距与激光探测技术相结合，具有测距范围大、距离分辨率高、可进行多普勒测速、有利于片上集成等优点，具有同时探测目标物体的距离和速度的能力。其中，FMCW激光雷达的基本原理为：通过对连续波光源进行三角波线性调频，并将光源输出分为本振光与发射光，发射光经过空间传播到目标物体的表面并发生反射、散射，一部分反射光和散射光被激光雷达接收成为接收光。接收光和本振光再进行混频和相干接收。由于接收光和本振光频率不同，因此混频得到的差频信号的频率为两者的频率差。由于是线性调频，两者的频率差与发射光和接收光的空间来回传播时间成正比，因此通过测量差频信号的频率就可以计算出目标物体的距离。此外，如果目标物体具有径向速度，则上扫频和下扫频得到的差频信号频率不同，通过计算两者之差就可以求解出目标物体的径向速度。图1示出了FMCW激光雷达的基本原理示意图，图1包含了上、中、下3个部分的图，在上部分的图中，实线为发射光频率波形，虚线为接收光频率波形，T为调制周期，B为频率带宽；在中部分的图中，Δf
r
＝f
if
‑
f
d
，Δf
f
＝f
if
+f
d/>，其中，f
if
表示接收光频率与发射光频率之间由目标距离导致的的频率差，f
d
表示由目标速度导致的多普勒频移。
[0003]由于FMCW激光雷达是通过两束光相干涉得到差频信号的原理，而两束光的偏振关系对相干效果有很大影响，当两束光的主偏振方向相同(即平行)时相干效果最好，差频信号的功率最大；反之，当两束光的主偏振方向相交(即垂直)时相干效果最差，差频信号的功率最小。因此，在FMCW激光雷达中需要尽量保证本振光和接收光的主偏振方向相同。如何使系统获得较佳的相干效果成为了亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]鉴于上述问题，提出了本专利技术以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的激光雷达系统及激光雷达控制方法。
[0005]根据本专利技术的一个方面，提供了一种激光雷达系统，该系统包括：用于发射激光的激光器以及至少一个探测单元；每个探测单元包括：
[0006]环形器，用于从环形器的第一端口接收出射激光，并将出射激光从环形器的第二端口输出；
[0007]分光处理模块，设置于环形器之后，用于将出射激光分成本振光和发射光，将发射光发射至扫描模块，并将本振光发射至环形器的第二端口；
[0008]扫描模块，用于将发射光发射至目标物体，并接收经目标物体后返回的接收光；
[0009]分束模块，用于对接收光以及从环形器的第三端口输出的本振光进行分束处理，
输出第一光信号和第二光信号；
[0010]平衡探测器，用于对第一光信号和第二光信号进行平衡接收，根据平衡接收结果探测目标物体的相关信息。
[0011]进一步地，分光处理模块包括：部分反射镜和隔离器；
[0012]部分反射镜用于对出射激光中的部分光信号进行反射作为本振光，将其他部分光信号作为发射光继续发射至隔离器；
[0013]隔离器设置于部分反射镜和扫描模块之间，用于使发射光由部分反射镜单向传输至扫描模块。
[0014]进一步地，分光处理模块还包括：准直器，用于对从环形器的第二端口输出的出射激光以及部分反射镜反射回的本振光进行准直处理。
[0015]进一步地，分束模块包括：分束棱镜和反射镜；
[0016]分束棱镜用于对接收光以及本振光进行分束处理，得到第一光信号和第二光信号，并将第一光信号传输至平衡探测器；
[0017]反射镜用于改变第二光信号的传输方向，以将第二光信号传输至平衡探测器。
[0018]进一步地，分束棱镜的分光比为50％。
[0019]进一步地，该系统还包括：光放大器，用于对激光器发射的激光进行放大处理。
[0020]进一步地，当系统包括多个探测单元时，系统还包括：分束器；
[0021]分束器设置于激光器与多个探测单元之间，用于将激光器发射的激光分成多个出射激光，以供多个探测单元探测多个区域中的目标物体。
[0022]进一步地，环形器为保偏环形器。
[0023]根据本专利技术的另一方面，提供了一种激光雷达控制方法，该方法应用于上述的激光雷达系统，该方法包括：
[0024]将出射激光分成本振光和发射光；
[0025]将发射光发射至目标物体，并接收经目标物体后返回的接收光；
[0026]对接收光以及本振光进行分束处理，输出第一光信号和第二光信号；
[0027]对第一光信号和第二光信号进行平衡接收，根据平衡接收结果探测目标物体的相关信息。
[0028]进一步地，将出射激光分成本振光和发射光进一步包括：
[0029]通过部分反射镜对出射激光中的部分光信号进行反射作为本振光，将其他部分光信号作为发射光，并通过隔离器使发射光单向传输。
[0030]进一步地，在将出射激光分成本振光和发射光之后，该方法还包括：
[0031]对本振光和发射光进行准直处理。
[0032]进一步地，对接收光以及本振光进行分束处理，输出第一光信号和第二光信号进一步包括：
[0033]通过分束棱镜对接收光以及本振光进行分束处理，得到第一光信号和第二光信号，并通过反射镜改变第二光信号的传输方向。
[0034]进一步地，该方法通过多个探测单元对多个区域中的目标物体进行探测。
[0035]根据本专利技术提供的技术方案，能够便捷地保证本振光和接收光的主偏振方向相同，无需使用偏振分集系统的双倍接收链路，有效地降低了整体FMCW激光雷达系统的成本；
而且采用平衡接收方式，提高了光信号的有效利用率，具有较佳的相干效果，能够有效抑制共模噪声，提高差频信号的信噪比，极大地提升了FMCW激光雷达系统的探测性能。
[0036]上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够更清楚了解本专利技术的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本专利技术的具体实施方式。
附图说明
[0037]通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0038]图1示出了FMCW激光雷达的基本原理示意图；
[0039]图2示出了根据本专利技术实施例一的激光雷达系统的架构框图；
[0040]图3示本文档来自技高网...

【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，所述系统包括：用于发射激光的激光器以及至少一个探测单元；每个探测单元包括：环形器，用于从所述环形器的第一端口接收出射激光，并将所述出射激光从所述环形器的第二端口输出；分光处理模块，设置于所述环形器之后，用于将所述出射激光分成本振光和发射光，将所述发射光发射至扫描模块，并将所述本振光发射至所述环形器的第二端口；扫描模块，用于将所述发射光发射至目标物体，并接收经所述目标物体后返回的接收光；分束模块，用于对所述接收光以及从所述环形器的第三端口输出的本振光进行分束处理，输出第一光信号和第二光信号；平衡探测器，用于对所述第一光信号和所述第二光信号进行平衡接收，根据平衡接收结果探测所述目标物体的相关信息。2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分光处理模块包括：部分反射镜和隔离器；所述部分反射镜用于对所述出射激光中的部分光信号进行反射作为本振光，将其他部分光信号作为发射光继续发射至所述隔离器；所述隔离器设置于所述部分反射镜和所述扫描模块之间，用于使所述发射光由所述部分反射镜单向传输至所述扫描模块。3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述分光处理模块还包括：准直器，用于对从所述环形器的第二端口输出的所述出射激光以及所述部分反射镜反射回的本振光进行准直处理。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的系统，其特征在于，所述分束模块包括：分束棱镜和反射镜；所述分束棱镜用于对所述接收光以及所述本振光进行分束处理，得到第一光信号和第二光信号，并将所述第一光信号传输至所述平衡探测器；所述反射镜用于改变所述第二光信号的传输方向，以将所述第二光信号传输至所述平衡探测器。5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述分束棱镜的分光比为50％。6.根据权利要求1
‑
5任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括：光放大器...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛犇，汪敬，颜世佳，
申请(专利权)人：深圳市速腾聚创科技有限公司，
类型：发明
国别省市：