一种具有抗干扰功能的激光雷达系统及其控制方法技术方案

本申请涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种具有抗干扰功能的激光雷达系统及其控制方法，包括控制和信号处理模块，以及可调谐激光器，可调谐激光器发出的波长可调的激光；激光分束器，激光分束器能够产生一维(1

【技术实现步骤摘要】
一种具有抗干扰功能的激光雷达系统及其控制方法


[0001]本申请涉及激光探测
，尤其涉及一种具有抗干扰功能的激光雷达系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]自动驾驶的关键技术难点就是快速感知并重建周围环境，即使汽车在高速行驶时，也能无时延地获取周围目标的所有成像信息。激光雷达作为一种主动探测并成像的新型技术，可快速地获取汽车周围的三维点云数据，并迅速构建出周围环境的三维成像和距离信息，是自动驾驶领域的核心传感器之一。
[0003]激光雷达LiDAR(Light Detection And Ranging)是激光探测和测距系统的简称，采用激光器和光电探测器作为发射光源和探测接收单元，通过发射并接收激光光束探测目标的三维结构、空间位置、表面反射率、运动状态等信息。基于飞行时间法(Time Of Flight,TOF)激光雷达通过测量激光脉冲的飞行时间、分析回波信号进行目标信息的感知。飞行时间法激光雷达在实际工作中通常会面临同频信号的干扰，影响激光雷达的探测性能，干扰源包括自然光、照明光源、同频激光雷达、同频恶意干扰源。现有的TOF激光雷达通常采用单波长激光脉冲，波长不可进行调谐，激光雷达系统采用的抗干扰技术包括，有限脉冲编码、脉冲幅度调制、脉冲宽度调制、脉冲间隔调制等。
[0004]激光雷达系统通常采用单一波长的激光脉冲进行目标的感知，系统架构包括单一波长激光源、光学系统，光束偏转装置、探测器等组件。单一波长的TOF激光雷达采用的抗干扰技术包括有限脉冲编码、脉冲幅度调制、脉宽度调制、脉冲间隔调制等。有限脉冲编码技术和脉冲间隔调制技术在消除一部分干扰信号源的同时，会同时对激光雷达的扫描频率带来影响，增加激光雷达的设计复杂度和硬件成本。这两种技术的激光雷达系统也很容易被干扰源致盲。脉冲幅度调制通过提高激光脉冲的能量，进而增加回波信号的信噪比来达到抗干扰的效果，这种技术对自然光和照明光源的干扰有效果，对于同频激光雷达和恶意干扰源，效果不是很明显。脉冲宽度调制通过改变激光脉冲的脉冲形状，在回波信号处理时加入脉冲宽度门限鉴别实现抗干扰的作用，这种技术无法消除同频干扰源的影响，同时对激光雷达测距性能也有一定影响。
[0005]因此，这些抗干扰方案可以在一定程度上减弱干扰源的影响，但是难以应对复杂的使用场景，如存在同频激光雷达和恶意干扰源，其抗干扰效果较差。

技术实现思路

[0006]本专利技术要解决的技术问题是：现有的激光雷达抗干扰技术应用于复杂场景抗干扰效果较差。
[0007]为此，本专利技术提供一种具有抗干扰功能的激光雷达系统及其控制方法，便于提高复杂场景下的激光雷达抗干扰效果。
[0008]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0009]一种具有抗干扰功能的激光雷达系统，包括，
[0010]控制和信号处理模块，以及
[0011]可调谐激光器，所述可调谐激光器发出的波长可调的激光，所述激光发射波长由控制和信号处理模块控制；
[0012]激光分束器，所述激光分束器将一束激光分为多束激光，所述激光分束器能够产生一维(1
×
N)、二维(M
×
N)的分束光阵列；
[0013]发射光学系统，所述发射光学系统用于对激光脉冲进行准直、反射、扩束、消杂散光、发射光路物理隔离等操作；
[0014]光束偏转装置，所述光束偏转装置偏转激光分束器分化的多束激光的传播方向；
[0015]接收光学系统，所述接收光学系统用于对探测目标通过光束偏转装置后反射回来的激光脉冲进行处理；
[0016]可调谐滤光片，所述可调谐滤光片是一种电光可调谐带通滤光片，所述可调谐滤光片在控制和信号处理模块的控制下实现对接收光学系统发出的光的波长调整；
[0017]光电探测器，所述光电探测器用于激光脉冲回波信号的探测；
[0018]干扰探测装置，所述干扰探测装置用于监测干扰信号的波长和干扰信号的强度，把干扰源信息发送给控制和信号处理模块进行综合分析。
[0019]通过采用上述技术方案，采用波长可调的可调谐激光器作为光源，同时在接收光路上设置可调谐滤光片，增透激光发射波长的同时，滤除干扰光线，通过对干扰源波长的探测与分析，调整激光雷达系统的发射波长与可调谐带通滤光片的中心波长，实现激光雷达系统在复杂环境下的抗干扰设计。
[0020]进一步地，在所述可调谐激光器中设定最小波长λ0和最大波长λ
n
，所述可调谐激光器共有n个实际可调谐的波长，FWHM为激光脉冲半高宽，两倍的FWHM是可调谐激光器波长调谐的最小间距
△
λ。
[0021]进一步地，所述干扰探测器由多个探测单元构成，所述探测单元的数量与实际可调谐的波长的数量相同，每个所述探测单元包括光电探测器、微透镜、滤光片、隔光板，所述光电探测器用于光电探测，所述微透镜用于入射光线的聚焦，所述滤光片用于选择特定波长的光入射，所述隔光板用于隔离不同的探测单元。
[0022]进一步地，所述激光分束器能够产生多个等间距、等强度的激光光斑。
[0023]进一步地，还包括窗口片，所述窗口片设置在光束偏转装置与探测目标之间，所述窗口片为激光脉冲的出射窗口，所述可调谐激光器发出的可调谐范围内的光能够通过窗口片，所述窗口片过滤其他波长的光。
[0024]进一步地，所述发射光学系统和接收光学系统中均包括光阑，所述光阑限制光学视场，对光路进行物理隔离。
[0025]一种具有抗干扰功能的激光雷达系统的控制方法，包括以下步骤，
[0026]启动雷达，控制和信号处理模块对消停激光雷达系统进行安全检查；
[0027]对干扰探测装置进行配置，配置可调谐激光器，设定最佳激光发射波长进行激光雷达探测。
[0028]通过采用上述技术方案，基于干扰源波长的探测结果，选择可调谐激光器发射波长与可调谐带通滤光片的中心波长，实现激光雷达系统的抗干扰效果。
[0029]进一步地，所述干扰探测装置首先进行干扰信号探测，n个探测单元以分时轮询的方式对λ1，λ2，
…
，λ
n
，n个波长进行干扰强度探测，n个波长的轮询次序是任意的，轮询次数为M次，M为正整数，即λ1，λ2，
…
,λ
n
分时轮询一遍之后，会重复的进行下一遍的轮询，这样的轮询总共进行M次，第M次轮询时λ
i
的干扰强度计为I
mn
，M次轮询的总时间t
R
小于激光雷达一帧点云的形成时间t
F
，n个干扰波长中，第n个干扰信号M次轮询总的干扰强度为I
total
(n)，定义I
total(n)
中的最小者作为激光最佳发射波长λ
E
＝min(I
total(n)
)，进行激光脉冲发射，同时可调谐滤光片调谐至λ
E
对应的波长带通调谐中心波长。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有抗干扰功能的激光雷达系统，其特征在于，包括，控制和信号处理模块，以及可调谐激光器，所述可调谐激光器发出的波长可调的激光，所述激光发射波长由控制和信号处理模块控制；激光分束器，所述激光分束器将一束激光分为多束激光，所述激光分束器能够产生一维(1
×
N)、二维(M
×
N)的分束光阵列；发射光学系统，所述发射光学系统用于对激光脉冲进行准直、反射、扩束、消杂散光、发射光路物理隔离等操作；光束偏转装置，所述光束偏转装置偏转激光分束器分化的多束激光的传播方向；接收光学系统，所述接收光学系统用于对探测目标通过光束偏转装置后反射回来的激光脉冲进行处理；可调谐滤光片，所述可调谐滤光片是一种电光可调谐带通滤光片，所述可调谐滤光片在控制和信号处理模块的控制下实现对接收光学系统发出的光的波长调整；光电探测器，所述光电探测器用于激光脉冲回波信号的探测；干扰探测装置，所述干扰探测装置用于监测干扰信号的波长和干扰信号的强度，把干扰源信息发送给控制和信号处理模块进行综合分析。2.根据权利要求1所述的具有抗干扰功能的激光雷达系统，其他特征在于，在所述可调谐激光器中设定最小波长λ0和最大波长λ
n
，所述可调谐激光器共有n个实际可调谐的波长，FWHM为激光脉冲半高宽，两倍的FWHM是可调谐激光器波长调谐的最小间距
△
λ。3.根据权利要求1所述的具有抗干扰功能的激光雷达系统，其他特征在于，所述干扰探测器由多个探测单元构成，所述探测单元的数量与实际可调谐的波长的数量相同，每个所述探测单元包括光电探测器、微透镜、滤光片、隔光板，所述光电探测器用于光电探测，所述微透镜用于入射光线的聚焦，所述滤光片用于选择特定波长的光入射，所述隔光板用于隔离不同的探测单元。4.根据权利要求1所述的具有抗干扰功能的激光雷达系统，其他特征在于，所述激光分束器能够产生多个等间距、等强度的激光光斑。5.根据权利要求1所述的具有抗干扰功能的激光雷达系统，其他特征在于，还包括窗口片，所述窗口片设置在光束偏转装置与探测目标之间，所述窗口片为激光脉冲的出射窗口，所述可调谐激光器发出的可调谐范围内的光能够通过窗口片，所述窗口片过滤其他波长的光。6.根据权利要求3所述的具有抗干扰功能的激光雷达系统，其他特征在于，所述发射光学系统和接收光学系统中均包括光阑，所述光阑限制光学视场，对光路进行物理隔离。7.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向永，王茜茜，尹玲秀，
申请(专利权)人：常州星宇车灯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：