[發明專利]一種陣列發射單元接收的無掃描三維激光探測裝置及方法

有效

• 申請號: 201410309045.7
• 申請日: 2014-07-01
• 公開（公告）號: CN104035097A
• 公開（公告）日: 2014-09-10
• 發明（設計）人: 杜鵬飛;鞏馬理
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 李相雨

1.一種陣列發射單元接收的無掃描三維激光探測裝置，其特征在于，包括：二維陣列激光源、單元激光探測器、系統控制器、調制器和解調器；

所述系統控制器、所述調制器、所述二維陣列激光源依序通信連接，所述單元激光探測器、所述解調器、所述系統控制器依序通信連接，所述調制器和所述解調器通信連接；

所述系統控制器控制所述調制器產生激光脈沖驅動序列傳送至所述二維陣列激光源和所述解調器，所述二維陣列激光源按所述調制器產生的激光脈沖驅動序列產生相應的調制激光脈沖向目標區域照射；

所述單元激光探測器接收目標區域反射的激光脈沖回波轉換并產生電信號脈沖序列，所述解調器對所述單元激光探測器產生的電信號脈沖序列解調識別并處理后輸出至所述系統控制器，所述系統控制器控制輸出距離數值矩陣。

2.如權利要求1所述的無掃描三維激光探測裝置，其特征在于，所述激光脈沖驅動序列是正交化處理的精確頻率調制激光脈沖驅動序列、正交化處理的脈沖間隔調制激光脈沖驅動序列、正交化處理的脈沖編碼調制激光脈沖驅動序列中的任意一種。

3.如權利要求1所述的無掃描三維激光探測裝置，其特征在于，所述二維陣列激光源是m×n個激光發射單元，所述m×n個激光發射單元包含m個不同的水平方位角和n個不同的俯仰角；

所述二維陣列激光發射單元各自獨立接受調制器驅動，發出互相正交的激光脈沖序列。

4.如權利要求1所述的無掃描三維激光探測裝置，其特征在于，所述單元激光探測器是高靈敏度APD探測器或單光子探測器件中的任意一種。

5.如權利要求1所述的無掃描三維激光探測裝置，其特征在于，所述解調器是以可編程器件為核心的解調電路板，所述可編程器件是可編程邏輯門陣列FPGA、數字信號處理器DSP中的任意一種。

6.如權利要求1所述的無掃描三維激光探測裝置，其特征在于，所述可編程邏輯門陣列FPGA包括：信道總線、多個延遲線解碼模塊和多工器；

所述信道總線、所述多個延遲線解碼模塊和所述多工器依序通信連接；

所述電信號脈沖序列沿所述信道總線實時送入所述多個延遲線解碼模塊，所述延遲線解碼模塊處理后發送高電平至所述多工器，所述多工器根據所述延遲解碼模塊的具體地址，輸出帶有標記當前脈沖所屬方位信息的脈沖序列。

7.一種應用權利要求1-6任意一項所述無掃描三維激光探測裝置的無掃描三維激光探測方法，其特征在于，包括如下步驟：

調制器產生激光脈沖驅動序列傳送至所述二維陣列激光源和所述解調器；

二維陣列激光源向目標區域發射激光脈沖調制序列；

單元激光探測器接收目標區域反射的激光脈沖回波；

轉換激光脈沖回波并混合產生固定脈寬的電信號脈沖序列；

解調并分離電信號脈沖序列，輸出帶有標記當前脈沖方位信息的脈沖序列；

將帶有標記當前脈沖方位信息序列轉換成距離數值矩陣。

8.如權利要求7所述的無掃描三維激光探測方法，其特征在于，所述解調并分離電信號脈沖序列，輸出帶有標記當前脈沖方位信息序列的步驟是采用可編程延遲線組成的獨立模塊進行并行識別解碼運算，步驟具體包括：

將電信號脈沖序列沿著信道總線實時送入負責各方位角獨立解調的多個延遲線解碼模塊；

延遲線解碼模塊根據預先設定的調制信息形成多個隊列，并在末端混合，若有符合該方位角區域的調制信號出現，則發送高電平至多工器；

多工器根據延遲線解碼模塊的具體地址，輸出帶有標記的當前脈沖所屬方位信息的脈沖序列。

9.如權利要求7所述的無掃描三維激光探測方法，其特征在于，所述解調并分離電信號脈沖序列，輸出帶有標記當前脈沖方位信息序列的步驟是針對電信號采集緩存數據進行識別解碼運算，具體步驟包括：

將電信號脈沖序列實時送入采集數據緩存器；

調用調制信號與緩存的信號序列作相關運算；

根據調制信號各脈沖的方位信息和相關運算的結果，輸出帶有標記的當前脈沖所屬方位信息序列。

10.如權利要求7所述的無掃描三維激光探測方法，其特征在于，所述將帶有標記當前脈沖方位信息序列轉換成距離數值矩陣的步驟是基于調制解調信號的時間飛行法，步驟具體包括：

根據當前解調信號脈沖序列的標記，調取相應的調制信號序列；

計算出位于當前解調信號脈沖之前且緊鄰的調制信號脈沖與當前解調信號脈沖的時間差；

按照時間飛行法將時間差轉換為距離值；

將距離值作為第a幀距離數值矩陣中第m行，第n列的元素進行保存；

重復上述步驟，直至獲取來自多個方位角的完整距離數據。