[發明專利]一種激光雷達裝置及探測方法

在審

• 申請號: 201611141590.5
• 申請日: 2016-12-12
• 公開（公告）號: CN106842232A
• 公開（公告）日: 2017-06-13
• 發明（設計）人: 羅毅;熊兵;郝智彪
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S17/89
• 分類號: G01S17/89;G01S7/481
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司11250
• 代理人: 張建綱

技術領域

本發明涉及激光雷達技術，尤其涉及激光雷達裝置及探測方法。

背景技術

激光雷達(LIDAR，Light Detection And Ranging)可以被調制成激光脈沖作為探測信號，通過測量物體反射光信號時間測量特定方位角的目標距離。圖1是現有技術中激光雷達的結構示意圖。如圖1所示，激光雷達通常包括激光發射光學部件101、回波信號接收光學部件102、控制部件103。其中，激光發射光學部件101將啟動激光光源，產生特定方向的激光；照射到目標對象后產生反射的回波信號；回波信號接收光學部件102接收反射的回波信號；控制部件103對接收到的回波信號進行處理，提取有用的信息并處理。

現有技術中，激光雷達有機械掃描激光雷達和閃光激光雷達(Flash LIDAR)兩類。機械激光雷達是通過機械轉動方式同時改變激光光束的反射方向和探測器的空間探測角度，在目標空間上進行掃描，測量相應方向的目標對象的距離和光反射強度，實現對周圍空間物體的動態位置和狀態感知。但機械激光雷達是通過機械轉動方式進行掃描，比如馬達，存在著速度慢、體積大、不穩定、可靠性差等缺點。

而閃光激光雷達不采用機械式的，而是利用脈沖激光束對目標對象進行泛光照射。圖2是現有技術中閃光激光雷達的結構示意圖，包括激光發射光學部件201、回波信號接收光學部件202、控制部件203。其中，激光發射光學部件201至少包括發射激光器2011和擴束透鏡2012。工作時，發射激光器2011產生激光光源，激光經過擴束透鏡2012生成一個大空間角分布的激光泛光光源，直接照射并覆蓋該大空間角的目標對象。同樣，回波信號接收光學部件202接收反射的回波信號；控制部件203對接收到的回波信號進行處理。與機械掃描激光雷達相比，閃光激光雷達直接將大空間角激光光束照射在目標空間中，無需利用機械轉動進行掃描，克服了速度慢、體積大等一系列缺陷。但是，閃光激光雷達產生的是激光泛光光源，可探測的距離比較短，一般為幾米到幾十米的。因為可探測距離與反射回波信號的強度相關，而反射回波信號的強度通常決定于發射功率及發射信號的衰減程度等因素。正是由于閃光激光雷達是泛光照射，在大空間角內呈連續分布，因此信號衰減嚴重。以空間角60°為例，閃光激光雷達泛光照射到100米遠距離時，一平方厘米的單位面積上獲得的光功率僅為發射光功率的百萬分之一。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提供一種激光雷達裝置和探測方法，可以發射離散激光束，避免泛光造成的嚴重的信號衰減問題。

為達到上述目的，本發明提供的技術方案如下：

一種激光雷達裝置，該裝置包括：

激光發射光學部件，用于發射空間離散激光；

回波信號接收光學部件，用于接收反射的回波信號；

控制部件，用于對接收到的回波信號進行信號處理；

其中，激光發射光學部件包括：

發射激光器，用于發射激光；

光學離散器件，用于將發射激光器產生的激光空間離散化，形成空間離散激光。

本發明還提供一種激光雷達的探測方法，該方法包括：

將發射激光器產生的激光進行空間離散化，形成空間離散激光；

回波信號接收光學部件接收反射的回波信號；

由控制部件對接收到的所述回波信號進行信號處理。

由此可見，本發明提供的一種激光雷達裝置及探測方法并沒有將發射激光器的激光擴束以后直接射向空間的目標對象，而是將激光通過光學離散器件先進行離散化，形成離散激光束以后才射向空間。由于這些離散激光束不是泛光，在空間不是呈連續分布，而是呈若干窄光束，大大避免其信號衰減問題，從而可以探測到更遠距離的目標對象，提供激光雷達的探測性能。

附圖說明

圖1是現有技術中激光雷達的結構示意圖。

圖2是現有技術中閃光激光雷達的結構示意圖。

圖3是本發明提出的一種激光雷達實施方案一中裝置結構圖。

圖4是本發明提出的一種激光雷達實施方案一的方法流程圖。

圖5是本發明方案中的空間離散激光示意圖。

圖6是現有技術中空間泛光激光示意圖。

圖7是本發明提出的第一種光學離散器件。

圖8a和圖8b是本發明利用光柵陣列作為光學離散器件的示意圖。

圖8c是本發明實施例中入射角度和衍射角度所在的坐標示意圖。