[發明專利]一種激光雷達

有效

• 申請號: 201711026936.1
• 申請日: 2017-10-27
• 公開（公告）號: CN109725320B
• 公開（公告）日: 2020-12-29
• 發明（設計）人: 朱雪洲;向少卿;李一帆
• 申請（專利權）人: 上海禾賽光電科技有限公司
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S7/4865;G01S7/4863;G01S7/484
• 代理公司: 北京律和信知識產權代理事務所(普通合伙) 11446
• 代理人: 郝文博;韓煒

一種激光雷達，所述激光雷達包括：至少一個激光器，適于發射激光脈沖；發射光路模塊，所述發射光路模塊與所述至少一個激光器耦合，所述激光脈沖經由所述發射光路模塊發射出去；接收光路模塊，適于接收回波脈沖；至少一個單光子探測器，所述至少一個單光子探測器與所述接收光路耦合，適于對所述接收光路模塊處理后的回波脈沖進行檢測。通過本發明技術方案可以提高激光雷達的測距性能。

技術領域

本發明涉及測量技術領域，尤其涉及一種激光雷達。

背景技術

激光雷達通常指采用直接飛行時間法(Direct Time-of-Flight)進行距離測量的掃描測距裝置。由于其測量原理的限制，采用三角法、間接飛行時間法的激光雷達，其測距范圍通常在10米左右；在室外環境光較強的條件下測量距離又會大大縮減。

現有技術中，對于采用脈沖飛行時間法的激光雷達，例如用于機器人、地面測繪和機載的單線激光雷達、用于輔助駕駛和自動駕駛的多線激光雷達，通常有一對激光器和探測器或者多對激光器和探測器，激光器以很高的頻率發射光脈沖。探測器系統通過測量發光時刻與接收到光脈沖時刻之間的時間差來測量距離，每一次發射脈沖可以獲得一次測距結果。激光雷達裝置中通常有一個旋轉結構來實現掃描，有些是固定激光器探測器來旋轉反射鏡，有些是將激光器和探測器固定在轉子上整體旋轉。這類激光雷達中通常采用雪崩光電二極管(Avalanche Photo-diode，APD)作為探測器，雪崩光電二極管具備將一個光電子通過雪崩過程放大為多個電子的特性，將信號幅度倍增，提升了探測靈敏度，從而達到實現更遠測量距離的目的。某些激光雷達為了實現更遠的測量距離，會采用光電倍增管(Photo-Multiplier Tube,PMT)作為探測器。PMT相比APD，光電增益通常大3至4個量級，因此可以在相同激光發射脈沖強度下，實現更遠的探測距離。

但是，PMT雖然有很高的光電增益(靈敏度)，有利于遠距離探測。但是它作為一種非固態的光電探測器，缺點包括以下幾點：1.體積大，無法用于小型激光雷達上；2.入射光強過強會導致其損壞，因此當環境光或者激光脈沖回波較強時，有潛在的損壞PMT的風險；3.制作過程需要手工環節，器件成本高。4.工作電壓通常上千伏，增加了系統集成難度。APD的缺點如下：1.APD的光電增益通常為幾十倍到100倍，遠低于PMT光電增益的典型值一百萬倍，因此電路噪聲更容易將APD的信號“淹沒”，影響遠距離探測性能；2.在APD光電增益較低的情況下，為了增加探測距離，通常需要增加接收透鏡口徑，這使得裝置的體積增加；3.同樣由于APD的光電增益較低，系統中必須有高帶寬的放大電路對APD輸出的電流脈沖信號進行放大，特別是在一個多通道的雷達系統中，通常需要每個通道都配備一個放大電路，這會導致系統的體積、功耗、成本都增加；4.APD器件的增益隨溫度的漂移十分明顯，這需要在系統中增加溫度監控、溫度控制等功能，來應對APD的溫漂對測量結果的影響，這進一步增加了系統復雜性和成本。

發明內容

本發明解決的技術問題是如何提高激光雷達的測距性能。

為解決上述技術問題，本發明實施例提供一種激光雷達，所述激光雷達包括：至少一個激光器，適于發射激光脈沖；發射光路模塊，所述發射光路模塊與所述至少一個激光器耦合，所述激光脈沖經由所述發射光路模塊發射出去；接收光路模塊，適于接收回波脈沖；至少一個單光子探測器，所述至少一個單光子探測器與所述接收光路耦合，適于對所述接收光路模塊處理后的回波脈沖進行檢測。

可選的，所述激光雷達還包括：溫度控制器，適于將所述至少一個激光器的溫度控制在設定溫度范圍內；所述接收光路模塊包括：窄帶濾光片，接收障礙物針對所述激光脈沖反射的所述回波脈沖，并濾除所述回波脈沖中的環境光噪聲。

可選的，所述溫度控制器包括溫度傳感器和執行器；所述溫度傳感器適于檢測所述至少一個激光器的溫度；所述執行器根據所述至少一個激光器的溫度和所述設定溫度范圍對所述至少一個激光器進行控制。