[發明專利]一種多線激光雷達的轉鏡掃描裝置及方法

在審

• 申請號: 201810448937.3
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108445469A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 蔡懷宇;卓勵然;陳曉冬;陳延真
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 李素蘭

本發明公開了一種多線激光雷達的轉鏡掃描裝置，包括由微控制器(5)和供電電源(7)構成的電源控制模塊(21)、由激光器陣列(10)構成的激光發射模塊(22)、由光束會聚透鏡(8)和半反半透鏡(2)構成的光束調整模塊(23)、由掃描轉盤(6)和直角反射棱鏡(4)構成的轉鏡掃描模塊(24)以及由激光雷達接收機(9)構成的激光接收處理模塊(25)，激光雷達接收機(9)根據激光飛行時間和反射光線的方向軌跡得到各時間障礙物的方向信息。與現有技術相比，本發明減小了激光雷達系統的體積，并使用掃描轉鏡替代了傳統產品的整體轉動，減小了硬件的摩擦損耗，有效地降低了負載電機的功耗。

技術領域

本發明涉及光電檢測技術領域，特別涉及一種多線激光雷達的轉鏡掃描裝置。

背景技術

無人駕駛技術如今是國際上討論研究的熱點，而車載激光雷達是無人駕駛技術中被用于環境感知的優質傳感器。為滿足汽車高速行駛過程中各類特殊的要求，車載激光雷達需要具有體積小、重量輕、作用距離遠、速度分辨率高、距離分辨率高、數據處理速度快等特點。現在的車載激光雷達產品也趨于多樣化，多種線程的激光雷達設備根據不同的需要在不同場景的環境感知中起著十分重要的作用。激光雷達與激光測距儀的顯著不同在于它實現了一定角度范圍的掃描功能，而合理的掃描方法可以極大程度上的減小激光雷達設備的體積和重量。

主流多線激光雷達多由為國外公司制造，提高了國內無人駕駛技術研究的成本。國內也有數家企業進行相關產品的研究，但是因為起步較晚，現推出的產品難以達到無人駕駛汽車對激光雷達的參數要求。

現有技術中的多線激光雷達主要使用的掃描方式為機械掃描，如Velodyne公司生產的HDL系列以及VLP系列、Quanergy公司生產的M8等。此類激光雷達在工作狀態下，固定底座靜止不動，設備上部整體轉動，這就導致了在工作中會產生較大的摩擦損耗，同時也需要較大的負載電機功耗。這在一定程度上降低了設備的使用壽命，同時提高了耗電量。

因此自主研發具有新形態掃描方式的激光雷達產品，對于國內相關行業發展和研究具有重要應用價值。

發明內容

本發明的目的在于提供一種多線激光雷達的轉鏡掃描裝置，通過計算得到目標障礙物與測量裝置的相對位置信息，從而準確判斷出測量裝置前后有效探測范圍內的障礙物。

本發明提出的一種多線激光雷達的轉鏡掃描裝置，該裝置包括由微控制器5和供電電源7構成的電源控制模塊21、由激光器陣列10構成的激光發射模塊22、由光束會聚透鏡8和半反半透鏡2構成的光束調整模塊23、由掃描轉盤6和直角反射棱鏡4構成的轉鏡掃描模塊24以及由激光雷達接收機9構成的激光接收處理模塊25；

其中，供電電源7與微控制器5、掃描轉盤6的電機、激光器陣列10、激光雷達接收機9之間使用電纜連接，微控制器5與激光器陣列10和掃描轉盤6相接，直角反射棱鏡4的直角面剛性固定在掃描轉盤6的旋轉面上，激光器陣列10排列置于裝置頂部，激光雷達接收機9置于半反半透鏡2側方，微控制器5與供電電源1置于裝置底部，裝置外殼正向80°和背向80°與直角反射棱鏡等高處有環形透光窗。

本發明提出了一種多線激光雷達的轉鏡掃描方法，該方法包括以下步驟：

微控制器5接收掃描轉盤6的位置數據，判斷是否處于掃描轉盤6的工作范圍內；如否，調整掃描轉盤6的位置到正確后；如是，再由激光器陣列10產生多條平行激光光束；經過半反半透鏡2后射向光束會聚透鏡8，經光束會聚透鏡8調整后射向直角反射棱鏡4斜面上的同一點處，再由直角反射棱鏡4反射到前方區域探測目標；掃描轉盤6帶動直角反射棱鏡4進行勻速旋轉，反射光線通過直角反射棱鏡4和光束會聚透鏡8后，經半反半透鏡2進入激光雷達接收機9，再由激光雷達接收機9根據激光飛行時間和反射光線的方向軌跡得到各時間障礙物的方向信息；所述方向信息包括目標障礙物相對于激光雷達的距離S和目標障礙物相對于激光雷達的俯仰角θ_{激光雷達的俯仰}和偏轉角φ_{激光雷達的偏轉}；