[發(fā)明專利]一種具有多傳感器的光探測與測量雷達

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811058872.8
• 申請日: 2016-03-01
• 公開（公告）號: CN109212539A
• 公開（公告）日: 2019-01-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李遠;王瑞
• 申請（專利權(quán)）人: 北醒（北京）光子科技有限公司
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S17/08
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為解決光探測與測量雷達對障礙物測量的掃描次數(shù)不足，限制測距的準(zhǔn)確度的問題。本申請?zhí)峁┮环N具有多傳感器的光探測與測量雷達，包括旋轉(zhuǎn)殼體與底座，旋轉(zhuǎn)殼體相對于所述底座發(fā)生旋轉(zhuǎn)；兩個或者多于兩個紅外光發(fā)射模塊，固定于旋轉(zhuǎn)殼體內(nèi)部，發(fā)出紅外探測光；兩個或者多于兩個光電測距單元，固定于旋轉(zhuǎn)殼體內(nèi)部，每個光電測距單元上包括光電傳感器，所述光電傳感器用于將接收的紅外光信號轉(zhuǎn)換為電信號；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機，用于帶動旋轉(zhuǎn)殼體勻速旋轉(zhuǎn)；滑環(huán)及對應(yīng)的驅(qū)動電路。本申請通過兩個或者多于兩個傳感器的設(shè)計，相對于單傳感器的光探測與測量雷達，增加了單個測量周期內(nèi)的測量次數(shù)，提高距離測量精度。

技術(shù)領(lǐng)域

本申請屬于光學(xué)探測雷達領(lǐng)域，尤其涉及一種具有兩個或者多個傳感器的光探測與測量雷達（Light Detection And Ranging，LIDAR）。

背景技術(shù)

障礙物規(guī)避是目前智能機器人、小型無人機領(lǐng)域研究的重要課題。智能機器人及無人機在行動過程中要實時監(jiān)測周圍環(huán)境障礙物，快速且準(zhǔn)確地判斷出障礙物的位置，然后及時躲避障礙物。為了躲避障礙物，就需要通過測距裝置測量機器人或無人機與障礙物之間的距離。

目前市場上已有距離測試方法，主要是基于三角測量原理的激光測距技術(shù)。激光按照一定的角度發(fā)射紅外光束，當(dāng)遇到物體后，光束會反射回來；反射回來的光線被檢測器檢測到以后，利用三角關(guān)系，基于發(fā)射角度、濾鏡的角度及偏移距，傳感器到障礙物的距離通過幾何關(guān)系計算出來。但是，這種方法有明顯的盲區(qū)。目前消費級的基于三角測量法的激光測距有效距離在6米以內(nèi)。

替代基于三角測量法的一種方式是通過飛行時間（TOF）方法測量距離。其工作原理為由發(fā)光二極管（LED）或激光光源發(fā)出探測光，紅外探測光經(jīng)過透鏡，發(fā)出發(fā)散角小及準(zhǔn)直的光，該紅外探測光被障礙物反射后，由紅外接收器接收，通過測量發(fā)射和接收紅外光的相位差，即可算出距障礙物的距離。其中當(dāng)使用激光光源時，不需要發(fā)射透鏡。

然而，在室外的強光下，由于太陽光中含有大量紅外光束，在光探測與測量雷達裝置工作時，接收器中不僅接收了反射的探測光，而且也接收了經(jīng)太陽光反射的背景光，導(dǎo)致光探測與測量雷達測量的數(shù)值不準(zhǔn)確。另外，現(xiàn)有的光學(xué)掃描探測裝置中，掃描探頭以順時針或者逆時針360度旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的每個角度狀態(tài)中，對障礙物測量的掃描次數(shù)有限，限制了測距的準(zhǔn)確度。

發(fā)明內(nèi)容

為了提高紅外光探測與測量雷達的距離測量準(zhǔn)確度與測量速度，以及減少背景紅外光對測量的影響，本申請?zhí)峁┝艘环N具有兩個或者多個傳感器的紅外光探測與測量雷達，通過兩個或者多個傳感器結(jié)構(gòu)的設(shè)計，相對于單傳感器的光探測與測量雷達，增加了單個測量周期內(nèi)的測量次數(shù)，整體上提高了距離測量速度。同時在增加的測量次數(shù)基礎(chǔ)之上，將傳感器中的其中一些傳感單元專門用于測量背景光，而在用于測量距離的傳感器中，通過將測得的背景光數(shù)據(jù)去除，減小背景光對距離測量的影響。在可選的實施例中，通過將兩個或者多于兩個的傳感器分別各自分開工作，在功能上互補，從而在整體上提高雷達裝置的測距準(zhǔn)確度。

本申請為解決其技術(shù)問題，是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的。一種具有兩個或者多個傳感器的光探測與測量雷達，包括旋轉(zhuǎn)殼體、紅外光發(fā)射模塊、紅外光發(fā)射透鏡、紅外光接收透鏡、光電測距單元、底座、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動電機、滑環(huán)和對應(yīng)的驅(qū)動電路。其中，紅外光發(fā)射模塊、紅外光發(fā)射透鏡、紅外光接收透鏡、光電測距單元各自都分別具有兩個或者多于兩個，在優(yōu)選的實施例中各自為兩個，且都固定于旋轉(zhuǎn)殼體內(nèi)。紅外光發(fā)射透鏡位于紅外光發(fā)射模塊發(fā)出的紅外光光路上，紅外光接收透鏡位于光電測距單元接收的紅外光光路上。光電測距單元包括光電傳感器及電路組件。滑環(huán)位于旋轉(zhuǎn)殼體下部的旋轉(zhuǎn)中心軸處，用于光探測與測量雷達裝置旋轉(zhuǎn)殼體和底座之間的供電并傳輸數(shù)據(jù)。旋轉(zhuǎn)殼體位于底座上方，在光探測與測量雷達工作狀態(tài)下，旋轉(zhuǎn)殼體相對于底座發(fā)生旋轉(zhuǎn)。驅(qū)動電路用于為旋轉(zhuǎn)殼體內(nèi)的元件供電及控制。