[發明專利]基于混沌調制VCSEL陣列的無人駕駛激光雷達裝置

有效

• 申請號: 201910074788.3
• 申請日: 2019-01-25
• 公開（公告）號: CN109856645B
• 公開（公告）日: 2022-09-06
• 發明（設計）人: 王云才;吳梅;王安幫;賈志偉;趙彤;郭園園;王龍生;王大銘
• 申請（專利權）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01S17/931
• 分類號: G01S17/931;G01S17/894;G01S7/481
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

本發明公開了一種基于混沌調制VCSEL陣列的無人駕駛激光雷達裝置，屬于激光雷達在無人駕駛汽車的應用技術領域。該裝置包括信號發射模塊、光路調節模塊、信號接收模塊以及數據處理模塊，信號發射模塊包括驅動調制系統以及VCSEL陣列，驅動調制系統發出電混沌信號對VCSEL陣列內的激光器進行調制且以一定時間間隔相繼驅動其發射混沌光束，進入光路調節模塊，然后將調節后的光路數據傳入信號接收模塊，信號接收模塊最后將數據傳入數據處理模塊進行數據處理后執行操作。本發明利用電混沌信號作為參考信號，無需采用光反饋器件和分束器來獲取參考光，簡化了裝置，提升了光束的利用率，寬帶混沌信號有效實現抗干擾性能，提高了測距精度。

技術領域

本發明屬于激光雷達在無人駕駛汽車的應用技術領域，具體為一種基于混沌調制VCSEL陣列的無人駕駛激光雷達裝置。

背景技術

隨著社會的進步和公路交通系統的飛速發展，無人駕駛汽車呈現了迅猛發展的勢頭。激光雷達占據了無人駕駛汽車領域市場中90%的應用。激光雷達具備誤差小、測距速度快、測量范圍廣、魯棒性強、不受環境照度影響等諸多優點得到了普遍使用。隨著無人駕駛技術的快速發展，無人駕駛交通網絡的形成已經不再遙遠，如何避免通過激光雷達對無人汽車的干擾仍是一個懸而未決的問題，同時對激光雷達的測距精度、測量速度也提出了更高的要求。

目前，被廣泛采用的無人汽車激光雷達絕大部分為脈沖體制，即采用脈沖激光器作為雷達信號源。通過發射重復的光脈沖，測量從目標反射回的每個脈沖的飛行時間，得到檢測目標物的位置信息(Optical Engineering, Vol.40(1), p.10–19, 2001)。脈沖激光雷達具有激光信號強、回波信號易于采集等優點，但是由于脈沖激光器發出重復脈沖，脈沖的周期性和規律性常常會導致距離模糊，并使激光雷達易受到同頻信號的干擾而導致虛警和誤判(IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), p.437–442, 2015)。隨著激光雷達技術的不斷提升，在無人駕駛領域激光雷達已經朝商業化的智能應用邁進。車載激光雷達從其他激光雷達和光源接收到非特定信號將變得不可避免，從而產生重影或導致檢測錯誤。可以說，脈沖激光雷達雖然一定程度上能夠滿足當前無人駕駛汽車上路測試的需求，但由于其在抗干擾性上的缺點，在未來大量無人車同時上路，脈沖激光雷達的廣泛應用必將收到制約。

為了減輕干擾的可能性，有學者提出利用隨機調制連續波方法的隨機信號激光雷達，即通過外部強度調制器將偽隨機二進制序列調制在連續激光上。通過計算從目標后向散射的接收信號與發送的參考信號之間的互相關，得到檢測目標物的位置信息(AppliedOptics, Vol.50(22), p.4478–4488, 2011)。采用偽隨機二進制序列調制技術受限于隨機碼的調制速率，測量分辨率受電子器件和所用調制器的調制速度所限制。且偽隨機碼總存在有限周期，當測量距離較長時不同周期間的隨機碼易受到干擾導致虛警和誤判。同時，在未來無人駕駛汽車接入網絡后，惡意干擾器將容易記錄正在發射的偽隨機二進制序列，然后重新發射產生假回波，進而對激光雷達進行惡意干擾，從而擾亂交通、制造事故，甚至控制無人駕駛車輛。

相比之下，混沌信號是一種典型的寬帶信號，具有寬帶連續譜，類噪聲的不可預測性，優異的距離和速度分辨率，簡單廉價的產生方式，在雷達領域日益得到重視（OpticsExpress, Vol.26(17), p.22491-22505, 2018; IEEE Transactions on Geoscience andRemote Sensing, Vol.56(9), p.5064-5082, 2018）。混沌信號的非周期性和不可預測性決定了混沌激光雷達系統不會有距離模糊現象，可實現高測量精度，而且具有天然的抗干擾屬性。