[發明專利]一種使用寬帶調頻激光的FMCW激光雷達及其掃描方法

有效

• 申請號: 201910172035.6
• 申請日: 2019-03-07
• 公開（公告）號: CN110531341B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 梁偉
• 申請（專利權）人: 蘇州鐳智傳感科技有限公司
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481
• 代理公司: 北京集智東方知識產權代理有限公司 11578
• 代理人: 張紅;林青

1.一種使用寬帶調頻激光的FMCW激光雷達，包括寬帶頻率掃描機構和角度掃描機構，所述寬帶頻率掃描機構能夠發出頻率呈三角波線性變化的調頻激光，其總帶寬為B1，所述角度掃描機構能將所述調頻激光以不同角度射出，其特征在于：所述角度掃描機構的角度掃描周期是所述寬帶頻率掃描機構的頻率掃描周期的W倍，所述角度掃描機構對視場角度進行往返掃描，其正掃和回掃過程均可分為N個角度區間，從而將激光雷達的視場角度分為N個分區，其中，角度掃描機構正掃經過所述N個分區中的任意一個分區時與反掃經過該分區時的出射激光指向相同，W，N均為正整數，其中，每個頻率掃描周期內，角度掃描機構至少掃過兩個分區。

2.如權利要求1所述的使用寬帶調頻激光的FMCW激光雷達，其特征在于：對所述視場角度的分區為采用步進旋轉式角度掃描機構實行的機械分區。

3.如權利要求1所述的使用寬帶調頻激光的FMCW激光雷達，其特征在于：對所述視場角度的分區為通過控制單次測量和差頻計算時間間隔實現的虛擬分區。

4.如權利要求3所述的使用寬帶調頻激光的FMCW激光雷達，其特征在于：所述差頻計算時間間隔為0.1-100μs。

5.如權利要求1所述的使用寬帶調頻激光的FMCW激光雷達，其特征在于：所述寬帶頻率掃描機構的總帶寬B1不小于10GHz。

6.如權利要求1-5中任一項所述的使用寬帶調頻激光的FMCW激光雷達，其特征在于：包括兩套測距單元和一個波分復用耦合器，每套測距單元均包含一寬帶頻率掃描機構，所述兩套測距單元射出的激光信號經波分復用耦合器耦合后由所述角度掃描機構射出。

7.使用如權利要求1-5中任一項所述的激光雷達的掃描方法，其特征在于，包括如下步驟：a)寬帶頻率掃描機構發出頻率按三角波線性變化的調頻連續激光信號；

b)激光信號經分束器分為兩束，一束射向環形器并經角度掃描機構射出，另一束射向耦合器；

c)?角度掃描機構的視場角度被分為N個分區，所述角度掃描機構旋轉到一定角度，對該角度對應的視角分區進行掃描；

d)激光照射物體后產生回波信號，回波信號經環形器、耦合器與來自分束器的激光信號耦合，得到差頻信號；

e)耦合信號由平衡光電二極管檢測，將具有頻差的光信號轉化為對應頻率的電信號；差頻電信號經跨阻，差分放大器放大后暫存在處理器中；

f)所述角度掃描機構旋轉進入下一個分區；

g)角度掃描機構完成對所有分區的正掃和反掃后，處理器獲得所有視角分區的上行差頻電信號和下行差頻電信號，并將上述信號按對應分區順序進行計算，輸出所得的所有N個分區對應的距離和速度信息；

h)角度掃描機構進行下一個掃描周期。

8.使用如權利要求6所述的激光雷達的掃描方法，其特征在于，包括如下步驟：a)兩個測距單元各自的寬帶頻率掃描機構分別發出反向的三角波調頻連續激光信號；

b)激光信號經分束器分為兩束，一束經環形器后射向波分復用耦合器，另一束射向耦合器；

c)來自兩個測距單元的激光光束在波分復用耦合器中合束后經角度掃描機構射出；

d)?角度掃描機構的視場角度被分為N個分區，所述角度掃描機構旋轉到一定角度，對該角度對應的視角分區進行掃描；

e)激光照射物體后產生回波信號，回波信號經波分復用耦合器分開后返回各自測距單元，并經環形器、耦合器與來自分束器的激光信號耦合；

f)耦合信號由平衡光電二極管檢測，將光信號轉化為差頻電信號；所述差頻電信號經跨阻，差分放大器、處理器處理后，送入總處理器，所述總處理器從兩套測距單元分別獲得上行差頻電信號和下行差頻電信號，并通過計算實時輸出該分區對應的距離和速度信息；

g)角度掃描機構繼續旋轉進行下一個視角分區，任意一個視角分區在角度掃描機構正掃和回掃過程中的激光出射指向相同。