[發(fā)明專利]一種基于MEMS振鏡的三維掃描激光雷達

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010370900.0
• 申請日: 2020-05-06
• 公開（公告）號: CN111289955B
• 公開（公告）日: 2020-08-04
• 發(fā)明（設計）人: 劉定
• 申請（專利權）人: 北京大漢正源科技有限公司
• 主分類號: G01S7/481
• 分類號: G01S7/481;G01S7/484;G01S7/486;G01S17/02
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• 代理人: 暫無信息

1.一種基于MEMS振鏡的三維掃描激光雷達，其特征在于，包括發(fā)射模塊、控制模塊和接收模塊；所述發(fā)射模塊包括發(fā)射驅(qū)動電路板、半導體激光器、透鏡組和掃描組件；所述接收模塊包括接收鏡頭、陣列探測器和接收信號電路板；所述控制模塊包括MEMS振鏡驅(qū)動電路板和FPGA控制電路板；

所述發(fā)射驅(qū)動電路板為所述半導體激光器供電，驅(qū)動所述半導體激光器發(fā)光，所述半導體激光器發(fā)出的光通過所述透鏡組整形，然后照射到MEMS振鏡，由MEMS振鏡上的掃描組件進行掃描發(fā)射；

所述接收鏡頭接收經(jīng)MEMS振鏡反射后的回波信號，陣列探測器上多個像元同時接收回波信號，經(jīng)接收信號電路板放大處理后輸入FPGA控制電路板；

所述MEMS振鏡驅(qū)動電路板控制MEMS振鏡振動并進行掃描，F(xiàn)PGA控制電路板對測距進行處理并根據(jù)陣列探測器上像元的位置得到角度信息和距離信息，形成三維掃描點云；

所述FPGA控制電路板具體執(zhí)行如下操作：

Step1、在開始采集過程之前，設置獲取參考波形所需的參數(shù)；

Step2、接收脈沖串序列，從接收到的脈沖串序列中獲取上升沿和下降沿個數(shù)，將上升沿和下降沿個數(shù)相加并計數(shù)；

Step3、下載邊緣總數(shù)，使用信號斜率獲取信號波形，對接收的信號波形進行相關處理，估計接收波形到達時間與發(fā)射波形時間之間的時間差，根據(jù)估計的時間差確定過零點；

Step4、通過對過零點內(nèi)插正相關值和負相關值精確計算過零點延遲，將過零點延遲轉(zhuǎn)換為目標距離。

2.如權利要求1所述的基于MEMS振鏡的三維掃描激光雷達，其特征在于，所述半導體激光器采用4×75W的半導體激光器芯片模塊或者多個120W的半導體激光器，芯片排布按照快軸方向發(fā)散角平行排布；

所述半導體激光器發(fā)出的光通過所述透鏡組整形，為所述半導體激光器發(fā)出的光通過由透鏡組組成的整形單元進行長條狀整形，透鏡組具體為柱面透鏡，即整形單元使用柱面透鏡對所述半導體激光器發(fā)出的光進行長條狀整形，慢軸方向發(fā)散角為0.1°-12°之間，快軸方向發(fā)散角為0.1°-25°之間，多個整形單元串行發(fā)射或并行發(fā)射。

3.如權利要求1所述的基于MEMS振鏡的三維掃描激光雷達，其特征在于，所述掃描組件設置在一維或者二維MEMS振鏡上，其掃描光學角度在30-60°，使用2-5個發(fā)射模組照射振鏡。

4.如權利要求1所述的基于MEMS振鏡的三維掃描激光雷達，其特征在于，所述激光雷達的光路結構為發(fā)射和接收分離方式，其中發(fā)射模塊和接收模塊為左右并列的形式，一側(cè)的發(fā)射光照射到振鏡上，掃描待測物，另一側(cè)接收鏡頭直接接收。

5.如權利要求1所述的基于MEMS振鏡的三維掃描激光雷達，其特征在于，接收信號電路板包括跨阻放大電路、電壓放大電路和比較器；通過接收鏡頭接收反射回波，使用陣列探測器進行多個像元并行傳輸，然后通過跨阻放大電路和電壓放大電路放大，通過比較器進行比較，將信號傳輸?shù)紽PGA控制電路板中。

6.如權利要求1所述的基于MEMS振鏡的三維掃描激光雷達，其特征在于，所述控制模塊能夠發(fā)射不同的編碼序列，包括相位調(diào)制和脈寬調(diào)制，脈沖寬度范圍為：500ps-5ns，編碼序列和解碼參考序列滿足正交性。

7.如權利要求1所述的基于MEMS振鏡的三維掃描激光雷達，其特征在于，MEMS振鏡驅(qū)動電路板包括放大電路、低通濾波器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，MEMS振鏡驅(qū)動電路板將FPGA控制電路板的控制信號進行放大、濾波及數(shù)模轉(zhuǎn)換后，控制MEMS振鏡進行振動，通過MEMS振鏡的振動調(diào)整發(fā)射光線經(jīng)MEMS振鏡反射后的反射方向。

8.如權利要求1所述的基于MEMS振鏡的三維掃描激光雷達，其特征在于，F(xiàn)PGA控制電路板內(nèi)設置有若干數(shù)量TDC時間線對接收模塊發(fā)出的信號進行采集計時，通過多條TDC時間線同時采集多個回波信號，然后通過將回波信號與參考信號序列進行相關運算，根據(jù)運算得到的延時和距離得出單元點云信息，將每次的單元點云信息進行拼接組成三維視場的點云信息。