[發明專利]一種寬溫環境下使用的激光雷達系統及方法

在審

• 申請號: 202011124615.7
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112285723A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 陳勇;黃家才;丁文政;卞榮;李耀
• 申請（專利權）人: 南京工程學院
• 主分類號: G01S17/02
• 分類號: G01S17/02;G01S17/10;G01S17/06;G01S17/58;G01S7/486;G01S7/481;G01S7/48
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 蔣廈

本發明涉及一種寬溫環境下使用的激光雷達系統及方法，包括產生脈沖激光光束的激光發射器組件；將發射的激光光束分成兩路的分光鏡，其中一路直接傳輸至第一激光接收器組件，另一路傳輸至待探測空間中；接收經過分光鏡的其中一路激光光束的第一激光接收器組件，并轉換為電壓脈沖信號；接收經過目標反射的激光回波，并轉換為電壓脈沖信號的第二激光接收器組件；分別與激光發射器組件、第一激光接收器組件、第二激光接收器組件連接的信號處理器，用于產生激光發射驅動信號。本發明通過分光鏡將激光發射光束分為兩路，一路用作測量的起始時刻，另一路用作目標探測終止時刻，實現不受溫度變化的目標距離測量，提高激光雷達的測量準確度。

技術領域

本發明涉及激光雷達技術領域，具體涉及一種寬溫環境下使用的激光雷達系統及方法。

背景技術

激光雷達系統是利用激光定向和測距，并通過位置、速度及表面發射特性等信息識別目標，激光雷達系統繼承了激光發射、掃描、接收及信號處理等技術，具有測量分辨率高、成本低、抗電磁干擾能力強的優勢，被廣泛應用于氣象、車載等民用領域以及激光制導、激光引信等軍用領域。其中，隨著半導體激光器制造工藝的成熟，半導體激光器的輸出功率不斷提高，成本不斷降低，成為小型化激光雷達研究和發展的熱點，常用的車載激光雷達以及激光引信等領域均采用了半導體激光器。大部分采用半導體激光器的激光雷達采用脈沖體制進行直接探測，即激光器根據同步信號產生脈沖激光，由發射光學系統對輸出的激光進行準直并照射到目標，目標將激光進行反射，接收光學系統會聚從目標反射回的激光，并投射到激光探測器上，激光探測器將激光信號轉換為電信號，后續接收機電路對電信號進行處理，根據飛行時間法，測量由目標反射的激光脈沖與同步信號之間的時間差，減去系統固有延時，即能得到目標距離信息。在寬溫環境下，半導體激光器產生的脈沖激光時刻與同步信號之間的時間，以及激光探測器的響應時間，根據溫度的變化會產生漂移現象。因此，在寬溫環境下，這種激光雷達測量得到的目標距離存在漂移現象，嚴重影響了測距準確度。寬溫環境下使用的激光雷達系統，主要是為了滿足在嚴苛溫度環境下，例如在-40℃或者+50℃環境下，激光雷達系統的適應性。

發明內容

本發明的目的在于提供一種寬溫環境下使用的激光雷達系統及方法，實現激光雷達在大溫度變化范圍中的適用性，提高激光雷達測距的準確度。

為實現上述目的，本發明提供的技術方案是：

一種寬溫環境下使用的激光雷達系統，包括：

激光發射器組件，用于產生脈沖激光光束；

分光鏡，用于將發射的激光光束分成兩路，其中一路直接傳輸至第一激光接收器組件，另一路傳輸至待探測空間中；

第一激光接收器組件，用于直接接收經過分光鏡的其中一路激光光束，并轉換為電壓脈沖信號；

第二激光接收器組件，用于接收經過目標反射的激光回波，并轉換為電壓脈沖信號；

信號處理器，分別與所述的激光發射器組件、第一激光接收器組件、第二激光接收器組件連接，用于產生激光發射驅動信號，從而驅動激光發射器組件產生脈沖激光光束，還用于對第一激光接收器組件和第二激光接收器組件輸出的信號進行信息處理，完成目標距離測量。

所述的激光發射器組件包含激光光源及其驅動電路、激光發射整形光學系統，所述的激光光源及其驅動電路與信號處理器連接，根據信號處理器產生的驅動信號發射激光光束；所述的激光發射整形光學系統將激光光源發出的激光光束整形成窄波束激光。

進一步的，所述的激光光源為半導體二極管激光器。

進一步的，所述的激光發射整形光學系統由柱面透鏡組構成。

進一步的，所述的分光鏡放置于激光發射器組件之后，相對光束中心傾斜放置，能夠將入射激光光束分成反射光和透射光兩部分。