[發明專利]基于循環移頻環的固態激光雷達探測方法及系統

在審

• 申請號: 202011238233.7
• 申請日: 2020-11-09
• 公開（公告）號: CN112327319A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發明（設計）人: 郭清水;徐志偉;鄧慶文;楊李杰;許桐愷
• 申請（專利權）人: 之江實驗室
• 主分類號: G01S17/42
• 分類號: G01S17/42;G01S7/481
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 邱啟旺

本發明公開了一種基于循環移頻環的固態激光雷達探測方法，將窄帶掃頻光信號送入循環移頻環得到寬帶掃頻光信號并分為兩路，一路作為參考光信號，另一路通過光準直鏡送入色散單元；色散單元控制寬帶掃頻信號不同頻率掃頻子信號在自由空間中依次指向不同方向，得到一系列指向不同方向的探測光信號；探測光信號遇到目標后反射回色散單元，并經光準直鏡接收后，與參考光信號合為一路待檢測光信號；待檢測光信號完成光電轉換及信號采集后，基于信號處理算法即可得到目標空間分布信息。本發明還公開了一種基于循環移頻環的固態激光雷達探測系統，通過光循環移頻與光波長色散技術，可同時實現目標角度及距離信息的高精度測量。

技術領域

本發明涉及一種固態激光雷達探測方法，尤其涉及一種采用循環移頻環及波長(頻率)色散技術的固態激光雷達探測方法及系統。

背景技術

激光雷達廣泛應用于自動駕駛、智能機器人、三維傳感等領域。為了獲取探測場景/目標的三維/二維空間分布信息，目前激光雷達系統多采用機械掃描方式實現激光波束的空間二維/一維掃描，從而獲取目標角度信息，并基于脈沖時間到達技術獲取目標距離信息(參見[J.Liu,Q.Sun,Z.Fan,Y.Jia,,TOF Lidar Development in AutonomousVehicle,IEEE 3rd Optoelectro-nics Global Conference,2018.])。但由于機械部件結構復雜、易磨損、穩定性及壽命受限，導致基于機械掃描方式的方案其在高精度、高穩定、長壽命應用受限。與此同時，硅光相控陣、液晶波導、光晶體波導等固態波束控制技術的方案也在快速發展，這些技術采用電控實現激光波束的快速掃描，與機械掃描相比具有更好的穩定性及魯棒性(參見[C.Poulton,A.Yaacobi,D.Cole,etc,Coherent solid-stateLIDAR with silicon photonic optical phased arrays,Optics Letters,vol.42,no.20,pp.4091-4094,2017.])，然而相關技術綜合性能及系統成熟度目前有限。但固態波束控制技術因其潛在的優勢特性，仍吸引著廣大科研工作者推動其向實用化方向發展。對于距離信息，因調頻連續波外差法相比脈沖到達時間法具有更高的動態范圍及探測靈敏度，以及對自然光干擾有一定抵抗作用，從而被廣泛研究。綜上，將固態波束控制技術及調頻連續波外差法兩個優勢技術結合起來，將有可能推動高性能激光雷達的進一步發展。論文(參見[M.Okano,C.Chong,Swept Source Lidar:simultaneous FMCW ranging andnonme-chanical beam steering with a wideband swept source,Optics Express,vol.28,no.16,pp.23898-23915,2020.])提出了一種基于垂直腔體激光器(VCSEL)寬帶掃頻源的激光雷達方案，通過將寬帶連續掃頻源分段并利用波長色散機理實現目標距離、角度二維信息的同時獲取，系統結構簡單，效率高。但因為基于VCSEL的掃頻源存在非線性且相干長度有限，導致該方案需要較復雜的非線性校正電路及非線性校正算法補償非線性，此外，探測距離也受到一定限制。

針對以上問題，本發明提出了一種新的解決思路?；诠庋h移頻技術將高線性度、高相干長度的窄帶掃頻光信號擴展到寬帶掃頻，基于波長色散實現一維光波束掃描，無需非線性校正電路及算法。并基于去調頻技術獲取目標距離信息，因信號源較高的相干長度，使得系統可以實現遠距離目標探測。此外，因為循環移頻環參數靈活可調，使激光雷達系統具有較高的靈活性，面對不同探測場景可快速靈活切換。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于：克服現有技術不足，基于光循環移頻技術實現寬帶激光雷達探測信號的產生，基于波長色散技術實現激光波束的空間掃描，基于光域調頻技術實現高分辨率目標距離信息的獲取。系統產生線性掃頻信號線性度高、相干性好，可同時實現角度、距離二維信息的同時獲取，大大提高雷達系統的工作效率。

本發明具體采用以下技術方案解決上述技術問題：