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发射及接收激光脉冲的专利、介质及激光雷达系统与流程

来源:未知 编辑:晚一步 时间:2018-06-12

本发明实施例涉及环境感知技术领域,尤其涉及一种发射及接收激光脉冲的方法、介质及激光雷达系统。



背景技术:

由于可以探测行驶前方是否存在障碍物并提供障碍物的距离信息,激光雷达系统被广泛地应用于自动驾驶领域。在实际应用中,激光雷达基于直接飞行时间法,通过发射宽度很窄但峰值功率高的激光脉冲,然后测量脉冲到障碍物之间来回的光飞行的时间进行距离测量。当多台激光雷达系统同时工作时,一台激光雷达发射的脉冲或经目标障碍物反射的脉冲信号可能造成另一台激光雷达信号误判,导致距离测量结果错误。例如,当多台激光雷达同时工作,且发射相同频率的脉冲时,其中某一台激光雷达探测到的激光脉冲回波信号可能并非自身发射的,而是其他激光雷达发射的,该激光雷达根据其他激光雷达发射的脉冲信号计算得到的距离信息会产生错误,引起自动驾驶系统的误判,从而影响激光雷达在自动驾驶领域的应用。

为了解决多台激光雷达系统之间的干扰问题,避免接收到其他雷达发出的脉冲信号,造成测量错误的情况,可以对激光雷达系统发射的激光脉冲进行编码调制,即通过光编码器对激光脉冲进行编码,接收端通过解调,接收具有编码信息的回波信号。

现有的激光雷达系统通过编码调制虽然可以减小激光雷达系统之间的干扰,但是其采用的激光脉冲宽度、采样间隔和发射峰值功率都有一定的限制,使得激光雷达系统对激光器和接收系统提出了苛刻的要求,在实际过程中不利于工程实现,成本较高。



技术实现要素:

本发明实施例解决的技术问题是如何以较低的成本,避免激光雷达系统之间的干扰。

为解决上述技术问题,本发明实施例提供一种激光雷达系统,所述激光雷达系统包括:发射模块和探测模块,其中:所述发射模块,适于产生并发射一个或者多个预设波长的激光脉冲,包括:产生子模块、波分复用子模块和输出子模块,其中:所述产生子模块,与所述波分复用子模块耦接,适于产生预设波长的激光脉冲;所述波分复用子模块,与所述输出子模块耦接,适于将所述产生子模块产生的不同波长的激光脉冲耦合在一起;输出子模块,适于发射所述波分复用子模块耦合的激光脉冲;所述探测模块,适于接收并处理所述预设波长的激光脉冲的反射信号,以获取障碍物的距离信息,包括:过滤子模块和与之耦接的探测子模块,其中:所述过滤子模块,适于过滤掉所述预设波长的激光脉冲之外的其他光束的反射信号;所述探测子模块,适于接收并处理所述预设波长的激光脉冲的反射信号。

可选地,所述发射模块还包括:放大子模块,与所述波分复用子模块和所述波分复用子模块分别耦接,适于放大所述波分复用子模块耦合的激光脉冲,并输出至所述输出子模块。

可选地,所述放大子模块为相互耦接的预放大器和主控放大器。

可选地,所述过滤子模块为波长可调谐滤波器或者窄带滤光片。

可选地,所述激光雷达系统还包括:控制模块、准直模块、会聚模块、分光模块和扫描模块,其中:所述控制模块,与所述发射模块、所述探测模块和所述扫描模块耦接,适于控制所述发射模块产生并发射激光脉冲、所述扫描模块摆动和所述探测模块接收处理激光脉冲的反射信号;所述准直模块与所述发射模块、所述分光模块、所述扫描模块位于同一轴线,适于将所述发射模块发射的所述预设波长的激光脉冲调整为平行的激光脉冲;所述分光模块,适于半透射所述准直模块调整后的平行的激光脉冲、半反射所述扫描模块反射的激光脉冲的反射信号;所述扫描模块,适于在所述控制模块的控制下,通过摆动,将所述分光模块透射的平行的激光脉冲反射至二维空间,并将二维空间的障碍物反射的激光脉冲的反射信号反射至所述分光模块;所述会聚模块,适于会聚所述分光模块反射的预设波长的激光脉冲的反射信号,以供所述探测模块接收。

可选地,所述扫描模块为二维振镜。

可选地,所述准直模块或者所述会聚模块为透镜。

本发明实施例提供一种发射激光脉冲的方法,采用如上所述任一种激光雷达系统发射预设波长的激光脉冲。

本发明实施例提供一种接收激光脉冲的方法,采用如上所述任一种激光雷达系统接收并处理预设波长的激光脉冲的反射信号,以获取障碍物的距离信息。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行所述发射激光脉冲的方法的步骤。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行所述接收激光脉冲的方法的步骤。

本发明实施例提供一种激光雷达系统,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令,所述处理器运行所述计算机指令时执行所述发射激光脉冲的方法的步骤。

本发明实施例提供一种激光雷达系统,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令,所述处理器运行所述计算机指令时执行所述接收激光脉冲的方法的步骤。

与现有技术相比,本发明实施例的技术方案具有以下有益效果:

本发明实施例提供了一种激光雷达系统,包括:发射模块和探测模块,发射模块可以产生并发射预设波长的激光脉冲,探测模块可以接收并处理预设波长的激光脉冲的反射信号,通过针对不同的激光雷达系统设置不同的预设波长,每个激光雷达系统只发射其对应的预设波长的激光脉冲,并接收其对应的预设波长的激光脉冲的反射信号,可以以较低的成本,有效避免不同的激光雷达系统之间的干扰。

进一步地,通过设置发射模块、准直模块、分光模块和扫描模块位于同一轴线,可以有效避免非同轴激光雷达系统发射光路与接收光路的调平问题,保证发射光路与接收光路始终保持共轴或者平行,从而提高了获取障碍物距离信息的准确率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图;

图2是本发明实施例提供的另一种激光雷达系统的结构示意图;

图3是本发明实施例提供的一种发射激光脉冲的方法的详细流程图;

图4是本发明实施例提供的一种接收激光脉冲的方法的详细流程图。

具体实施方式

现有的激光雷达系统通过编码调制虽然可以减小激光雷达系统之间的干扰,但是其采用的激光脉冲宽度、采样间隔和发射峰值功率都有一定的限制,使得激光雷达系统对激光器和接收系统提出了苛刻的要求,在实际过程中不利于工程实现,成本较高。

本发明实施例提供了一种激光雷达系统,包括:发射模块和探测模块,发射模块可以产生并发射预设波长的激光脉冲,探测模块可以接收并处理预设波长的激光脉冲的反射信号,通过针对不同的激光雷达系统设置不同的预设波长,每个激光雷达系统只发射其对应的预设波长的激光脉冲,并接收其对应的预设波长的激光脉冲的反射信号,可以以较低的成本,有效避免不同的激光雷达系统之间的干扰。

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参见图1,本发明实施例提供了一种激光雷达系统10,包括:发射模块11和探测模块12,其中:

所述发射模块11,适于产生并发射一个或者多个预设波长的激光脉冲,包括:产生子模块111、波分复用子模块112和输出子模块113,其中:

所述产生子模块111,与所述波分复用子模块耦接,适于产生预设波长的激光脉冲。

在具体实施中,所述产生子模块111可以产生一个预设波长的激光脉冲,也可以产生多个,即两个或者两个以上预设波长的激光脉冲。

在具体实施中,所述产生子模块111可以通过调制种子源波长或多个波长种子源,产生预设波长的激光脉冲。

所述波分复用子模块112,与所述输出子模块耦接,适于将所述产生子模块产生的不同波长的激光脉冲耦合在一起。

在具体实施中,所述波分复用子模块112可以为波分复用器。

所述输出子模块113,适于发射所述波分复用子模块耦合的激光脉冲。

可以理解的是,所述激光脉冲也可以称为激光束、激光或者其他名称,只要含义相同,均属于本发明实施例的保护范围。

在具体实施中,当多台激光雷达同时发射相同频率、即相同波长的激光脉冲时,会存在相互干扰,某一台激光雷达可能根据其他激光雷达发射的激光脉冲或者其反射信号计算距离信息,导致障碍物距离计算错误,故可以通过设置不同的激光雷达发送不同波长的激光脉冲,避免不同激光雷达系统之间的干扰。

在具体实施中,为了增加激光脉冲的信号强度,还可以对所述波分复用子模块112耦合后的激光脉冲进行放大。

在本发明一实施例中,所述发射模块11还包括:放大子模块114,与所述波分复用子模块和所述波分复用子模块分别耦接,适于放大所述波分复用子模块耦合的激光脉冲,并输出至所述输出子模块。

在具体实施中,所述放大子模块114可以为相互耦接的预放大器和主控放大器。

在具体实施中,所述发射模块11可以为光纤激光器,也可以为分布反馈半导体激光器(Distributed Feedback Semiconductor laser diode,DFB-LD),还可以为其他类型的激光器,本发明实施例不做限制。

由于光纤激光器和波分复用器都是成熟商用的器件,故所述发射模块11的实现成本较低。

在具体实施中,为了避免多个激光雷达之间相互干扰,所述发射模块11仅发射预设波长的激光脉冲,故所述探测模块12需要接收所述预设波长的激光脉冲的反射信号。

所述探测模块12,适于接收并处理所述预设波长的激光脉冲的反射信号,以获取障碍物的距离信息,包括:过滤子模块121和与之耦接的探测子模块122,其中:

所述过滤子模块121,适于过滤掉所述预设波长的激光脉冲之外的其他光束的反射信号。

在具体实施中,所述过滤子模块121可以为波长可调谐滤波器,也可以为窄带滤光片

所述探测子模块122,适于接收并处理所述预设波长的激光脉冲的反射信号。

在具体实施中,所述探测子模块122可以为雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode,APD)光电传感器,也可以为其他类型的光电传感器,本发明实施例不做限制。

在具体实施中,为了避免非同轴激光雷达系统发射光路与接收光路的调平问题,可以采用同轴激光雷达系统,保证发射光路与接收光路始终保持共轴或者平行,以提高了获取障碍物距离信息的准确率。

在本发明一实施例中,所述激光雷达系统10,还包括:控制模块(未示出)、准直模块(未示出)、会聚模块(未示出)、分光模块(未示出)和扫描模块(未示出),其中:

所述控制模块,与所述发射模块11、所述探测模块12和所述扫描模块耦接,适于控制所述发射模块11产生并发射激光脉冲、所述扫描模块摆动和所述探测模块12接收处理激光脉冲的反射信号。

所述准直模块与所述发射模块11、所述分光模块、所述扫描模块位于同一轴线,适于将所述发射模块11发射的所述预设波长的激光脉冲调整为平行的激光脉冲。

在具体实施中,所述准直模块可以为透镜,即由一个或者多个,即两个或者两个以上透镜组成。

所述分光模块,适于半透射所述准直模块调整后的平行的激光脉冲、半反射所述扫描模块反射的激光脉冲的反射信号。

在具体实施中,所述分光模块可以为开孔发射镜、半透半反镜、偏振分光镜、采用镀膜方式的分光镜中的任意一种,本发明实施例不做限制。

所述扫描模块,适于在所述控制模块的控制下,通过摆动,将所述分光模块透射的平行的激光脉冲反射至二维空间,并将二维空间的障碍物反射的激光脉冲的反射信号反射至所述分光模块。

在具体实施中,所述扫描模块可以扫描镜。

在本发明一实施例中,所述扫描模块为二维振镜,所述二维振镜可以在所述控制模块的控制下,在二维空间中进行自由摆动。

所述会聚模块,适于会聚所述分光模块反射的预设波长的激光脉冲的反射信号,以供所述探测模块12接收。

在具体实施中,所述会聚模块可以为透镜,即由一个或者多个,即两个或者两个以上透镜组成。

应用上述激光雷达系统,发射模块可以产生并发射预设波长的激光脉冲,探测模块可以接收并处理预设波长的激光脉冲的反射信号,通过针对不同的激光雷达系统设置不同的预设波长,每个激光雷达系统只发射其对应的预设波长的激光脉冲,并接收其对应的预设波长的激光脉冲的反射信号,可以以较低的成本,有效避免不同的激光雷达系统之间的干扰。

为使本领域技术人员更好地理解和实施本发明,本发明实施例提供了另一种激光雷达系统的结构示意图,如图2所示。

参见图2,所述激光雷达系统包括:位于同一轴线的光纤激光器21、准直透镜24、分光透镜25、振镜26,探测模块22、控制模块23和会聚透镜27。

所述光纤激光器21、所述准直透镜24、所述分光透镜25、所述振镜26、所述探测模块22、所述控制模块23和所述会聚透镜27的具体功能和位置关系与图1所示的激光雷达系统中对应模块的具体功能和位置关系一致,此处不再赘述。

在具体实施中,所述光纤激光器21在所述控制模块23的控制下,产生并发射预设波长为λ1的激光脉冲28,所述激光脉冲28经过所述准直透镜24后调整为平行的激光脉冲28,然后半透过所述分光透镜25,到达所述振镜26,所述振镜26在所述控制模块23的控制下,通过摆动将所述激光脉冲28反射至二维空间。当二维空间存在目标障碍物30时,所述目标障碍物30将所述激光脉冲28的反射信号29反射至所述振镜26,所述振镜26将所述反射信号29反射至所述分光透镜25,所述分光透镜25将所述反射信号29反射至所述会聚透镜27进行会聚,所述探测模块22在所述控制模块23的控制下,接收并处理所述会聚透镜27会聚后的所述反射信号29。由于所述光纤激光器21发射的所述激光脉冲28的预设波长为λ1,故所述探测模块22通过波长调制滤波器或多个窄带滤光片激光器对信号进行过滤,仅保留波长为λ1的反射信号,过滤掉其他波长,例如λ2、λ3的反射信号,然后基于波长为λ1的反射信号计算所述目标障碍物30的距离信息,可以有效抑制其他激光雷达的干扰,准确获取所述目标障碍物30的距离信息。

为使本领域技术人员更好地理解和实施本发明,本发明实施例还提供了一种发射激光脉冲的方法,采用上述任一种所述的激光雷达系统发射预设波长的激光脉冲。

参见图3,本发明一实施例给出了一种发射激光脉冲的方法的详细流程图,可以包括如下步骤:

步骤S301,确定待发射的激光脉冲的预设波长。

在具体实施中,可以针对不同的激光雷达系统,设置不同的预设波长,以避免不同激光雷达系统之间的干扰。

步骤S302,产生预设波长的激光脉冲。

在具体实施中,可以产生一个预设波长的激光脉冲,也可以产生多个预设波长的激光脉冲。当产生多个预设波长的激光脉冲时,需要采用波分复用器对不同预设波长的激光脉冲进行耦合。

在具体实施中,为了增加激光脉冲的信号强度,还可以对产生的预设波长的激光脉冲进行放大。

步骤S303,发射预设波长的激光脉冲。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行上述发射激光脉冲的方法的步骤。

本发明实施例提供一种激光雷达系统,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令,所述处理器运行所述计算机指令时执行上述发射激光脉冲的方法的步骤。

为使本领域技术人员更好地理解和实施本发明,本发明实施例还提供了一种接收激光脉冲的方法,采用上述任一种所述的激光雷达系统接收并处理预设波长的激光脉冲的反射信号,以获取障碍物的距离信息。

参见图4,本发明一实施例给出了一种接收激光脉冲的方法的详细流程图,可以包括如下步骤:

步骤S401,获取已发射的激光脉冲的预设波长。

在具体实施中,可以通过所述发射模块获取已发射的激光脉冲的预设波长,也可以通过所述控制模块获取已发射的激光脉冲的预设波长,还可以预先设置已发射的激光脉冲的预设波长,本发明实施例不做限制。

步骤S402,接收预设波长的激光脉冲的反射信号。

在具体实施中,为了避免激光雷达系统之间的干扰,在发射端,可以设置仅发射预设波长的激光脉冲,故在接收端,可以通过所述过滤子模块,过滤掉预设波长之外的其他光束的反射信号,仅保留预设波长的激光脉冲的反射信号进行探测接收。

在具体实施中,所述过滤子模块可以为波长可调谐滤波器,也可以为窄带滤光片,其主要作用是过滤掉所述预设波长的激光脉冲之外的其他光束的反射信号,仅保留所述预设波长的激光脉冲的反射信号。

步骤S403,处理预设波长的激光脉冲的反射信号,以获取障碍物的距离信息。

在具体实施中,由于激光脉冲的反射信号延迟时间长短可以用来计算障碍物的距离信息,故可以通过处理预设波长的激光脉冲的反射信号,获取障碍物的距离信息。

本发明实施例提供一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质为非易失性存储介质或非瞬态存储介质,其上存储有计算机指令,所述计算机指令运行时执行上述接收激光脉冲的方法的步骤。

本发明实施例提供一种激光雷达系统,包括存储器和处理器,所述存储器上存储有可在所述处理器上运行的计算机指令,所述处理器运行所述计算机指令时执行上述接收激光脉冲的方法的步骤。

本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成,该程序可以存储于一计算机可读存储介质中,存储介质可以包括:ROM、RAM、磁盘或光盘等。

虽然本发明披露如上,但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本发明的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

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