CN102338875B - 一种多线扫描前视防撞激光雷达装置及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多线扫描前视防撞激光雷达装置及应用，该装置包括激光发射系统、多面体旋转扫描系统、激光接收探测系统和控制驱动系统，所述的激光发射系统、多面体旋转扫描系统、激光接收探测系统依次连接，所述的激光发射系统、多面体旋转扫描系统、激光接收探测系统分别与控制驱动系统连接；该装置的应用方法为：激光器(3)发射的窄脉冲光束照射到多面体反射镜(13)上，由于多面体反射镜(13)的各表面相对旋转轴有各不相同的小倾角，因而可在前视垂直路面方向上进行多线扫描，控制系统(1)结合数据给出相关的警告。与现有技术相比，本发明具有可获得很大的视场扫描范围，能探测障碍物的高度、位置信息等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种前视防撞激光雷达装置及应用，尤其是涉及一种多线扫描前视防撞激光雷达装置及应用。
背景技术
据统计，在高速公路上近45％的恶性事故都源于汽车追尾，而追尾的直接原因就是驾驶员对前面障碍难以看清或者注意力分散。最有效的降低事故的方法就是让车具有碰撞报警或主动避障功能。
车用雷达分为超声波雷达、红外雷达、激光雷达以及微波雷达。超声波雷达、红外雷达因其探测距离相对较短，目前，主要应用于汽车倒车控制系统。
激光雷达的优点是结构相对简单，具有高单色性、高方向性、相干性好、测量精度较高、探测距离远、能识别道路状况、价格便宜等特点。已有的防撞技术中虽有采用激光作为扫描信号，但现有的扫描方式存在缺陷，无法防止全路况的碰撞发生。
国家知识产权局公开的200610044077.4号专利申请公开了一种一维扫描激光雷达汽车防撞系统的技术方案，该方案的激光扫描装置采用一维扫描振镜发射一维扫描激光束，而一维扫描振镜背部则是固定在轴套上，轴套装在轴杆上，由轴杆的转动带动一维振镜的扫描。这种非旋转扫描方式其扫描频率不会太快，并且只是一维扫描，不满足车辆上坡下坡以及分辨护栏的需求。
国家知识产权局公开的200810014718.0号专利申请公开了一种二维扫描激光防撞雷达系统的技术方案，该方案的激光扫描装置是采用数字扫描组件DMD芯片和透镜组组成，利用DMD芯片发射，透镜组放大，构成一个二维激光扫描阵列。其扫描虽实现了二维扫描，但是，DMD芯片的扫描角尽管透过透镜组放大，扫描角也很小，并进一步导致光路复杂，且其相当昂贵，不便于广泛应用。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种可获得很大的视场扫描范围，能探测障碍物的高度、位置信息的多线扫描前视防撞激光雷达装置及应用。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：一种多线扫描前视防撞激光雷达装置，该装置包括激光发射系统、多面体旋转扫描系统、激光接收探测系统和控制驱动系统，所述的激光发射系统、多面体旋转扫描系统、激光接收探测系统依次连接，所述的激光发射系统、多面体旋转扫描系统、激光接收探测系统分别与控制驱动系统连接，。
所述的激光发射系统包括激光器和准直器，所述的激光器与准直器连接。
所述的多面体旋转扫描系统包括多面体转鼓、旋转电机和光电对，所述的旋转电机与多面体转鼓连接，可带动多面体转鼓旋转，所述的多面体转鼓的上端设置有多面体反射镜，多面体转鼓的下端为分割均匀的锯齿结构，所述的光电对设置在多面体转鼓的下端，可以测试出多面体转鼓的旋转角度。
所述的激光接收探测系统包括穿孔镜、接收透镜、APD探测器，所述的穿孔镜与接收透镜的光轴成45°角，穿孔镜的中心孔设置在激光发射的光轴上，其保证激光的发收同轴，所述的APD探测器放置在接收透镜的像面处。
所述的控制驱动系统包括控制系统、激光器驱动电路、电机驱动电路、测角电路和APD探测电路，所述的控制系统与激光器驱动电路、电机驱动电路、测角电路和APD探测电路分别连接，所述的激光器驱动电路与激光器连接，所述的电机驱动电路与旋转电机连接，所述的测角电路与光电对连接，所述的APD探测电路与APD探测器连接。
所述的多面体反射镜的面包括四面、六面。
所述的激光器发射极小发散角的准直窄脉冲光束。
一种多线扫描前视防撞激光雷达装置的应用方法为：控制系统控制激光器驱动电路，使激光器发射窄脉冲光束，窄脉冲光束经过准直器后形成发散角极小的窄脉冲光束，该光束通过穿孔镜的中心孔照射到多面体转鼓的上端的多面体反射镜，由于多面体反射镜的各表面相对旋转轴有各不相同的小倾角，当驱动电机驱动多面体转鼓旋转时，多面体反射镜的各表面可在前视垂直路面方向上进行多线扫描，当激光束照射到障碍物时，将产生回波脉冲，回波脉冲经过多面体转鼓的上端的多面体反射镜反射到穿孔镜，再由穿孔镜反射到接收透镜，接收透镜将回波脉冲聚焦于APD探测器上，APD探测电路根据APD探测器回波脉冲的强弱和延迟计算出与障碍物之间的距离和障碍物的方位；同时光电对通过对多面体转鼓下端的均匀锯齿计数，由测角电路反馈出障碍物的方位信息，控制系统结合上述数据可以给出障碍物的实时分布图，并给出相关的警告。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、通过多面体转鼓扫描可以获得很大的视场扫描范围，可以探测临近车道闯入的障碍；
2、多面体转鼓的每个反射面相对旋转轴有不同的偏角，每个扫描线所获得的目标在垂直方向上的位置是不一样的，从而为雷达获得不同高度的障碍信息以及分辨车道护栏、车辆上、下坡道提供了数据，提高了对障碍物的判断能力；
3、多面体转鼓下端的均匀锯齿结构可以用来计算转鼓的旋转角度，从而确定障碍物的方位。
附图说明
图1为多线扫瞄前视防撞激光雷达装置结构示意图；
图2为多面体转鼓的结构示意图。
图中1为控制系统、2为激光器驱动电路、3为激光器、4为准直器、5为穿孔镜、6为多面体转鼓、7为电机驱动电路、8为接收透镜、9为APD探测器、10为APD探测电路、11为光电对、12为测角电路、13为多面体反射镜、14为中心转轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例
如图1所示，一种多线扫描前视防撞激光雷达装置，该装置包括激光发射系统、多面体旋转扫描系统、激光接收探测系统和控制驱动系统，激光发射系统包括激光器3和准直器4，激光器3与准直器4连接；多面体旋转扫描系统包括多面体转鼓6、旋转电机和光电对11。旋转电机与多面体转鼓6连接，可带动多面体转鼓6旋转，多面体转鼓6的上端设置有多面体反射镜13，多面体转鼓6的下端为分割均匀的锯齿结构。光电对11设置在多面体转鼓6的下端，可以测试出多面体转鼓6的旋转角度；激光接收探测子系统包括穿孔镜5、接收透镜8、APD探测器9，穿孔镜5与接收透镜8的光轴成45°角，穿孔镜5的中心孔设置在激光发射的光轴上，其保证激光的发收同轴，APD探测器9设置在接收透镜8的像面处；控制驱动系统包括控制系统1、激光器驱动电路2、电机驱动电路7、测角电路12和APD探测电路10，控制系统1与激光器驱动电路2、电机驱动电路7、测角电路12和APD探测电路10分别连接。激光器驱动电路2与激光器3连接，电机驱动电路7与旋转电机连接，测角电路12与光电对11连接，APD探测电路10与APD探测器9连接。多面体反射镜13的各表面相对旋转轴各有一定的倾角，当多面体转鼓6旋转，其各表面可在前视垂直路面方向上进行多线扫描。多面体反射镜13为四面，可以扫描的角度为180°。
多线扫描前视防撞激光雷达装置的具体工作过程为：
1、由控制系统1控制激光器驱动电路2，使激光器3发射窄脉冲光束，窄脉冲光束经过准直器4后形成发散角极小的窄脉冲光束，该光束通过穿孔镜5的中心孔照射到多面体转鼓6的上端的多面体反射镜13，由于驱动电机驱动多面体转鼓6旋转，可以使光束在一维空间180°角快速地宽视场扫描(扫描视场角度由多面体的面数决定，例如四面体可以实现180度角的扫面，而六面体只可实现120度角的扫描)；
2、当激光束照射到障碍物时，将产生回波脉冲，回波脉冲经过多面体转鼓6的上端的多面体反射镜13反射到穿孔镜5，再由穿孔镜5反射到接收透镜8，接收透镜8将回波脉冲聚焦于APD探测器9上，APD探测电路10根据APD探测器9回波脉冲的强弱和延迟计算出与障碍物之间的距离和障碍物的方位；
3、光电对11通过对多面体转鼓6下端的均匀锯齿计数，由测角电路12反馈出障碍物的方位信息；
4、控制系统1结合上述数据可以给出障碍物的实时分布图，并给出相关的警告。
如图2所示，多面体转鼓11上端的多面体反射镜的各表面相对14旋转轴有各不相同的小倾角，倾角分别为±δ°、±2δ°，这样就可以获得在垂直方向上四线扫描的目标信息。为不同高度目标提供分辨能力，也为分辨车道护栏、车辆上、下坡道提供了数据，从而获得更好的障碍判断能力。
Claims (4)
1.一种多线扫描前视防撞激光雷达装置，其特征在于，该装置包括激光发射系统、多面体旋转扫描系统、激光接收探测系统和控制驱动系统，所述的激光发射系统、多面体旋转扫描系统、激光接收探测系统依次连接，所述的激光发射系统、多面体旋转扫描系统、激光接收探测系统分别与控制驱动系统连接；
所述的多面体旋转扫描系统包括多面体转鼓（6）、旋转电机和光电对（11），所述的旋转电机与多面体转鼓（6）连接，可带动多面体转鼓（6）旋转，所述的多面体转鼓（6）的上端设置有多面体反射镜（13），多面体转鼓（6）的下端为分割均匀的锯齿结构，所述的光电对（11）设置在多面体转鼓（6）的下端，可以测试出多面体转鼓（6）的旋转角度；
所述的激光接收探测系统包括穿孔镜（5）、接收透镜（8）、APD探测器（9），所述的穿孔镜（5）与接收透镜（8）的光轴成45°角，穿孔镜（5）的中心孔设置在激光发射的光轴上，其保证激光的发收同轴，所述的APD探测器（9）设置在接收透镜（8）的像面处。
2.根据权利要求1所述的一种多线扫描前视防撞激光雷达装置，其特征在于，所述的激光发射系统包括激光器（3）和准直器（4），所述的激光器（3）与准直器（4）连接。
3.根据权利要求1所述的一种多线扫描前视防撞激光雷达装置，其特征在于，所述的控制驱动系统包括控制系统（1）、激光器驱动电路（2）、电机驱动电路（7）、测角电路（12）和APD探测电路（10），所述的控制系统（1）与激光器驱动电路（2）、电机驱动电路（7）、测角电路（12）和APD探测电路（10）分别连接，所述的激光器驱动电路（2）与激光器（3）连接，所述的电机驱动电路（7）与旋转电机连接，所述的测角电路（12）与光电对（11）连接，所述的APD探测电路（10）与APD探测器（9）连接。
4.根据权利要求1所述的一种多线扫描前视防撞激光雷达装置，其特征在于，所述的激光器（3）发射极小发散角的准直窄脉冲光束。
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