CN103293531B - 一种激光雷达 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种激光雷达，属于雷达领域。激光雷达包括：用于产生单束激光的激光器和电源，该激光雷达还包括用于将激光器产生的单束激光分成多束激光并将多束激光射出的光学镜片、用于会聚被被测物体反射回的激光并将反射回的激光透射出去的透镜、第一光电探测器、第二光电探测器、以及用于测量雷达与被测物体之间的距离和/或相对速度的处理器；第一光电探测器和光学镜片设置在激光器产生的激光的光路上，第二光电探测器设置在透镜透射出的激光的光路上，处理器分别与激光器、第一光电探测器和第二光电探测器电连接，电源分别与激光器、第一光电探测器、第二光电探测器和处理器电连接。本发明减少激光雷达的成本。
Description
技术领域
本发明涉及雷达领域，特别涉及一种激光雷达。
背景技术
激光雷达广泛用于测量目标物体与其他物体之间的距离、以及其他物体相对于目标物体之间的速度，例如行驶中的汽车与周围障碍物之间的距离和相对速度。
以市场上主流的非扫描式激光雷达为例，简单介绍激光雷达的工作过程。非扫描式激光雷达包括一个激光器和一个接收器。激光器产生并发射一束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。接收器准确地测量光脉冲从发射到被反射回的传播时间。鉴于光速是已知的，测量出的传播时间即可被转换为对距离的测量。一个激光器产生的激光为单束激光，单束激光的探测范围比较小。随着人们对高安全性的要求，非扫描式激光雷达可以采用多个激光器，增大探测范围。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：采用多个激光器，增加了激光雷达的成本，从而导致采购激光雷达的开销变大。
发明内容
为了减少激光雷达的成本，本发明实施例提供了一种激光雷达。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种激光雷达，包括用于产生单束激光的激光器和电源，所述激光雷达还包括：用于将所述激光器产生的单束激光分成多束激光并将所述多束激光射出的光学镜片、用于会聚被被测物体反射回的激光并将所述反射回的激光透射出去的透镜、第一光电探测器、第二光电探测器、以及用于测量所述激光雷达与所述被测物体之间的距离和/或相对速度的处理器，所述第一光电探测器和所述光学镜片设置在所述激光器产生的激光的光路上，所述第二光电探测器设置在所述透镜透射出的激光的光路上，所述处理器分别与所述激光器、所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接，所述电源分别与所述激光器、所述第一光电探测器、所述第二光电探测器和所述处理器电连接；
所述激光雷达还包括第三光电探测器和用于将所述透镜透射出的激光隔成两部分的隔光板，所述第二光电探测器和所述第三光电探测器分别设置在所述隔光板的两侧；
所述处理器用于分别记录收到所述第一光电探测器、所述第二光电探测器、以及所述第三光电探测器发送的电脉冲信号的接收时间，并将所述第一光电探测器发送的电脉冲信号的接收时间作为激光的出射时间，将所述第二光电探测器和所述第三光电探测器发送的电脉冲信号的接收时间作为激光的反射时间；所述处理器用于根据所述出射时间与所述反射时间的时间差和光速，计算出所述激光雷达与所述被测物体之间的距离；
所述处理器还用于前后测量两次所述激光雷达与所述被测物体之间的距离，同时分别记录前后两次测量距离时的时间，并根据公式(d1-d2)/(t1-t2)计算得到所述激光雷达与所述被测物体之间的相对速度，其中，d1为前一次测量的距离，d2为后一次测量的距离，t1为前一次测量时的时间，t2为后一次测量时的时间。
可选地，所述激光雷达还包括第三光电探测器和用于将所述透镜透射出的激光隔成两部分的隔光板，所述第二光电探测器和所述第三光电探测器分别设置在所述隔光板的两侧。
可选地，所述激光雷达还包括放大滤波电路，所述第一光电探测器、所述第二光电探测器和所述第三光电探测器分别通过所述放大滤波电路与所述处理器电连接。
可选地，所述激光雷达还包括用于显示所述处理器测量的所述激光雷达与所述被测物体之间的距离和/或相对速度的显示器。
优选地，所述光学镜片射出两束激光，所述两束激光的水平发散角均为15°，垂直发散角均为11°，且所述两束激光在水平方向上存在1.5°重合。
优选地，所述光学镜片为衍射光栅或分光镜。
优选地，所述透镜为平凸透镜。
优选地，所述处理器为现场可编程门阵列。
优选地，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器均为PIN光电二极管。
可选地，所述处理器用于测量目标汽车与所述目标汽车前方障碍物之间的距离和/或相对速度，所述激光雷达还包括：用于将所述处理器测量的所述目标汽车与所述目标汽车前方障碍物之间的距离和/或相对速度传递给所述汽车的总线的控制器局域网络收发器。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过光学镜片将激光器产生的单束激光分成多束激光并将多束激光射出至被测物体上，能够增大激光雷达采用单个激光器时的探测范围，且光学镜片的成本低于多个激光器的成本，从而在增大激光雷达的探测范围的同时，减小了激光雷达的成本，使得采购激光雷达的开销降低，有益于该激光雷达的市场推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的又一种激光雷达的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的两束激光的水平发散角的示意图；
图4是本发明实施例提供的两束激光的垂直发散角的示意图；
图5是本发明实施例提供的两束激光在被测物体上形成的光斑的示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种激光雷达，参见图1，该激光雷达包括：用于产生单束激光的激光器1和电源2。该激光雷达还包括：用于将激光器1产生的单束激光分成多束激光并将多束激光射出的光学镜片3、用于会聚被被测物体A反射回的激光并将反射回的激光透射出去的透镜4、第一光电探测器5、第二光电探测器6、以及用于测量激光雷达与被测物体A之间的距离和/或相对速度的处理器7。第一光电探测器5和光学镜片3设置在激光器1产生的激光的光路上，第二光电探测器6设置在透镜4透射出的激光的光路上，处理器7分别与激光器1、第一光电探测器5和第二光电探测器6电连接，电源2分别与激光器1、第一光电探测器5、第二光电探测器6和处理器7电连接。
本发明实施例提供的上述激光雷达带来的有益效果是：通过光学镜片将激光器产生的单束激光分成多束激光并将多束激光射出至被测物体上，能够增大激光雷达采用单个激光器时的探测范围，且光学镜片的成本低于多个激光器的成本，从而在增大激光雷达的探测范围的同时，减小了激光雷达的成本，使得采购激光雷达的开销降低，有益于该激光雷达的市场推广。
实施例二
本发明实施例提供了一种激光雷达，参见图2，该激光雷达包括：用于产生单束激光的激光器1和电源2。该激光雷达还包括：用于将激光器1产生的单束激光分成多束激光并将多束激光射出的光学镜片3、用于会聚被被测物体A反射回的激光并将反射回的激光透射出去的透镜4、第一光电探测器5、第二光电探测器6、以及用于测量激光雷达与被测物体A之间的距离和/或相对速度的处理器7。
第一光电探测器5和光学镜片3设置在激光器1产生的激光的光路上，第二光电探测器6设置在透镜4透射出的激光的光路上，处理器7分别与激光器1、第一光电探测器5和第二光电探测器6电连接，电源2分别与激光器1、第一光电探测器5、第二光电探测器6和处理器7电连接。
激光器1可以包括激光驱动器和与激光驱动器电连接的激光二极管。激光驱动器用于在处理器7的指示下驱动激光二极管。激光二极管用于在激光驱动器的驱动下，产生单束激光。
优选地，参见图3和图4，光学镜片3可以射出两束激光(将激光器1产生的单束激光分成两束激光)，该两束激光的水平发散角均为15°，垂直发散角均为11°，且该两束激光在水平方向上存在1.5°重合。该两束激光在被测物体A上形成的光斑如图5所示。
光学镜片3可以包括棱镜、衍射光栅和分光镜。优选地，该光学镜片3可以为衍射光栅或分光镜。
优选地，透镜4可以为平凸透镜。
第一光电探测器5用于探测激光器1产生的激光。当探测到激光时，第一光电探测器5将产生一个电脉冲信号，并将该电脉冲信号发送给处理器7。
可选地，参见图2，该激光雷达还可以包括第三光电探测器8和用于将透镜4透射出的激光隔成两部分的隔光板9，第二光电探测器6和第三光电探测器8分别设置在隔光板9的两侧。优选地，隔光板9沿透镜4透射出的激光的方向垂直设置在透镜上。进一步地，隔光板9将透镜4透射出的激光隔成平均的两部分。
第二光电探测器6和第三光电探测器8用于探测透镜4透射出的激光。与第一光电探测器5的工作过程相同，第二光电探测器6和第三光电探测器8探测到激光时，将产生一个电脉冲信号，并将该电脉冲信号发送给处理器7。优选地，第一光电探测器5、第二光电探测器6和第三光电探测器8均可以为PIN光电二极管。
由于隔光板9将透镜4透射出的激光隔成两部分，因此，第二光电探测器6和第三光电探测器8分别只能探测其中一部分激光。处理器7通过判断接收的电脉冲信号是由第二光电探测器6或第三光电探测器8发送的，就能够知道反射回的激光的方向(反射回的激光是从透镜哪部分透射出的)，从而知道被测物体A相对于激光雷达的方位。
可选地，该激光雷达还包括放大滤波电路10，第一光电探测器5和第二光电探测器6通过放大滤波电路10与处理器7电连接。第三光电探测器8也通过放大滤波电路10与处理器7电连接。且放大滤波电路10与电源2电连接。具体地，第一光电探测器5将产生的电脉冲信号发送给放大滤波电路10。放大滤波电路10将该电脉冲信号进行滤波和放大，并将放大后的电脉冲信号转换为处理器7可以识别的电压信号发送给处理器7。基于同样的原理，放大滤波电路10还用于对第二光电探测器6和第三光电探测器8产生的电脉冲信号进行放大滤波处理。
处理器7用于分别记录收到第一光电探测器5和第二光电探测器6(和第三光电探测器8)发送的电脉冲信号的接收时间，并将第一光电探测器5发送的电脉冲信号的接收时间作为激光的出射时间，将第二光电探测器6(和第三光电探测器8)发送的电脉冲信号的接收时间作为激光的反射时间。根据该出射时间与反射时间的时间差和光速，计算出激光雷达与被测物体A之间的距离。
具体地，处理器7可以每10ms进行一轮距离测量，每轮测量发出100-200个激光脉冲，周期为30us，占空比为0.1％(30ns)，获得100-200个结果之后取平均值。
进一步地，处理器7还用于前后测量两次激光雷达与被测物体A之间的距离，同时分别记录前后两次测量距离时的时间，根据公式(d1-d2)/(t1-t2)得到激光雷达与被测物体A之间的相对速度，d1为前一次测量的距离，d2为后一次测量的距离，t1为前一次测量时的时间，t2为后一次测量时的时间。
具体地，处理器7可以每50ms进行一次相对速度的测量，1s的间隔时间内能够获取20个测量结果，并实时对这20个结果进行滑动平均处理：每50ms更新一个测量结果后，将已获取的20个测量结果中最先获取的那个测量结果扔掉，加入最新更新的测量结果，从而实时更新20个测量结果，然后对更新后的20个测量结果取平均值。通过滑动平均处理的测量结果，能够计算出激光雷达与被测物体A之间的实时相对速度。
优选地，处理器7可以为FPGA(Field－ProgrammableGateArray，现场可编程门阵列)。
可选地，该激光雷达还包括用于显示处理器7测量的激光雷达与被测物体A之间的距离和/或相对速度的显示器(图中未示出)，显示器分别与电源2和处理器7电连接。另外，通过显示器，还可以显示处理器7测量的被测物体A相对于激光雷达的方位。
本发明实施例提供的上述激光雷达带来的有益效果是：通过光学镜片将激光器产生的单束激光分成多束激光并将多束激光射出至被测物体上，能够增大激光雷达采用单个激光器时的探测范围，且光学镜片的成本低于多个激光器的成本，从而在增大激光雷达的探测范围的同时，减小了激光雷达的成本，使得采购激光雷达的开销降低，有益于该激光雷达的市场推广。
进一步地，通过隔光板将透镜透射出的激光隔为两部分，同时，第二光电探测器和第三光电探测器分别探测其中一部分透射出的激光，使得处理器能够测量出被测物体相对于雷达的方位。
实施例三
本发明实施例提供了一种激光雷达，该激光雷达可以应用在汽车上，以测量目标汽车与目标汽车前方障碍物之间的距离和/或相对速度。具体地，该激光雷达可以安装在汽车内的后视镜上，或者汽车的前挡风玻璃上。该激光雷达的结构同本发明实施例一或二中描述的激光雷达的结构，该激光雷达的处理器用于测量目标汽车与目标汽车前方障碍物之间的距离和/或相对速度。所不同的是，当该激光雷达安装在汽车上时，该激光雷达还包括用于将处理器测量的目标汽车与目标汽车前方障碍物之间的距离和/或相对速度传递给汽车的总线的CAN(ControllerAreaNetwork，控制器局域网络)收发器，CAN收发器分别与处理器和汽车总线电连接。
具体地，CAN收发器可以每10ms将处理器测量的距离和/或相对速度发送至汽车的总线。汽车的总线再将测量的距离和/或相对速度传递给连在总线上的其他设备。
此外，当该激光雷达安装在汽车上时，可以通过隔光板将透镜透射出的激光分成左右两部分，且将第二光电探测器设置在隔光板的左侧，将第三光电探测器设置在隔光板的右侧。这里的左右，均指目标汽车的方位的左右。这样，当目标汽车的前方存在障碍物时，若第二光电探测器和第三光电探测器同时发送电信号，则表明目标汽车前方的障碍物处于正前方，若只有第二光电探测器发送电信号，则表明目标汽车前方的障碍物处于左前方，反之，若只有第三光电探测器发送电信号，则表明目标汽车前方的障碍物处于右前方。
本发明实施例提供的上述激光雷达带来的有益效果是：通过光学镜片将激光器产生的单束激光分成多束激光并将多束激光射出至被测物体上，能够增大激光雷达采用单个激光器时的探测范围，且光学镜片的成本低于多个激光器的成本，从而在增大激光雷达的探测范围的同时，减小了激光雷达的成本，使得采购激光雷达的开销降低，有益于该激光雷达的市场推广。
进一步地，通过CAN收发器将处理器测量的目标汽车与障碍物之间的距离和/或相对速度传递至汽车的总线，便于连在总线上的其他设备能够共享目标汽车与障碍物之间的距离和/或相对速度，提高了其他设备的工作效率。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种激光雷达，包括用于产生单束激光的激光器和电源，其特征在于，
所述激光雷达还包括：用于将所述激光器产生的单束激光分成多束激光并将所述多束激光射出的光学镜片、用于会聚被被测物体反射回的激光并将所述反射回的激光透射出去的透镜、第一光电探测器、第二光电探测器、以及用于测量所述激光雷达与所述被测物体之间的距离和/或相对速度的处理器，所述第一光电探测器和所述光学镜片设置在所述激光器产生的激光的光路上，所述第二光电探测器设置在所述透镜透射出的激光的光路上，所述处理器分别与所述激光器、所述第一光电探测器和所述第二光电探测器电连接，所述电源分别与所述激光器、所述第一光电探测器、所述第二光电探测器和所述处理器电连接；
所述激光雷达还包括第三光电探测器和用于将所述透镜透射出的激光隔成两部分的隔光板，所述第二光电探测器和所述第三光电探测器分别设置在所述隔光板的两侧；
所述处理器用于分别记录收到所述第一光电探测器、所述第二光电探测器、以及所述第三光电探测器发送的电脉冲信号的接收时间，并将所述第一光电探测器发送的电脉冲信号的接收时间作为激光的出射时间，将所述第二光电探测器和所述第三光电探测器发送的电脉冲信号的接收时间作为激光的反射时间；所述处理器用于根据所述出射时间与所述反射时间的时间差和光速，计算出所述激光雷达与所述被测物体之间的距离；
所述处理器还用于前后测量两次所述激光雷达与所述被测物体之间的距离，同时分别记录前后两次测量距离时的时间，并根据公式(d1-d2)/(t1-t2)计算得到所述激光雷达与所述被测物体之间的相对速度，其中，d1为前一次测量的距离，d2为后一次测量的距离，t1为前一次测量时的时间，t2为后一次测量时的时间。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括放大滤波电路，所述第一光电探测器、所述第二光电探测器和所述第三光电探测器分别通过所述放大滤波电路与所述处理器电连接。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括用于显示所述处理器测量的所述激光雷达与所述被测物体之间的距离和/或相对速度的显示器。
4.根据权利要求1-3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述光学镜片射出两束激光，所述两束激光的水平发散角均为15°，垂直发散角均为11°，且所述两束激光在水平方向上存在1.5°重合。
5.根据权利要求1-3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述光学镜片为衍射光栅或分光镜。
6.根据权利要求1-3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述透镜为平凸透镜。
7.根据权利要求1-3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述处理器为现场可编程门阵列。
8.根据权利要求1-3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述第一光电探测器和所述第二光电探测器均为PIN光电二极管。
9.根据权利要求1-3任一项所述的激光雷达，其特征在于，所述处理器用于测量目标汽车与所述目标汽车前方障碍物之间的距离和/或相对速度，所述激光雷达还包括：用于将所述处理器测量的所述目标汽车与所述目标汽车前方障碍物之间的距离和/或相对速度传递给所述汽车的总线的控制器局域网络收发器。
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| CN103293531A (zh) | 2013-09-11 |
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