CN106353765A - 二维激光雷达测距装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二维激光雷达测距装置及方法，单点测距系统能够进行360度旋转且用于利用差频相位式激光测距方式对待测二维区域内的各单点进行测距。角度传感器用于测量单点测距系统旋转的角度。主控器用于接收单点相位式测距系统输出的距离信息及角度传感器输出的角度信息，并根据距离信息及角度信息进行数据融合以输出相应的二维距离信息。因此本发明基于激光在空气中的传播速度即可完成二维测距，无需进行复杂的光学对准过程。另外，单点测距系统对单点进行测距时能够利用若干光尺同时进行测量，由于光尺越多测量精度越高，再加上可以实现多光尺连续测量，因此提高了测量速度、测量精度，扩大了应用范围。

Description

二维激光雷达测距装置及方法

技术领域

本发明涉及激光测距技术领域，特别是涉及一种二维激光雷达测距装置及方法。

背景技术

激光测距技术由于激光的单色性好、方向性强等特点，加上电子线路半导体化集成化，与光电测距相比，不仅可以日夜作业、而且能提高测距精度，显著减少重量和功耗，使测量到人造地球卫星、月球等远目标的距离变成现实。

基于三角法的二维激光雷达测距技术是一种较为常用的测距方法，该方法是将激光器、被测物体和图像传感器分别放置在三个点上，构成三角形的几何结构。在测距时，由激光器发射一束激光，入射至被测物体表面后发生漫反射，反射光经成像镜透镜聚焦，成像在图像传感器的光敏面上，再通过计算机得到光斑的图像信息，最后经数字处理计算出光斑的中心位置。然而，该方法对接收器件的要求比较高，基于光学器件对准的复杂性，使得测距速度较慢。另外，该方法的测量精度受光学系统和成像系统的限制，因此测距范围通常仅有6米，应用范围较窄。

发明内容

基于此，有必要针对如何克服传统基于三角法的二维激光雷达测距技术应用范围窄及测距速度慢的问题，提供一种二维激光雷达测距装置及方法。

一种二维激光雷达测距装置，包括：

单点测距系统，能够进行360度旋转且用于利用差频相位式激光测距方式对待测二维区域内的各单点进行测距；同时，所述单点测距系统在对各所述单点进行测距时，能够利用若干光尺同时进行测量；

角度传感器，用于测量所述单点测距系统旋转的角度；及

主控器，分别与所述单点测距系统、角度传感器电连接；所述主控器用于接收所述单点测距系统输出的距离信息及所述角度传感器输出的角度信息，并根据所述距离信息及所述角度信息进行数据融合以输出相应的二维距离信息。

在其中一个实施例中，还包括：

旋转机构，用于带动所述单点测距系统和所述主控器进行转动；

旋转驱动器，用于驱动所述旋转机构进行旋转；及

固定机构，用于安装所述旋转驱动器。

在其中一个实施例中，还包括：

第一无线通信系统，安装于所述旋转机构上并与所述主控器电连接；及

第二无线通信系统，安装于所述固定机构上并用于与所述第一无线通信系统之间无线传输数据。

在其中一个实施例中，还包括：

能量发射系统，安装于所述固定机构上并用于获取电能；及

能量接收系统，安装于所述旋转机构上并分别与所述主控器、单点测距系统电连接；所述能量接收系统用于无线接收所述能量发射系统发射的电能，并用于对所述主控器和单点测距系统进行供电。

在其中一个实施例中，还包括：

通信接口，安装于所述固定机构上并与所述第二无线通信系统电连接，且所述通信接口用于连接外部设备。

在其中一个实施例中，所述单点测距系统包括：

频率综合电路，用于产生若干种不同频率光尺对应的本振信号和主振信号；

激光调制发射电路，与所述频率综合电路连接，并用于利用各光尺对应的所述主振信号同时对激光进行调制并发射至相应所述单点；

激光接收电路，用于接收从相应所述单点处反射的测距信号；

若干信号处理电路，均与所述频率综合电路连接；各所述信号处理电路分别用于将相应光尺对应的本振信号和主振信号进行混频并得出参考信号，且各所述信号处理电路还用于分别从所述测距信号中筛选出相应光尺对应的单频测距信号、并将所述单频测距信号与本振信号进行混频得出光路信号；

主控电路，分别与所述频率综合电路、各信号处理电路连接；所述主控电路用于控制所述频率综合电路、信号处理电路运行，且所述主控电路还用于根据各所述光尺对应的所述参考信号、光路信号得出被测距离。

一种二维激光雷达测距方法，应用于二维激光雷达测距装置中，所述二维激光雷达测距装置包括：单点测距系统、角度传感器及主控器；所述单点测距系统能够进行360度旋转且用于利用差频相位式激光测距方式对待测二维区域内的各单点进行测距；同时，所述单点测距系统在对各所述单点进行测距时，能够利用若干光尺同时进行测量；所述角度传感器用于测量所述单点测距系统旋转的角度；所述方法由所述主控器执行，并包括：

控制所述单点测距系统、角度传感器分别采集待测二维区域内初始单点对应的距离信息、角度信息；

接收所述单点测距系统、角度传感器分别输出的更新后的距离信息、角度信息；

根据所述距离信息和所述角度信息进行数据融合以输出相应单点的二维距离信息；同时，判断所述待测二维区域内仍有单点未进行测距时，控制所述单点测距系统、角度传感器分别采集待测二维区域内下一个单点对应的距离信息、角度信息，之后继续执行接收所述距离信息和所述角度信息的步骤，依次循环，直至所述待测二维区域内的所有单点均完成测距为止。

在其中一个实施例中，控制所述单点测距系统、角度传感器分别采集待测二维区域内初始单点对应的距离信息、角度信息的步骤之前还包括：

接入电源后控制所述单点测距系统停止运行。

在其中一个实施例中，接入电源后控制所述单点测距系统停止运行的步骤之后包括：

接收控制信号；

根据所述控制信号的类型判断是否需进入扫描模式，若是，控制单点测距系统开始运行，并执行控制所述单点测距系统、角度传感器分别采集待测二维区域内初始单点对应的距离信息、角度信息的步骤；否则，进入相应的其他工作模式。

在其中一个实施例中，所述其他工作模式包括停机模式、休眠模式及查询信息模式中的一种或两种以上；

在所述停机模式下，所述二维激光雷达测距装置停止运行；在所述休眠模式下，所述单点测距系统停止运行；在所述查询模式下，所述主控器反馈所述二维激光雷达测距装置的相应状态值。

上述二维激光雷达测距装置及方法具有的有益效果为：单点测距系统能够进行360度旋转且用于利用差频相位式激光测距方式对待测二维区域内的各单点进行测距。角度传感器用于测量单点测距系统旋转的角度。主控器用于接收单点相位式测距系统输出的距离信息及角度传感器输出的角度信息，并根据距离信息及角度信息进行数据融合以输出相应的二维距离信息。故单点测距系统每旋转一次，主控器即可得到相应单点的二维距离信息。当单点测距系统旋转360度后，即可最终得出待测二维区域内所有单点的二维距离信息，从而完成整个二维测距过程。

因此，该二维激光雷达测距装置及方法只需通过单点测距系统、角度传感器及主控器基于激光在空气中的传播速度即可完成二维测距，无需进行复杂的光学对准过程。另外，单点测距系统对单点进行测距时能够利用若干光尺同时进行测量，由于光尺越多测量精度越高，再加上可以实现多光尺连续测量，因此提高了测量速度、测量精度，扩大了应用范围。故该二维激光雷达测距装置及方法能够满足高速测距以及中远距离测距的要求，从而达到二维多点高精度测距的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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实施例的附图。

图1为一实施例提供的二维激光雷达测距装置的电路连接图；

图2为图1所示实施例的二维激光雷达测距装置中单点测距系统的电路连接图；

图3为图2所示实施例的单点测距系统的其中一种具体电路连接图；

图4为图1所示实施例的二维激光雷达测距装置的其中一种具体组成结构示意图；

图5为由图1所示实施例的主控器执行的二维激光雷达测距方法的流程图；

图6为图5所示实施例的二维激光雷达测距方法的其中一种具体流程图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1所示，一实施例提供了一种二维激光雷达测距装置。该二维激光雷达测距装置包括单点测距系统100、主控器200及角度传感器300。其中，主控器200分别与单点测距系统100、角度传感器300电连接。

单点测距系统100能够进行360度旋转且用于利用差频相位式激光测距方式对待测二维区域内的各单点进行测距。因此，单点测距系统100每旋转一个角度，即可对相应单点进行测距，当单点测距系统100旋转360度后，即可实现二维多点连续测距。

其中，差频相位式激光测距方式设本振信号为：主振信号为：s(t)＝Bsin(ωt+β₀)

主振信号往返待测距离D后产生的相位延迟:Δβ＝ωΔt，接收的测距信号为：

r(t)＝Bsin(ωt+β₀+Δβ)

分别将测距信号、主振信号与本振信号混频再经过低通滤波，得到低频的光路信号、参考信号。那么参考信号与光路信号的相位差：

测量距离为:

$D=\frac{1}{2}C\mathrm{\Δ}t=\frac{1}{2}C\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\β}}{\mathrm{\ω}}=\frac{C}{2}\frac{\mathrm{\Δ}\mathrm{\β}}{2\mathrm{\π}f}=\frac{C}{2f}\frac{(2n\mathrm{\π}+2\mathrm{\Δ}n\mathrm{\π})}{2\mathrm{\π}}=L_{\mathrm{\λ}}(n+\mathrm{\Δ}n)$

其中，C：光在真空中传播的速度；ω_L:本振信号角频率；:本振信号初始相位；ω：主振信号角频率；β₀：主振信号初始相位；Δβ：主振信号经过距离2D的相位延迟；λ:主振信号的波长；称为光尺；n＝0，1，2，3.....，0＝<Δn<1。

另外，单点测距系统100在对各单点进行测距时，能够利用若干光尺同时进行测量。在差频相位式激光测距方式中，利用多光尺进行测量时，最大的光尺决定了测距的量程，最小的光尺决定了测距的精度，因此通过采用多光尺能够同时实现测距的大量程和高精度要求。另外，该单点测距系统100使得多光尺同时进行测量，故在整个测距过程中无需切换光尺和等待信号稳定，从而实现了连续测量，极大地提高了测量频率。

角度传感器300，用于测量单点测距系统100旋转的角度，并将测量的角度信号发送至主控器200。由于单点测距系统100的旋转角度与相应单点对应的角度呈一一对应的关系，故每当单点测距系统100旋转一个角度后，角度传感器300则输出与单电测距系统100相应的一个角度信息，即能得出与相应各单点对应的角度信息。

由于单点测距系统100只能实现固定单点的连续测距，其输出的数据只包含单点距离信息。故要想实现二维测距，还必须添加角度信息，因此本实施例通过角度传感器300即可获取待测二维区域内各单点对应的角度信息。其中，角度传感器300可以为光电编码器等。

主控器200用于接收单点测距系统100输出的距离信息及角度传感器300输出的角度信息，并根据该距离信息及角度信息进行数据融合以输出相应的二维距离信息。其中，二维距离信息是指带有角度的距离信息，从而与二维测距相匹配。故本实施例中，单点测距系统100每旋转一次并测量相应单点的距离信息，同时角度传感器300测量相应的角度信息，那么主控器200根据单点测距系统100和角度传感器300采集的数据即可得到相应单点的二维距离信息。最后当单点测距系统旋转360度后，即可得出待测二维区域内所有单点的二维距离信息，从而完成整个二维测距过程。

因此，该二维激光雷达测距装置只需通过单点测距系统100、角度传感器300及主控器200基于激光在空气中的传播速度即可完成二维测距，无需进行复杂的光学对准过程。另外，单点测距系统100对单点进行测距时能够利用若干光尺同时进行测量，由于光尺越多测量精度越高，再加上可以实现多光尺连续测量，因此提高了测量速度、测量精度，扩大了应用范围。故该二维激光雷达测距装置能够满足高速测距以及中远距离测距的要求，从而达到二维多点高精度测距的目的。

具体的，单点测距系统100的结构组成原理如图2、图3所示。单点测距系统100包括频率综合电路110、激光调制发射电路120、激光接收电路130、若干信号处理电路140及主控电路150。其中，主控电路150分别与频率综合电路110、各信号处理电路140连接。频率综合电路110还分别与激光调制发射电路120、各信号处理电路140连接。需要说明的是，图2、图3中仅以包括2路信号处理电路140为例进行说明，但信号处理电路140的数量根据实际待测距离应选用的光尺数量还可以为其他不同的数量。

频率综合电路110，用于产生若干种不同频率光尺对应的本振信号和主振信号。其中，本振信号用于混频从而将高频信号变成中频或低频信号。主振信号，一方面直接与本振信号进行混频，另一方面用于通过往返待测距离而形成测距信号。本实施例中，任一光尺均对应一对本振信号和主振信号，且任一对本振信号和主振信号之间具有一个稳定且较小的频率差。同时，光尺的种类根据测距量程来选择，以保证能够达到测距的量程、精度和要求。具体的，频率综合电路110可以为锁相环，由于锁相环能够得到高稳定度低漂移的频率信号，因此能够提高测距的精度。

激光调制发射电路120，用于利用各光尺对应的主振信号同时对激光进行调制并发射至相应单点。其中，激光调制后形成的激光发射信号携带有若干频率，且激光调制发射电路120采用单发射的方式进行发射。

具体的，如图3所示，激光调制发射电路120包括调制信号合成器122及激光器121。其中，调制信号合成器122分别与激光器121、频率综合电路110连接。频率综合电路110将所有光尺对应的主振信号发送至调制信号合成器122中。同时，调制信号合成器122用于将所有光尺对应的主振信号叠加为一个多频调制信号并加载至激光器121，从而对激光器121产生的激光进行多频率同时调制。激光器121用于向相应单点发射被上述多频调制信号调制后的激光发射信号，从而实现单发射方式。激光器121可以为半导体激光二极管。另外，为了使激光聚焦，减少发散，激光调制发射电路120还可包括激光准直系统(图中未示出)，从而提高激光器121发射激光的有效利用率。

激光接收电路130，用于接收从相应单点处反射的测距信号。发射信号往返待测距离后产生相位延迟后形成该测距信号。同理，激光接收电路130采用单接收的方式接收测距信号。

本实施例中，任一光尺均对应一个信号处理电路140，即任一信号处理电路140均用于对适应自身频率的单频测距信号、主振信号进行处理。因此当激光接收电路130接收到测距信号并发送至各信号处理电路140后，各信号处理电路140即能同时对相应各频率的单频测距信号进行处理。各信号处理电路140用于将相应光尺的本振信号和主振信号进行混频并得出参考信号，从而能够得出参考信号的相位。同时，各信号处理电路140还用于分别从由激光接收电路130发送的测距信号中筛选出相应光尺对应的单频测距信号、并将该单频测距信号与本振信号进行混频得出光路信号，从而得出光路信号的相位。其中，相应光尺对应的单频测距信号，具体是指与该信号处理电路140允许通过频率相同的单频测距信号。最终，不同的信号处理电路140分别得出相应不同频率的参考信号及光路信号，相当于同时得出了多光尺的测量数据。

具体的，信号处理电路140包括依次连接的选频滤波器141、切换单元142、第一混频单元143及模数转换单元144。其中，切换单元142还与主控电路150连接。第一混频单元143还与频率综合电路110连接。模数转换单元144还与主控电路150连接。

选频滤波器141用于从激光接收电路130接收的测距信号中筛选出相应光尺对应的单频测距信号，并将该单频测距信号发送至切换单元142。选频滤波器141具体可以为带通滤波器。

切换单元142用于分别接收选频滤波器141发送的单频测距信号、频率综合电路110发送的主振信号，并在主控电路150的控制下从主振信号和单频测距信号中选出主控电路150指定的一个信号并输出至第一混频单元143。例如，频率综合电路110输出各光尺对应的本振信号和主振信号后，主控电路150及时控制切换单元142选通主振信号的通道，以便后续对主振信号进行混频而得出参考信号。当得到参考信号后，主控电路150及时控制切换单元142选通单频测距信号的通道，以便当切换单元142接收到选频滤波器141发送的单频测距信号后，继续对单频测距信号进行后续的混频处理以得出光路信号。因此，主控电路150利用上述控制方式能够有效节约测距过程共经历的时间，从而进一步提高测量效率。具体的，切换单元142为二选一开关或其他能够进行切换的器件。

第一混频单元143用于接收切换单元142选通通道的信号，并用于将切换单元142输出的主振信号或单频测距信号与本振信号进行混频以得出模拟参考信号或模拟光路信号。其中，模拟参考信号、模拟光路信号均为模拟信号。因此，当切换单元142选通主振信号后，第一混频单元143最终得出模拟参考信号；当切换单元142选通单频测距信号后，第一混频单元143最终得出模拟光路信号。

模数转换单元144用于接收第一混频单元143混频后得出的模拟参考信号或模拟光路信号，并将模拟参考信号或模拟光路信号进行模数转换得出参考信号或光路信号。最后模数转换单元144将参考信号或光路信号发送主控电路150。其中，参考信号、光路信号均为数字信号，以便于主控电路150进行后续的处理。

主控电路150用于控制频率综合电路110、信号处理电路140运行。其中，主控电路150可以控制频率综合电路110产生的频率种类、控制各信号处理电路140在测量参考信号和光路信号之间进行切换。同时，主控电路150还用于根据各光尺对应的参考信号、光路信号得出被测距离，从而完成整个测距过程。其中，主控电路150可以得出各光尺对应的参考信号与光路信号之间的相位差，再根据相位差与待测距离之间的关系即可得出相应单点的距离信息。

因此，上述单点测距系统100采用多频率同时调制激光和单发射单接收的方式进行测距，使得多光尺同时测量，在整个测距过程中无需切换光尺和等待信号稳定；同时，由于参考信号无需经过光路相位稳定，因此只需在激光测距系统上电后测量一次即可，那么在之后的测量过程中进一步减少了在参考信号及光路信号之间进行切换的时间，从而实现了光路信号的连续测量，极大地提高了测量频率。

进一步的，如图4所示，二维激光雷达测距装置还包括旋转机构510、旋转驱动器400及固定机构520。其中，旋转机构510用于带动单点测距系统100和主控器200进行转动。同时，旋转机构510至少可以进行360度旋转。旋转驱动器400，用于驱动旋转机构510进行旋转。具体的，旋转驱动器400可以为电机。固定机构520，用于安装旋转驱动器400。

本实施例中，角度传感器300可以采用光路为反射式的光电编码器来测量角度，光电编码器通常包括光栅码盘、光源、光敏元件等器件。那么，在旋转驱动器400为电机的情况下，将光栅码盘同轴安装于电机的输出轴上，将光源、光敏元件等元件放置于旋转机构510上，并使光敏元件与主控器200电连接。因此，当电机的输出轴发生转动后，光敏元件即可输出相应的角位移，并发送至主控器200。由于单点测距系统100跟随旋转机构510进行旋转，因此由光敏元件输出的角位移与单点测距系统100的旋转角度呈一一对应的关系，进而可以得出相应单点对应的角度信息。进一步的，在上述情况下，角度传感器300中的光源可以直接采用单点测距系统100中的激光器121，从而进一步简化该二维激光雷达测距装置的结构。

另外，角度传感器300也可以采用光路为透射式的光电编码器来测量角度。同样在旋转驱动器400为电机的情况下，将光栅码盘同轴安装于电机的输出轴上，将光源安装于固定机构520上，而将光敏元件安装于旋转机构510上，并使光敏元件与主控器200电连接。在该情况下，光敏元件同样能够将测量的角位移发送至主控器200，从而得出相应单点对应的角度信息。可以理解的是，角度传感器300不限于上述两种情况，还可以选用其他类型的传感器，只要能够测量单点测距系统100的旋转角度，并发送至主控器100中即可。

进一步的，如图4所示，二维激光雷达测距装置还包括第一无线通信系统600及第二无线通信系统700。其中，第一无线通信系统600安装于旋转机构510上，并与主控器200电连接。第二无线通信系统700安装于固定机构520上并用于与第一无线通信系统600之间无线传输数据。其中，第一无线通信系统600、第二无线通信系统700可以利用射频信号来实现无线通信的功能。

那么，在保证旋转机构510能够正常旋转的情况下，主控器200则能够通过第一无线通信系统600及第二无线通信系统700与固定机构520上的相关器件进行正常通信，例如主控器200可以将各单点的二维距离信息无线传输至固定机构520上的相关器件；或者主控器200也可在测距过程中无线控制固定机构520上相关器件的运行状态。故本实施例利用无线通信的方式简化了结构的设计，且便于对测距过程进行控制。

可以理解的是，二维激光雷达测距装置内不限于第一无线通信系统600及第二无线通信系统700的上述情况，只要在旋转机构510旋转的情况下，使得主控器200能够及时将计算得出的二维距离信息发送至对应外部设备即可。例如，若在测距过程中无需主控器200控制固定机构520上相关器件的运行状态的情况下，也可只在旋转机构510上设置无线通信模块，且该无线通信模块可以通过无线网络与相应外部设备进行通信。那么，主控器200测得的数据即可通过该无线通信电路实时传输至相应外部设备。

进一步的，二维激光雷达测距装置还包括能量发射系统810和能量接收系统820。能量发射系统810与能量接收系统820可以实现无线电能传输功能。其中，能量发射系统810安装于固定机构510上并用于获取电能。具体的，能量发射系统810将接入的电能转换为可以无线发射的能量。能量接收系统820安装于旋转机构520上，并分别与主控器200、单点测距系统100电连接。同时，能量接收系统820用于无线接收能量发射系统810发射的电能，并用于对主控器200和单点测距系统100进行供电。具体的，能量发射系统810与能量接收系统820例如可以利用电磁耦合、电磁共振等方式来实现无线供电。

因此，本实施例通过无线供电的方式能够保证在旋转机构510旋转的过程中，使得旋转机构510上的器件仍然能够持续供电，从而降低了系统结构的复杂性。

可以理解的是，二维激光雷达测距装置内不限于能量发射系统810和能量接收系统820的上述情况，只要保证在整个二维测距过程中旋转机构510上的各器件能够正常供电即可。例如：若旋转机构510上设有还第一无线通信系统600或角度传感器300中的光敏元件等，则能量接收系统820还与这些元件电连接。

进一步的，二维激光雷达测距装置还包括通信接口900。通信接口900安装于固定机构520上，并与第二无线通信系统700电连接，且该通信接口900用于连接外部设备。其中，通信接口900例如为USB转串口模块，那么PC或其他外部设备即可通过通信接口900来控制二维激光雷达测距装置内相关器件的运行状态，或者可以接收主控器200得出的二维距离信息。因此，本实施例通过设置通信接口900可以实现二维激光雷达测距装置与外部设备进行通信的功能。

可以理解的是，二维激光雷达测距装置的具体结构不限于上述情况，只要能够使单点测距系统100进行旋转，并使得主控器200能够获得单点测距系统100及角度传感器300输出的数据即可。例如，也可将主控器200安装于固定机构520上，这时主控器200可通过第一无线通信系统600来控制单点测距系统100的运行，并接收单点测距系统100输出的距离信息。

进一步的，本实施例还提供了一种二维激光雷达测距方法。该二维激光雷达测距方法应用于上述二维激光雷达测距装置中，并由主控器200执行。如图5所示，该方法包括以下内容。

步骤S150.控制单点测距系统100、角度传感器300分别采集待测二维区域内初始单点对应的距离信息、角度信息。

其中，每个单点对应的距离信息、角度信息可以为一帧数据。主控器200控制单点测距系统100以高帧率连续采样，从而提高测距速度。同时，在该步骤中，主控器200还可以先对单点测距系统100进行初始化，以设置其工作模式、工作帧率等参数，之后再执行步骤S150。

需要说明的是，主控器200还可以通过第一无线通信系统600、第二无线通信系统700来控制旋转驱动器400的运行状态。具体来说，主控器200首先控制旋转驱动器400开始运行，并使得单点测距系统100旋转至与上述初始单点对应的角度，然后再执行步骤S150。在其他实施例中，也可在固定机构510上另外设置一个控制器来控制旋转驱动器400的运行状态，且该控制器以上述相同的方式来控制旋转驱动器400。

步骤S160.接收单点测距系统100、角度传感器300分别输出的更新后的距离信息、角度信息。

在每次循环过程中，单点测距系统100、角度传感器300分别测量不同单点对应的距离信息、角度信息，故主控器200即可接收相应不同单点的距离信息和角度信息。

步骤S170.根据步骤S160得到的距离信息和角度信息进行数据融合以输出相应单点的二维距离信息。

因此，在每次循环过程中，主控器200通过执行步骤S170即可得出相应单点的二维距离信息。

步骤S180.判断待测二维区域内是否仍有单点未进行测距，若是，执行步骤S190，否则结束。

步骤S190.控制单点测距系统100、角度传感器300分别采集待测二维区域下一个单点对应的距离信息、角度信息，之后继续执行步骤S160，依次循环，直至待测二维区域的所有单点均完成测距为止。

需要说明的是，执行步骤S190前，主控器200或其他控制器通过控制旋转驱动器400使得单点测距系统100旋转至下一个单点对应的角度。之后，单点测距系统100、角度传感器300即可采集更新后单点的距离信息、角度信息。

另外，步骤S180和步骤S170是同时执行的，即主控器100在获取实时测量的单点对应的距离信息和角度信息后，立即开始驱动单点测距系统100对下一个单点开始进行采样，因此本实施例中数据的采集和数据的处理、输出是同时进行的，从而进一步提高了测距的速度。

因此，本实施例提供的上述二维激光雷达测距方法只需通过单点测距系统100、角度传感器300及主控器200基于激光在空气中的传播速度即可完成二维测距，无需进行复杂的光学对准过程。另外，单点测距系统100对单点进行测距时能够利用若干光尺同时进行测量，由于光尺越多测量精度越高，再加上可以实现多光尺连续测量，因此提高了测量速度、测量精度，扩大了应用范围。故该二维激光雷达测距方法能够满足高速测距以及中远距离测距的要求，从而达到二维多点高精度测距的目的。

进一步的，如图6所示，上述二维激光雷达测距方法在步骤S150之前还包括以下步骤。

步骤S110.接入电源后控制单点测距系统100停止运行。

步骤S120.接收控制信号。

其中，控制信号可以由外部设备通过通信接口900输入，并通过第二无线通信系统700、第一无线通信系统600传输至主控器200。同时，控制信号可以为串口数据，当主控器200接收到串口数据后，发生串口中断，并进入到请求处理状态。

步骤S131.根据控制信号的类型判断是否需进入扫描模式，若是，则执行步骤S140，否则执行步骤S132。

控制信号的类型与工作模式是一一对应的，类型不同，代表的工作模式也不同。工作模式可以包括停机模式、休眠模式、扫描模式或查询信息模式。其中，只有在扫描模式下才能实现二维测距。在停机模式下，二维激光雷达测距装置停止运行。在休眠模式下，单点测距系统100停止运行。在查询信息模式下，主控器200将会向外部设备反馈该二维激光雷达测距装置的相应状态值，例如运行状态值、固件版本值。因此，根据控制信号的不同，二维激光雷达测距装置将进入相应的工作状态或反馈数据。

步骤132.进入相应的其他工作模式。

其中，其他工作模式包括上述停机模式、休眠模式及查询信息模式中的一种或两种以上。另外，查询信息模式还可以在二维激光雷达测距装置处于扫描模式、休眠模式等状态的过程中执行，同时，当主控器200反馈信息成功后，即查询信息模式执行完毕后，二维激光雷达测距装置即可继续恢复至之前的工作状态，例如扫描模式。

步骤S140.控制单点测距系统100开始运行，之后开始执行上述步骤S150。

由于在二维激光雷达测距装置中，相比其他设备，单点测距系统100的耗电量较大，因此通过执行步骤S110，仅将单点测距系统100切换至停止运行状态，既可以节约能源消耗，又能在控制信号到达且对应扫描模式时，只需开启单点测距系统100，即可使该二维激光雷达测距装置快速进入二维测距状态，从而保证测距响应的及时性。

可以理解的是，二维激光雷达测距方法的具体执行步骤不限于上述情况，只要能够提高二维测距的测量速度、测量精度，并扩大适用范围即可。

图5、图6为本发明实施例的方法的流程示意图。应该理解的是，虽然图5、图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，其可以以其他的顺序执行。而且，图5、图6中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，其执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其他步骤或者其他步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种二维激光雷达测距装置，其特征在于，包括：

单点测距系统，能够进行360度旋转且用于利用差频相位式激光测距方式对待测二维区域内的各单点进行测距；同时，所述单点测距系统在对各所述单点进行测距时，能够利用若干光尺同时进行测量；

角度传感器，用于测量所述单点测距系统旋转的角度；及

主控器，分别与所述单点测距系统、角度传感器电连接；所述主控器用于接收所述单点测距系统输出的距离信息及所述角度传感器输出的角度信息，并根据所述距离信息及所述角度信息进行数据融合以输出相应的二维距离信息。

2.根据权利要求1所述的二维激光雷达测距装置，其特征在于，还包括：

旋转机构，用于带动所述单点测距系统和所述主控器进行转动；

旋转驱动器，用于驱动所述旋转机构进行旋转；及

固定机构，用于安装所述旋转驱动器。

3.根据权利要求2所述的二维激光雷达测距装置，其特征在于，还包括：

第一无线通信系统，安装于所述旋转机构上并与所述主控器电连接；及

第二无线通信系统，安装于所述固定机构上并用于与所述第一无线通信系统之间无线传输数据。

4.根据权利要求2所述的二维激光雷达测距装置，其特征在于，还包括：

能量发射系统，安装于所述固定机构上并用于获取电能；及

能量接收系统，安装于所述旋转机构上并分别与所述主控器、单点测距系统电连接；所述能量接收系统用于无线接收所述能量发射系统发射的电能，并用于对所述主控器和单点测距系统进行供电。

5.根据权利要求3所述的二维激光雷达测距装置，其特征在于，还包括：

通信接口，安装于所述固定机构上并与所述第二无线通信系统电连接，且所述通信接口用于连接外部设备。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的二维激光雷达测距装置，其特征在于，所述单点测距系统包括：

频率综合电路，用于产生若干种不同频率光尺对应的本振信号和主振信号；

激光调制发射电路，与所述频率综合电路连接，并用于利用各光尺对应的所述主振信号同时对激光进行调制并发射至相应所述单点；

激光接收电路，用于接收从相应所述单点处反射的测距信号；

若干信号处理电路，均与所述频率综合电路连接；各所述信号处理电路分别用于将相应光尺对应的本振信号和主振信号进行混频并得出参考信号，且各所述信号处理电路还用于分别从所述测距信号中筛选出相应光尺对应的单频测距信号、并将所述单频测距信号与本振信号进行混频得出光路信号；

主控电路，分别与所述频率综合电路、各信号处理电路连接；所述主控电路用于控制所述频率综合电路、信号处理电路运行，且所述主控电路还用于根据各所述光尺对应的所述参考信号、光路信号得出被测距离。

7.一种二维激光雷达测距方法，其特征在于，应用于二维激光雷达测距装置中，所述二维激光雷达测距装置包括：单点测距系统、角度传感器及主控器；所述单点测距系统能够进行360度旋转且用于利用差频相位式激光测距方式对待测二维区域内的各单点进行测距；同时，所述单点测距系统在对各所述单点进行测距时，能够利用若干光尺同时进行测量；所述角度传感器用于测量所述单点测距系统旋转的角度；所述方法由所述主控器执行，并包括：

控制所述单点测距系统、角度传感器分别采集待测二维区域内初始单点对应的距离信息、角度信息；

接收所述单点测距系统、角度传感器分别输出的更新后的距离信息、角度信息；

根据所述距离信息和所述角度信息进行数据融合以输出相应单点的二维距离信息；同时，判断所述待测二维区域内仍有单点未进行测距时，控制所述单点测距系统、角度传感器分别采集待测二维区域内下一个单点对应的距离信息、角度信息，之后继续执行接收所述距离信息和所述角度信息的步骤，依次循环，直至所述待测二维区域内的所有单点均完成测距为止。

8.根据权利要求7所述的二维激光雷达测距方法，其特征在于，控制所述单点测距系统、角度传感器分别采集待测二维区域内初始单点对应的距离信息、角度信息的步骤之前还包括：

接入电源后控制所述单点测距系统停止运行。

9.根据权利要求8所述的二维激光雷达测距方法，其特征在于，接入电源后控制所述单点测距系统停止运行的步骤之后包括：

接收控制信号；

根据所述控制信号的类型判断是否需进入扫描模式，若是，控制单点测距系统开始运行，并执行控制所述单点测距系统、角度传感器分别采集待测二维区域内初始单点对应的距离信息、角度信息的步骤；否则，进入相应的其他工作模式。

10.根据权利要求9所述的二维激光雷达测距方法，其特征在于，所述其他工作模式包括停机模式、休眠模式及查询信息模式中的一种或两种以上；

在所述停机模式下，所述二维激光雷达测距装置停止运行；在所述休眠模式下，所述单点测距系统停止运行；在所述查询模式下，所述主控器反馈所述二维激光雷达测距装置的相应状态值。