CN108303701A - 激光雷达系统、激光脉冲的发射方法及介质 - Google Patents
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Abstract
一种激光雷达系统、激光脉冲的发射方法及介质，所述激光雷达系统包括：发射模块，适于产生并发射多个不同波长的激光脉冲信号；扫描模块，适于将所述多个不同波长的激光脉冲信号分别以各自对应的散射角度射入目标空间，并接收所述目标空间反射的激光脉冲回波信号。应用上述方案，可以降低激光雷达系统的成本和复杂度。
Description
技术领域
本发明实施例涉及自动驾驶领域，尤其涉及一种激光雷达系统、激光脉冲的发射方法及介质。
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等各种领域。激光雷达系统包括激光发射系统和探测接收系统，激光发射系统向空间发射激光脉冲信号，激光脉冲信号遇到目标障碍物后反射并被探测接收系统所接收，通过测量激光脉冲信号的往返时间可测量目标障碍物的距离。例如，通过飞行时间(Time of Flight，TOF)方法可测量目标障碍物的距离，通过对整个目标区域进行扫描探测，最终可实现三维成像。
现有的激光雷达系统的发射系统通常采用一个激光器，一个激光器对应一种波长的激光束，然后通过扫描机构或多个激光发射、接收单元模块实现二维视场扫描。例如，通过二维扫描镜扫描，或通过多个配对的激光器和探测器及光学系统一同旋转扫描。
在无人驾驶领域，要求激光雷达具有高成像帧频、高分辨率、远测距能力、小体积、高可靠性、低成本等性能。现有的激光雷达系统采用二维扫描机构或多个激光发射、接收单元模块，结构复杂、成本较高。
发明内容
本发明实施例解决的技术问题是如何降低激光雷达系统的成本和复杂度。
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，适于产生并发射多个不同波长的激光脉冲信号；扫描模块，适于将所述多个不同波长的激光脉冲信号分别以各自对应的散射角度射入目标空间，并接收所述目标空间反射的激光脉冲回波信号。
可选地，所述发射模块，适于分时产生并发射所述多个不同波长的激光脉冲信号。
可选地，所述发射模块，适于同时产生并发射所述多个预设波长的激光脉冲信号。
可选地，所述发射模块为：波长可调谐激光器或者多波长激光器。
可选地，所述扫描模块为：扫描光栅。
可选地，所述激光雷达系统还包括：准直模块、分光模块、会聚模块和探测模块，所述准直模块、所述发射模块、所述分光模块、所述扫描模块位于同一轴线，其中：所述准直模块，适于将所述发射模块发射的激光脉冲信号调整为平行的激光脉冲信号；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信号、半反射所述扫描模块反射的激光脉冲回波信号；所述会聚模块，适于会聚所述分光模块反射的激光脉冲回波信号，以供所述探测模块接收；所述探测模块，适于接收并处理所述会聚模块会聚的激光脉冲回波信号，以获取障碍物的距离信息。
可选地，所述分光模块为以下任意一种：开孔反射镜、半透半反镜、偏振分光镜或采用镀膜方式的分光镜。
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激光脉冲的发射方法，采用上述任一种所述的激光雷达系统，发射多个不同波长的激光脉冲信号。
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上述任一种所述的激光脉冲的发射方法的步骤。
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任一种所述的激光脉冲的发射方法的步骤。
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：
发射模块产生并发射多个不同波长的激光脉冲信号；扫描模块将所述多个不同波长的激光脉冲信号分别以各自对应的散射角度射入目标空间，并接收所述目标空间反射的激光脉冲回波信号。通过将多个不同波长的激光脉冲信号色散至不同的角度，并射入目标空间，可以直接实现视场的扫描，扫描方式简单，系统复杂度低，便于集成化。故可以降低激光雷达系统的成本和复杂度。
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激光脉冲的发射方法的流程图。
具体实施方式
现有的激光雷达系统的发射系统通常采用一个激光器，一个激光器对应一种波长的激光束，然后通过扫描机构或多个激光发射、接收单元模块实现二维视场扫描。例如，通过二维扫描镜扫描，或通过多个配对的激光器和探测器及光学系统一同旋转扫描。现有的激光雷达系统结构复杂、成本较高。
本发明实施例中，通过将多个不同波长的激光脉冲信号色散至不同的角度，并射入目标空间，可以直接实现视场的扫描，扫描方式简单，系统复杂度低，便于集成化。故可以降低激光雷达系统的成本和复杂度。
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和扫描模块12，其中：
所述发射模块11，适于产生并发射多个不同波长的激光脉冲信号。
所述扫描模块12，适于将所述多个不同波长的激光脉冲信号分别以各自对应的散射角度射入目标空间，并接收所述目标空间反射的激光脉冲回波信号。
在具体实施中，所述多个为两个以上。
在具体实施中，所述发射模块11可以分时产生并发射所述多个不同波长的激光脉冲信号，也可以同时产生并发射所述多个不同波长的激光脉冲信号。
例如，在t1时刻，发射模块11可以同时产生并发射波长为λ1，λ2...λn的激光脉冲信号，n为大于1的正整数。
又如，在t1时刻，发射模块11产生并发射波长为λ1的激光脉冲信号；在t2时刻，发射模块11产生并发射波长为λ2的激光脉冲信号；...；在tn时刻，发射模块11产生并发射波长为λn的激光脉冲信号，n为大于1的正整数。
在具体实施中，当发射模块11同时产生多个不同波长的激光脉冲信号时，可以采用现有的波分复用器对不同预设波长的激光脉冲信号进行耦合和发射，本发明实施例不做赘述。
在具体实施中，可以根据实际的扫描需求确定多个不同的波长，然后设置所述发射模块11发送所述多个不同的波长，以实现色散扫描。
在本发明一实施例中，所述发射模块11为波长可调谐激光器，通过所述波长可调谐激光器产生并发射多个不同波长的激光脉冲信号。
在本发明另一实施例中，所述发射模块11为多波长激光器，通过所述多波长激光器产生并发射多个不同波长的激光脉冲信号。
在具体实施中，所述扫描模块可以为扫描光栅，所述扫描光栅可以将所述不同波长的激光脉冲信号色散至不同的角度，并射入目标空间；同时接收所述目标空间反射的激光脉冲回波信号，并反射至相关的模块，例如会聚模块。所述扫描光栅一方面通过将多个不同波长的激光脉冲信号以各自对应的散射角度射入目标空间，可以实现一维视场的扫描；另一方面，电机带动光栅旋转可以另外一维视场的扫描，故所述扫描光栅可以实现二维目标空间的扫描。利用TOF方法，可以实现三维激光雷达成像。
通过扫描光栅将多个不同波长的激光脉冲信号以各自对应的散射角度射入目标空间，可以确保发射光路和接收光路始终位于旋转轴上，扫描方式简单，系统紧凑，便于集成化。
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：准直模块(未示出)、会聚模块(未示出)、分光模块(未示出)和探测模块(未示出)，所述准直模块、所述发射模块、所述分光模块、所述扫描模块位于同一轴线，其中：
所述准直模块，适于将所述发射模块发射的激光脉冲信号调整为平行的激光脉冲信号。
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信号、半反射所述扫描模块反射的激光脉冲回波信号。
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。
所述会聚模块，适于会聚所述分光模块反射的激光脉冲回波信号，以供所述探测模块接收。
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。
所述探测模块，适于接收并处理所述会聚模块会聚的激光脉冲回波信号，以获取障碍物的距离信息。
应用上述方案，通过将多个不同波长的激光脉冲信号色散至不同的角度，并射入目标空间，可以直接实现视场的扫描，扫描方式简单，系统复杂度低，便于集成化。故可以降低激光雷达系统的成本和复杂度。
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：激光器21、准直透镜22、分光透镜23、扫描光栅24、会聚透镜25和探测器26，其中：
所述激光器21、所述准直透镜22、所述分光透镜23、所述扫描光栅24位于同一轴线；
所述激光器21，适于产生并发射n个不同波长的激光脉冲信号，分别为：λ1、λ2....n，其中n为大于1的正整数；
所述准直透镜22，适于将所述激光器21发射的激光脉冲信号调整为平行的激光脉冲信号；
所述分光透镜23，适于半透射所述准直透镜22调整后的平行的激光脉冲信号、半反射所述扫描光栅24反射的激光脉冲回波信号；
所述扫描光栅24，适于将λ1、λ2....n波长的激光脉冲信号分别以各自对应的散射角度射入目标空间，并将所述目标空间反射的激光脉冲回波信号反射至所述分光透镜23；
所述会聚透镜25，适于会聚所述分光透镜23反射的激光脉冲回波信号，以供所述探测器26接收；
所述探测器26，适于接收并处理所述会聚透镜25会聚的激光脉冲回波信号，以获取障碍物的距离信息。
在具体实施中，所述激光器21，产生并发射n个不同波长的激光脉冲信号，分别为：λ1、λ2....λn，其中n为大于1的正整数，所述激光脉冲信号经过所述准直透镜22后调整为平行的激光脉冲信号，然后半透过所述分光透镜23，到达所述扫描光栅24，所述扫描光栅24将n个不同波长的激光脉冲信号分别以各自对应的散射角度射入目标空间，并将所述目标空间反射的激光脉冲回波信号反射至所述分光透镜23，所述分光透镜23将激光脉冲回波信号反射至所述会聚透镜25进行会聚，所述探测器26，接收并处理所述会聚透镜25会聚后的激光脉冲回波信号。
由于扫描光栅可以将多个不同波长的激光脉冲信号以各自对应的散射角度射入目标空间，可以确保发射光路和接收光路始终位于旋转轴上，扫描方式简单，故系统紧凑，便于集成化。
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激光脉冲的发射方法，采用上述任一种所述的激光雷达系统发射不同波长的激光脉冲信号。
参见图3，本发明实施例提供了一种激光脉冲的发射方法的流程图，可以包括如下步骤：
步骤S301，确定待发射的激光脉冲信号的多个预设波长。
在具体实施中，可以根据不同的扫描需求，设置多个不同的预设波长，本发明实施例不做限制。
步骤S302，产生多个预设波长的激光脉冲信号。
在具体实施中，当同时产生多个预设波长的激光脉冲信号时，可以采用现有的波分复用器对不同预设波长的激光脉冲信号进行耦合和发射，本发明实施例不做赘述。
步骤S303，发射多个预设波长的激光脉冲信号。
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任一种所述方法对应的步骤，此处不再赘述。
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能够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任一种所述方法对应的步骤，此处不再赘述。
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。
Claims (10)
1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：
发射模块，适于产生并发射多个不同波长的激光脉冲信号；
扫描模块，适于将所述多个不同波长的激光脉冲信号分别以各自对应的散射角度射入目标空间，并接收所述目标空间反射的激光脉冲回波信号。
2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射模块，适于分时产生并发射所述多个不同波长的激光脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射模块，适于同时产生并发射所述多个预设波长的激光脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射模块为：
波长可调谐激光器或者多波长激光器。
5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述扫描模块为：
扫描光栅。
6.根据权利要求1至5任一项所述的激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统还包括：准直模块、分光模块、会聚模块和探测模块，所述准直模块、所述发射模块、所述分光模块、所述扫描模块位于同一轴线，其中：
所述准直模块，适于将所述发射模块发射的激光脉冲信号调整为平行的激光脉冲信号；
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信号、半反射所述扫描模块反射的激光脉冲回波信号；
所述会聚模块，适于会聚所述分光模块反射的激光脉冲回波信号，以供所述探测模块接收；
所述探测模块，适于接收并处理所述会聚模块会聚的激光脉冲回波信号，以获取障碍物的距离信息。
7.根据权利要求6所述的激光雷达系统，其特征在于，所述分光模块为以下任意一种：
开孔反射镜、半透半反镜、偏振分光镜或采用镀膜方式的分光镜。
8.根据权利要求6所述的激光雷达系统，其特征在于，所述准直模块或者所述会聚模块为透镜。
9.一种激光脉冲的发射方法，其特征在于，采用如权利要求1至8任一项所述的激光雷达系统，发射多个不同波长的激光脉冲信号。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，所述计算机指令运行时执行权利要求9所述的激光脉冲的发射方法的步骤。
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