CN109557547A - 激光雷达、距离测量和/或速度确定方法及存储介质 - Google Patents

激光雷达、距离测量和/或速度确定方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了激光雷达、距离测量和/或速度确定方法、存储介质及电子装置，该方法包括：发射连续频率可调的第一激光光束；将包括在所述第一激光光束中的第二激光光束反射到目标体，以及反射由所述目标体反射回来的第三激光光束；接收所述第一激光光束中包括的第四激光光束、与所述激光发射单元相邻的其他组内的激光发射单元发射的第五激光光束以及所述第三激光光束，利用所述第四激光光束和所述第三激光光束形成第一拍频信号以及利用所述第五激光光束和所述第三激光光束形成第二拍频信号，并输出所述第一拍频信号和所述第二拍频信号；基于所述第一拍频信号和所述第二拍频信号确定所述激光雷达距离所述目标体的距离和/或所述目标体的运动速度。

Description

激光雷达、距离测量和/或速度确定方法及存储介质
技术领域
本发明涉及通信领域，具体而言，涉及一种激光雷达、距离测量和/或速度确定方法、存储介质及电子装置。
背景技术
激光雷达是一种利用激光束来探测目标距离的电子装置。可用于探测静止物体的距离、外形等参数，也可用于探测运动物体的外形、速度、角速度等参数，被广泛的应用于交通调查、自动驾驶、机器人、测绘等场景。目前主流的激光雷达方案采用飞行时间(Time ofFlight，简称文TOF)计数，通过给目标连续发送光脉冲，然后用传感器接收从物体返回的光，通过探测这些光脉冲发射和接收光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。TOF计数方案无法通过单次测量获取运动物体速度等动态信息，且抗干扰能力弱，对接收信号的强度要求较高；此外，现有的基于调频连续波的激光雷达都是单点测量，无法实现多点测量或动态测量，测量范围小。
针对相关技术中存在的无法实现对运动物体的进行多点测量以及进行速度测量的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
本发明实施例提供了一种激光雷达、距离测量和/或速度确定方法、存储介质及电子装置，以至少解决相关技术中存在的无法实现对运动物体的进行多点测量以及进行速度测量的问题。
根据本发明的一个实施例，提供了一种激光雷达，包括：至少两组距离测量设备，每一组距离测量设备中包括一个激光发射单元，一个MEMS振镜，一个信号接收单元以及主控模块，其中，对于任一组距离测量设备：所述激光发射单元用于发射连续频率可调的第一激光光束；所述MEMS振镜用于将接收到的包括在所述第一激光光束中的第二激光光束反射到目标体，以及将由所述目标体反射回来的第三激光光束反射给所述信号接收单元；所述信号接收单元用于接收所述第一激光光束中包括的第四激光光束、与所述激光发射单元相邻的其他组内的激光发射单元发射的第五激光光束以及所述MEMS振镜反射回来的所述第三激光光束，利用所述第四激光光束和所述第三激光光束形成第一拍频信号以及利用所述第五激光光束和所述第三激光光束形成第二拍频信号，并将所述第一拍频信号和所述第二拍频信号输出给主控模块；所述主控模块用于基于所述第一拍频信号和所述第二拍频信号确定所述激光雷达距离所述目标体的距离和/或所述目标体的运动速度。
根据本发明的一个实施例，提供了一种距离测量方法，应用于前述实施例所述的激光雷达中包括的任一组距离测量设备中，其中，所述方法包括：发射连续频率可调的第一激光光束；将包括在所述第一激光光束中的第二激光光束反射到目标体，以及反射由所述目标体反射回来的第三激光光束；接收所述第一激光光束中包括的第四激光光束、与所述激光发射单元相邻的其他组内的激光发射单元发射的第五激光光束以及所述第三激光光束，利用所述第四激光光束和所述第三激光光束形成第一拍频信号以及利用所述第五激光光束和所述第三激光光束形成第二拍频信号，并输出所述第一拍频信号和所述第二拍频信号；基于所述第一拍频信号和所述第二拍频信号确定所述激光雷达距离所述目标体的距离和/或所述目标体的运动速度。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种存储介质，所述存储介质中存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被设置为运行时执行上述方法实施例中的步骤。
根据本发明的又一个实施例，还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，所述处理器被设置为运行所述计算机程序以执行上述方法实施例中的步骤。
通过本发明，由于在激光雷达中包括有多组距离测量设备，从而可以实现目标体的多点测量，此外由于每组距离测量设备中包括的激光发射单元都可以用于发射连续频率可调的激光光束，因此可以实现目标体的实时速度的检测。因此，有效解决了相关技术中存在的无法实现对运动物体的进行多点测量以及进行速度测量的问题，进而实现了对运动物体进行多点测量以及进行速度测量的目的。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是根据本发明实施例的距离测量和/或速度的确定方法的流程图；
图2是根据本发明实施例的激光雷达的结构框图；
图3是根据本发明实施例的激光雷达组成图；
图4是根据本发明实施例的调频连续波的距离、速度的计算原理示意图。
具体实施方式
下文中将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
针对相关技术中存在的缺陷或改进需求，在本发明实施例中提供了一种基于调频连续波的探测范围扩大的激光雷达，可完成对探测范围内目标距离、速度的实时探测。
在本发明实施例中提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括：至少两组距离测量设备，每一组距离测量设备中包括一个激光发射单元，一个MEMS振镜，一个信号接收单元以及主控模块，其中，对于任一组距离测量设备：所述激光发射单元用于发射连续频率可调的第一激光光束；所述MEMS振镜用于将接收到的包括在所述第一激光光束中的第二激光光束反射到目标体，以及将由所述目标体反射回来的第三激光光束反射给所述信号接收单元；所述信号接收单元用于接收所述第一激光光束中包括的第四激光光束、与所述激光发射单元相邻的其他组内的激光发射单元发射的第五激光光束以及所述MEMS振镜反射回来的所述第三激光光束，利用所述第四激光光束和所述第三激光光束形成第一拍频信号以及利用所述第五激光光束和所述第三激光光束形成第二拍频信号，并将所述第一拍频信号和所述第二拍频信号输出给主控模块；所述主控模块用于基于所述第一拍频信号和所述第二拍频信号确定所述激光雷达距离所述目标体的距离和/或所述目标体的运动速度。在本实施利中，每组距离测量设备均可以执行上述操作，且每组距离测量设备中的激光发射单元所发射的激光光束的频率可以是相同的，也可以是不同的，或者几个组的相同几个组的不同。此外，各组距离测量设备中包括的主控模块可以为同一个主控模块，也就是说，在激光雷达中，可以仅设置一个主控模块。另外，还需要说明的是，各组距离测量设备中包括的激光发射单元可以集成在一个激光发射模块中，且在该激光发射模块中，各个激光发射单元依次设置。各组距离测量设备中包括的MEMS振镜可以集成在一个MEMS反射模块中，且为依次设置。各组距离测量设备中包括的信号接收单元可以集成在一个信号接收模块中，且为依次设置。
通过上述实施例，由于在激光雷达中包括有多组距离测量设备，从而可以实现目标体的多点测量，此外由于每组距离测量设备中包括的激光发射单元都可以用于发射连续频率可调的激光光束，因此可以实现目标体的实时速度的检测。因此，有效解决了相关技术中存在的无法实现对运动物体的进行多点测量以及进行速度测量的问题，进而实现了对运动物体进行多点测量以及进行速度测量的目的。
在一个可选的实施例中，所述激光雷达所包括的全部信号接收单元的数量与全部激光发射单元的数量相同，且全部信号接收单元和全部激光发射单元分别对应设置在每一组距离测量设备中；所述激光雷达所包括的全部MEMS振镜的数量小于或等于全部激光发射单元的数量，且不同组的距离测量设备中包括的MEMS振镜相同或不同。在本实施例中，MEMS振镜的数量可能会小于激光发射单元的数量，所以可能会存在多组距离测量设备共用同一个MEMS振镜的情况。
在一个可选的实施例中，所述第一激光光束由所述第二激光光束、所述第四激光光束以及第六激光光束构成，其中，所述第六激光光束被发送至与所述信号接收单元相邻的其他组内的信号接收单元。
在一个可选的实施例中，所述第二激光光束在所述第一激光光束中的占比为98％，所述第四激光光束在所述第一激光光束中的占比为1％，以及所述第六激光光束在所述第一激光光束中的占比为1％。需要说明的是，上述占比划分为一个可选的实施例，若有必要，在实际应用中也可以对上述占比进行适当的调整。
在一个可选的实施例中，所述激光发射器包括：可调谐激光器，用于发射连续频率可调的所述第一激光光束；分束器，用于将所述第一激光光束分束成所述第二激光光束，所述第四激光光束以及所述第六激光光束；准直光路，用于对所述第二激光光束进行准直处理，并将进行了所述准直处理之后的第二激光光束发射给所述MEMS振镜。
在一个可选的实施例中，所述激光雷达的全部激光发射单元中包括的可调谐激光器中具有至少两个不同的频率调整周期；和/或，所述分束器为1×3光纤耦合器。
在一个可选的实施例中，所述信号接收单元包括：合束器，用于对所述第四激光光束和所述第三激光光束进行合束形成所述第一拍频信号以及对所述第五激光光束和所述第三激光光束进行合束形成所述第二拍频信号；光电传感器，用于对所述第一拍频信号进行光电转换以及对所述第二拍频信号进行光电转换；信号处理电路，用于对进行了光电转换后的第一拍频信号进行预定处理(例如，进行滤波放大以及模数转换处理)，以及对进行了光电转换后的第二拍频信号进行预定处理(例如，进行滤波放大以及模数转换处理)，并将处理后的各信号发射给所述主控模块。
在一个可选的实施例中，所述信号接收单元包括两组合束器，光电传感器和信号处理电路；和/或，所述合束器为2×1光纤耦合器；和/或，所述信号处理电路包括滤波电路、放大电路以及模数转电路。
在一个可选的实施例中，所述主控模块还用于执行以下操作至少之一：通过控制所述MEMS振镜进行平移来调整所述第二激光光束与所述MEMS振镜之间的角度；控制所述激光发射单元按照预定周期性变化的频率发射所述第一激光光束；数据处理；数据通信；对所述激光雷达的状态进行检测。在本实施例中，第二激光光束射向MEMS振镜时，与该振镜之间会形成一定的夹角，进而再被该振镜反射到目标体上，而随着夹角的调整，第二激光光束反射到目标体上的位置也会随时改变。进而可以实现目标体的多点位置测量。
在一个可选的实施例中，当所述主控模块用于控制所述激光发射单元按照预定周期性变化的频率发射所述第一激光光束时，所述预定周期性变化的频率f＝fn(t)，其中，fn(t)为第n个所述激光发射单元中包括的可调谐激光器的以时间t为参数的频率变化周期函数。
在一个可选的实施例中，所述主控模块用于通过以下方式确定所述激光雷达距离所述目标体的距离：通过预定算法(例如，数字信号处理DSP傅立叶变换)计算得到两组分别对应所述第一拍频信号和所述第二拍频信号的多组频率差；对所述多组频率差进行联立求解得到所述距离小于时的距离的具体值，其中，c为光速，T3为所述第四激光光束的频率调整周期T1和所述第五激光光速的频率调整周期T2的最小公倍数(该T3值可以是除了该最小公倍数之外的其他数值，例如，可以是与该最小公倍数相差(包括大于或小于)预定值的一个数值，该预定值可以是一个数值范围，也可以是一个固定的值，具体取值可以根据实际情况进行调整)。由于T3是T1和T2的公倍数，即，扩大了周期T，因此，可以有效扩大测距范围。
在相关技术中基于调频连续波的激光雷达可以实现单次测量得到运动物体速度信息，但是现有可调谐激光器调频范围较窄，在保证调频分辨率的前提下，调频周期无法做到很大，从而影响探测量程，而在本实施例中，可以实现可调谐激光器调频范围相对较大，进而实现扩大探测量程的目的。
在一个可选的实施例中，所述主控模块包括：嵌入式控制芯片及外围电路。
在本实施例中提供了一种运行于上述激光雷达中包括的任一组距离测量设备中的距离测量方法，图1是根据本发明实施例的距离测量和/或速度的确定方法的流程图，如图1所示，该流程包括如下步骤：
步骤S102，发射连续频率可调的第一激光光束；
步骤S104，将包括在所述第一激光光束中的第二激光光束反射到目标体，以及反射由所述目标体反射回来的第三激光光束；
步骤S106，接收所述第一激光光束中包括的第四激光光束、与所述激光发射单元相邻的其他组内的激光发射单元发射的第五激光光束以及所述第三激光光束，利用所述第四激光光束和所述第三激光光束形成第一拍频信号以及利用所述第五激光光束和所述第三激光光束形成第二拍频信号，并输出所述第一拍频信号和所述第二拍频信号；
步骤S108，基于所述第一拍频信号和所述第二拍频信号确定所述激光雷达距离所述目标体的距离和/或所述目标体的运动速度。
通过上述实施例，由于在激光雷达中包括有多组距离测量设备，从而可以实现目标体的多点测量，此外由于每组距离测量设备中包括的激光发射单元都可以用于发射连续频率可调的激光光束，因此可以实现目标体的实时速度的检测。因此，有效解决了相关技术中存在的无法实现对运动物体的进行多点测量以及进行速度测量的问题，进而实现了对运动物体进行多点测量以及进行速度测量的目的。
在一个可选的实施例中，发射连续频率可调的第一激光光束包括：将所述第一激光光束分束成所述第二激光光束、所述第四激光光束以及第六激光光束；发射分束后的所述第二激光光束、所述第四激光光束以及第六激光光束。
在一个可选的实施例中，所述第二激光光束在所述第一激光光束中的占比为98％，所述第四激光光束在所述第一激光光束中的占比为1％，以及所述第六激光光束在所述第一激光光束中的占比为1％。
在一个可选的实施例中，输出所述第一拍频信号和所述第二拍频信号包括：对所述第一拍频信号进行光电转换以及对所述第二拍频信号进行光电转换；对进行了光电转换后的第一拍频信号进行预定处理(例如，进行滤波放大以及模数转换处理)，以及对进行了光电转换后的第二拍频信号进行预定处理(例如，进行滤波放大以及模数转换处理)，并将处理后的各信号发射给所述主控模块。
在一个可选的实施例中，在反射由所述目标体反射回来的所述第三激光光束之后，所述方法还包括：通过控制所述MEMS振镜进行平移来调整所述第二激光光束与所述MEMS振镜之间的角度。
在一个可选的实施例中，基于所述第一拍频信号和所述第二拍频信号确定所述激光雷达距离所述目标体的距离包括：通过预定算法(例如，数字信号处理DSP傅立叶变换)计算得到两组分别对应所述第一拍频信号和所述第二拍频信号的多组频率差；对所述多组频率差进行联立求解得到所述距离小于时的距离的具体值，其中，c为光速，T3为所述第四激光光束的频率调整周期T1和所述第五激光光速的频率调整周期T2的最小公倍数。
下面结合具体实施例对本发明进行说明：
图2是根据本发明实施例的激光雷达的结构框图，如图2所示，该激光雷达包括：激光发射模块、MEMS反射模块、信号接收模块以及主控模块。
其中，激光发射模块由n个(n大于等于2)激光发射单元组成，每个激光发射单元由频率线性可调的可调谐激光器、分束器及准直光路组成；MEMS反射模块由m个(m小于等于n，且大于等于2)与激光发射单元对应的MEMS振镜组成，其与对应激光发射单元出射光束方向的夹角是可调的；信号接收模块由n个信号接收单元组成，每个信号接收单元由合束器、光电传感器及信号处理电路组成；主控模块控制激光发射模块发出频率连续线性调整的激光。
可选地，在上述实施例中，所述分束器可以为1×3光纤耦合器，每个信号接收单元由两组合束器、光电传感器及信号处理电路组成(其中，一个合束器、一个光电传感器及一个信号处理电路为一组)。
在一个可选的实施例中，上述n个激光发射单元具有至少两个不同的频率调整周期。本实施例可以利用n个频率调整周期不同的激光发射单元，在实现多点探测的同时，也扩大了探测距离。
在一个可选的实施例中，n个所述激光发射单元及所述信号接收单元可分为m组，每组所述激光发射单元及所述信号接收单元对应一个所述MEMS振镜，且每组中的所述激光发射单元的初始光束平行设置，所述信号接收单元的合束器角度一致。
在一个可选的实施例中，所述激光发射单元的可调谐激光器输出频率连续变化的激光；所述可调谐激光器出射激光(对应于前述的第一激光光束)经所述分束器分为3部分：x％光束经所述准直光路准直形成初始光束L1(对应于前述的第二激光光束)，射向所述MEMS振镜；y％光束作为第一参考光束L2(对应于前述的第四激光光束)射向本激光发射单元对应的所述信号接收单元的合束器；z％光束作为第二参考光束L3(对应于前述的第六激光光束)、射向相邻激光发射单元对应的所述信号接收单元的合束器(x+y+z＝100)，同时，相邻激光发射单元经分束后的光束也会有一部分作为第二参考光束L3(对应于前述的第五激光光束)射入本激光发射单元对应的所述信号接收单元的合束器。
在一个可选的实施例中，m个所述MEMS振镜分别与其对应的初始光束L1成一定夹角，且夹角可由所述主控模块控制改变，使初始光束L1经过所述MEMS振镜反射后，以不同角度射向目标区域(对应于前述的目标体)，形成动态扫描。
在一个可选的实施例中，所述合束器将从目标区域反射回来的反射光束L4(对应于前述的第第三激光光束)分别与第一参考光束L2、第二参考光束L3合束混频，得到两组拍频信号，分别经由所述光电传感器及所述信号处理电路处理。
在一个可选的实施例中，所述主控模块通过处理所述信号处理电路的输出结果，可计算得到两组分别与第一参考光束L2、第二参考光束L3拍频后的结果，联立求解即可计算出距离s小于时的距离，其中T3为第一参考光束L2以及第一参考光束L2调频周期的最小公倍数，实现了扩大测距量程的目的。
在一个可选的实施例中，所述可调谐激光器由所述控制模块控制器以频率f＝fn(t)发光，其中fn(t)为第n个所述可调谐激光器的以时间t为参数的频率变化周期函数。
在一个可选的实施例中，所述n个可调谐激光器具有至少两个不同的频率调整周期T1、T2。
在一个可选的实施例中，所述主控模块还具有数据处理、通信、设备状态监测功能。
在一个可选的实施例中，上述的一种基于调频连续波的激光雷达中的一个所述激光发射单元、一个所述MEMS反射振镜(也可以称为MEMS振镜)、一个所述信号接收单元的工作过程可以分为如下两个步骤：
步骤一：所述主控模块控制第一个所述激光发射单元的可调谐激光器发射频率连续变换的激光，经由分束器后，激光能量分为三个部分：x％光束经由所述准直光路准直后，形成初始光束L1；y％光束作为第一参考光束L2射向第一个所述信号接收单元的合束器；z％能量作为第二参考光束L3`射向第二个所述信号接收单元的合束器(x+y+z＝100)。同时，第二个所述激光发射单元也会有部分光束作为第二参考光束L3射向第一个所述信号接收单元的合束器；初始光束L1经过第一个所述MEMS振镜反射形成出射光束L5，射向待测目标区域。出射光束L5经过待测区域形成反射光束L4，反射光束L4经过第一个所述MEMS振镜反射到第一个所述信号接收单元的合束器，分别与第一参考光束L2、第二参考光束L3合束得到两个拍频信号，再经过所述光电传感器及信号处理电路的光电转换、滤波放大以及模数转换后，即可由所述主控模块处理得到多组频率差信息，进而处理计算得到待测目标的距离与速度信息V1＝V1’以及V2＝V2’，其中S’1、S’2、V1’、V2’分别为依据调频连续波原理得到的距离与速度，c为光速，T1和T2分别为第一参考光束L2、第二参考光束L3的频率调整周期，i、j分别为第一参考光束L2、第二参考光束L3的未知调整周期数，因i、j为自然数，且S1＝S2，即可解出当S1小于时的i或j的唯一值，从而将激光雷达探测量程扩大至其中T3为T1、T2的最小公倍数，其中，由于T3是T1和T2的公倍数，即，扩大了周期T，因此，可以有效扩大测距范围；
步骤二：待步骤一完成1次测量后，所述主控模块控制第一个所述MEMS振镜改变其与初始光束L1的夹角，从而改变出射光束L5的出射角度，使其出射到目标区域内不同位置，达到测量多个目标点的动态测量效果，有效扩大激光雷达的探测范围。
其余的n-1个激光发射单元、MEMS振镜、n-1个信号接收模块工作过程与上述过程一致，从而可以实现n点同时测量，测量角度动态可变的大量程测距测速。优选地，所述可调谐激光器输出频率连续线性变化的激光。
图3是根据本发明实施例的激光雷达组成图，其中，1-1为第一激光发射单元，1-1-1为可调谐激光器，1-1-2为光纤耦合器，1-1-3为准直透镜，1-2为第二激光发射单元，1-2-1为可调谐激光器，1-2-2为光纤耦合器，1-2-3为准直透镜，2-1为第一信号接收单元，2-1-1为合束器，2-1-2为光电传感器，2-1-3为信号处理电路，2-2为第二信号接收单元，2-2-1为合束器，2-2-2为光电传感器，2-2-3为信号处理电路，3-1为第一MEMS振镜，3-2为第二MEMS振镜，4为主控模块；图4是根据本发明实施例的调频连续波的距离、速度的计算原理，其中f0为激光频率中心值，Δf1为激光频率上升半周期中参考光束及回波光束的频率差，Δf2为激光频率下降半周期中参考光束及回波光束的频率差，T为激光频率变化周期，K为参考光束的激光频率变化斜率；下面结合图3和图4对本发明进行说明：
所述主控模块(4)采用DSP作为控制芯片，能更快的完成数据的处理；所述主控模块(4)还包括外部高速数模转换器，完成对所述可调谐激光器的控制；
所述可调谐激光器采用波长调谐范围在1480-1640nm的电流控制型可调谐激光器，调谐范围较宽，且人眼安全；
所述信号处理电路(2-2-3)采用跨阻放大器、带通滤波器以及高速模数转换电路；
所述第一MEMS振镜(3-1)、第二MEMS振镜(3-2)位移方向平行；
所述第一激光发射单元(1-1)、第二激光发射单元(1-2)的出射光束方向相同，且垂直于所述第一MEMS振镜(3-1)、第二MEMS振镜(3-2)的位移方向；
本实施例的一种基于调频连续波的激光雷达工作过程如下所述：
步骤一：所述主控模块(4)通过控制高速数模转换器输出设定的变化的电压，驱动所述电流控制型可调谐激光器(1-1-1)发出周期为T1，频率连续线性变化的激光，此激光经过所述光纤耦合器(1-1-2)后分为三个部分，98％激光经过所述准直透镜(1-1-3)形成准直后的初始光束L1；1％激光作为第一信号接收单元(2-1)的第一参考光束L2直接导入到所述合束器(2-1-1)；另外1％激光作为第二信号接收单元(2-2)第二参考光束L3`射入所述合束器(2-2-1)，与此同时，所述电流控制型可调谐激光器(1-2-1)发出的频率调整周期为T2的激光经过分束后，也会有部分光束射入所述合束器(2-1-1)，形成所述第一信号接收单元(2-1)的第二参考光束L3；初始光束L1经过所述第一MEMS振镜(3-1)的反射射入目标区域形成反射回波L4，反射L4再经过所述第一MEMS振镜(3-1)的反射入所述合束器(2-1-1)，分别与第一参考光束L2、第二参考光束L3`形成合束混频，形成两个拍频信号，再经过所述光电传感器(2-1-2)的光电转换以及信号处理电路(2-1-3)的滤波放大后，再经过高速模数转换输出给所述控制模块(4)，所述控制模块(4)通过DSP傅立叶变换计算得到两组分别由第一参考光束L2、第二参考光束L3拍频后的多组频率差，即可得到：V1＝V1’以及V2＝V2’，其中S’1、S’2、V1’、V2’分别为依据调频连续波原理得到的距离与速度，c为光速，T1和T2分别为第一参考光束L2、第二参考光束L3的频率调整周期，i、j分别为第一参考光束L2、第二参考光束L3的未知调整周期数，因i、j为自然数，且S1＝S2，即可解出当S1小于时的i或j的唯一值，从而将激光雷达探测量程扩大至其中T3为T1、T2的最小公倍数；
步骤二：在所述主控模块(4)的控制下，每完成一次上述步骤一的测量，所述第一MEMS振镜(3-1)与初始光束L1的角度变化0.1度，从而使得初始光束L1经过反射向探测区域的角度变化0.1°，形成分辨率为0.1°的动态测量，达到改变探测位置，扩大探测范围的目的；
所述第二激光发射单元(1-2)、所述第二信号接收单元(2-2)也在所述主控模块(4)的控制下，与上述两个步骤类似，获取所述第二激光发射单元(1-2)对应激光束探测目标的距离及速度；
所述主控模块(4)还具有通信及状态监测的功能：所述主控模块(4)可监测设备温湿度、电压等信息，对激光雷达的工作状态进行调控；通过网络和串口与外界通信，外界可以获取激光雷达的温度、电压等信息。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
本发明的实施例还提供了一种存储介质，该存储介质中存储有计算机程序，其中，该计算机程序被设置为运行时执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(Read-Only Memory，简称为ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，简称为RAM)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储计算机程序的介质。
本发明的实施例还提供了一种电子装置，包括存储器和处理器，该存储器中存储有计算机程序，该处理器被设置为运行计算机程序以执行上述任一项方法实施例中的步骤。
可选地，上述电子装置还可以包括传输设备以及输入输出设备，其中，该传输设备和上述处理器连接，该输入输出设备和上述处理器连接。
可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例及可选实施方式中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的原则之内，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 (12)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：至少两组距离测量设备，每一组距离测量设备中包括一个激光发射单元，一个MEMS振镜，一个信号接收单元以及主控模块，其中，对于任一组距离测量设备：
所述激光发射单元用于发射连续频率可调的第一激光光束；
所述MEMS振镜用于将接收到的包括在所述第一激光光束中的第二激光光束反射到目标体，以及将由所述目标体反射回来的第三激光光束反射给所述信号接收单元；
所述信号接收单元用于接收所述第一激光光束中包括的第四激光光束、与所述激光发射单元相邻的其他组内的激光发射单元发射的第五激光光束以及所述MEMS振镜反射回来的所述第三激光光束，利用所述第四激光光束和所述第三激光光束形成第一拍频信号以及利用所述第五激光光束和所述第三激光光束形成第二拍频信号，并将所述第一拍频信号和所述第二拍频信号输出给主控模块；
所述主控模块用于基于所述第一拍频信号和所述第二拍频信号确定所述激光雷达距离所述目标体的距离和/或所述目标体的运动速度。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于：
所述激光雷达所包括的全部信号接收单元的数量与全部激光发射单元的数量相同，且全部信号接收单元和全部激光发射单元分别对应设置在每一组距离测量设备中；
所述激光雷达所包括的全部MEMS振镜的数量小于或等于全部激光发射单元的数量，且不同组的距离测量设备中包括的MEMS振镜相同或不同。
3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一激光光束由所述第二激光光束、所述第四激光光束以及第六激光光束构成，其中，所述第六激光光束被发送至与所述信号接收单元相邻的其他组内的信号接收单元。
4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射器包括：
可调谐激光器，用于发射连续频率可调的所述第一激光光束；
分束器，用于将所述第一激光光束分束成所述第二激光光束，所述第四激光光束以及所述第六激光光束；
准直光路，用于对所述第二激光光束进行准直处理，并将进行了所述准直处理之后的第二激光光束发射给所述MEMS振镜。
5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达的全部激光发射单元中包括的可调谐激光器中具有至少两个不同的频率调整周期。
6.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述信号接收单元包括：
合束器，用于对所述第四激光光束和所述第三激光光束进行合束形成所述第一拍频信号以及对所述第五激光光束和所述第三激光光束进行合束形成所述第二拍频信号；
光电传感器，用于对所述第一拍频信号进行光电转换以及对所述第二拍频信号进行光电转换；
信号处理电路，用于对进行了光电转换后的第一拍频信号进行预定处理，以及对进行了光电转换后的第二拍频信号进行预定处理，并将处理后的各信号发射给所述主控模块。
7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，
所述信号接收单元包括两组合束器，光电传感器和信号处理电路。
8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述主控模块还用于执行以下操作至少之一：
通过控制所述MEMS振镜进行平移来调整所述第二激光光束与所述MEMS振镜之间的角度；
控制所述激光发射单元按照预定周期性变化的频率发射所述第一激光光束；
数据处理；
数据通信；
对所述激光雷达的状态进行检测。
9.一种距离测量和/或速度的确定方法，其特征在于，应用于权利要求1-8中任一项所述的激光雷达中包括的任一组距离测量设备中，其中，所述方法包括：
发射连续频率可调的第一激光光束；
将包括在所述第一激光光束中的第二激光光束反射到目标体，以及反射由所述目标体反射回来的第三激光光束；
接收所述第一激光光束中包括的第四激光光束、与所述激光发射单元相邻的其他组内的激光发射单元发射的第五激光光束以及所述第三激光光束，利用所述第四激光光束和所述第三激光光束形成第一拍频信号以及利用所述第五激光光束和所述第三激光光束形成第二拍频信号，并输出所述第一拍频信号和所述第二拍频信号；
基于所述第一拍频信号和所述第二拍频信号确定所述激光雷达距离所述目标体的距离和/或所述目标体的运动速度。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，发射连续频率可调的第一激光光束包括：
将所述第一激光光束分束成所述第二激光光束、所述第四激光光束以及第六激光光束；
发射分束后的所述第二激光光束、所述第四激光光束以及第六激光光束。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，输出所述第一拍频信号和所述第二拍频信号包括：
对所述第一拍频信号进行光电转换以及对所述第二拍频信号进行光电转换；
对进行了光电转换后的第一拍频信号进行预定处理，以及对进行了光电转换后的第二拍频信号进行预定处理，并将处理后的各信号发射给所述主控模块。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，在反射由所述目标体反射回来的所述第三激光光束之后，所述方法还包括：
通过控制所述MEMS振镜进行平移来调整所述第二激光光束与所述MEMS振镜之间的角度。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110375864A (zh) * 2019-07-18 2019-10-25 西安工业大学 一种扩大调频连续波激光干涉测量量程的方法
CN110398748A (zh) * 2019-07-19 2019-11-01 Oppo广东移动通信有限公司 距离测量装置及设备、方法
CN111025261A (zh) * 2019-11-19 2020-04-17 深圳市大族光通科技有限公司 激光雷达光源及激光雷达系统
CN111896934A (zh) * 2020-07-29 2020-11-06 西安知微传感技术有限公司 一种mems激光雷达接收系统及方法
CN113036582A (zh) * 2019-12-23 2021-06-25 上海禾赛科技股份有限公司 激光器、包括其的激光雷达以及激光雷达的扫描方法
CN113097852A (zh) * 2019-12-23 2021-07-09 上海禾赛科技有限公司 激光器、包括其的激光雷达以及使用激光雷达扫描的方法
CN113594841A (zh) * 2020-04-30 2021-11-02 上海禾赛科技有限公司 可调谐激光器、其控制方法及包括该激光器的激光雷达
CN113702993A (zh) * 2021-08-09 2021-11-26 Nano科技(北京)有限公司 多波长多调制调频连续波激光测距雷达
CN114174865A (zh) * 2020-06-22 2022-03-11 摩尔芯光(香港)科技有限公司 连续波光探测和测距(lidar)系统
CN115144861A (zh) * 2022-09-05 2022-10-04 天津帆探科技有限公司 一种混合固态激光雷达及扫描方法

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01134285A (ja) * 1987-11-20 1989-05-26 Nec Corp 測距装置
CN1071005A (zh) * 1992-09-17 1993-04-14 清华大学 双频激光准直测量方法及其准直测量干涉仪
CN1746699A (zh) * 2004-09-09 2006-03-15 罗伯特.博世有限公司 用于测量距离和速度的方法和装置
CN103091681A (zh) * 2013-02-16 2013-05-08 哈尔滨工业大学 基于重反射技术的调频连续波干涉仪
CN103257036A (zh) * 2013-05-21 2013-08-21 福州大学 一种室温下测量垂直腔面发射激光器腔模劈裂的方法
WO2016094941A1 (en) * 2014-12-14 2016-06-23 Dinovitser Alex Laser frequency control and sensing system
JP2016148561A (ja) * 2015-02-10 2016-08-18 株式会社小野測器 レーザドップラ速度計
CN107356931A (zh) * 2017-07-13 2017-11-17 浙江科钛机器人股份有限公司 一种基于滤波的双反光板激光定位与导航方法
CN108226899A (zh) * 2018-01-17 2018-06-29 上海禾赛光电科技有限公司 激光雷达及其工作方法
CN108768540A (zh) * 2018-05-25 2018-11-06 武汉邮电科学研究院有限公司 光信号接收装置、方法及具有该装置的相干光传输系统
CN108844493A (zh) * 2018-07-04 2018-11-20 天津大学 电光调制双光梳形貌测量装置及其校验方法
CN108873007A (zh) * 2018-06-07 2018-11-23 天津大学 一种抑制振动效应的调频连续波激光测距装置

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH01134285A (ja) * 1987-11-20 1989-05-26 Nec Corp 測距装置
CN1071005A (zh) * 1992-09-17 1993-04-14 清华大学 双频激光准直测量方法及其准直测量干涉仪
CN1746699A (zh) * 2004-09-09 2006-03-15 罗伯特.博世有限公司 用于测量距离和速度的方法和装置
CN103091681A (zh) * 2013-02-16 2013-05-08 哈尔滨工业大学 基于重反射技术的调频连续波干涉仪
CN103257036A (zh) * 2013-05-21 2013-08-21 福州大学 一种室温下测量垂直腔面发射激光器腔模劈裂的方法
WO2016094941A1 (en) * 2014-12-14 2016-06-23 Dinovitser Alex Laser frequency control and sensing system
JP2016148561A (ja) * 2015-02-10 2016-08-18 株式会社小野測器 レーザドップラ速度計
CN107356931A (zh) * 2017-07-13 2017-11-17 浙江科钛机器人股份有限公司 一种基于滤波的双反光板激光定位与导航方法
CN108226899A (zh) * 2018-01-17 2018-06-29 上海禾赛光电科技有限公司 激光雷达及其工作方法
CN108768540A (zh) * 2018-05-25 2018-11-06 武汉邮电科学研究院有限公司 光信号接收装置、方法及具有该装置的相干光传输系统
CN108873007A (zh) * 2018-06-07 2018-11-23 天津大学 一种抑制振动效应的调频连续波激光测距装置
CN108844493A (zh) * 2018-07-04 2018-11-20 天津大学 电光调制双光梳形貌测量装置及其校验方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110375864A (zh) * 2019-07-18 2019-10-25 西安工业大学 一种扩大调频连续波激光干涉测量量程的方法
CN110375864B (zh) * 2019-07-18 2021-07-02 西安工业大学 一种扩大调频连续波激光干涉测量量程的方法
CN110398748A (zh) * 2019-07-19 2019-11-01 Oppo广东移动通信有限公司 距离测量装置及设备、方法
CN110398748B (zh) * 2019-07-19 2022-05-31 Oppo广东移动通信有限公司 距离测量装置及设备、方法
CN111025261A (zh) * 2019-11-19 2020-04-17 深圳市大族光通科技有限公司 激光雷达光源及激光雷达系统
CN113036582B (zh) * 2019-12-23 2024-01-26 上海禾赛科技有限公司 激光器、包括其的激光雷达以及激光雷达的扫描方法
CN113036582A (zh) * 2019-12-23 2021-06-25 上海禾赛科技股份有限公司 激光器、包括其的激光雷达以及激光雷达的扫描方法
CN113097852A (zh) * 2019-12-23 2021-07-09 上海禾赛科技有限公司 激光器、包括其的激光雷达以及使用激光雷达扫描的方法
CN113594841A (zh) * 2020-04-30 2021-11-02 上海禾赛科技有限公司 可调谐激光器、其控制方法及包括该激光器的激光雷达
CN114174865A (zh) * 2020-06-22 2022-03-11 摩尔芯光(香港)科技有限公司 连续波光探测和测距(lidar)系统
CN111896934B (zh) * 2020-07-29 2023-04-18 西安知微传感技术有限公司 一种mems激光雷达接收系统及方法
CN111896934A (zh) * 2020-07-29 2020-11-06 西安知微传感技术有限公司 一种mems激光雷达接收系统及方法
CN113702993A (zh) * 2021-08-09 2021-11-26 Nano科技(北京)有限公司 多波长多调制调频连续波激光测距雷达
CN115144861A (zh) * 2022-09-05 2022-10-04 天津帆探科技有限公司 一种混合固态激光雷达及扫描方法
CN115144861B (zh) * 2022-09-05 2022-11-04 天津帆探科技有限公司 一种混合固态激光雷达及扫描方法

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