CN109856644A - 用于无人驾驶汽车的高探测效率vcsel阵列混沌激光雷达装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置，属于激光雷达在无人驾驶汽车的应用技术领域。该装置包括信号发射模块、光路调节模块、信号接收模块以及数据处理模块，信号发射模块将光路数据传输入光路调节模块，光路调节模块将调节后的光路数据传入信号接收模块，最后将数据传入数据处理模块。信号发射模块采用了多个VCSEL激光器组成阵列单元，然后再形成阵列组合，一次驱动多个VCSEL激光器，可以大幅提升获取的信息量以及测量速度，增大出光效率，提升探测物体的探测效率，且结构简单、紧凑、易于阵列集成，很大程度上减小了车载激光雷达的体积，宽带混沌信号也有效实现抗干扰性能，提高了测距精度。

Description

用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达 装置

技术领域

本发明属于激光雷达在无人驾驶汽车的应用技术领域，具体为一种用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置。

背景技术

随着社会的进步和公路交通系统的飞速发展，无人驾驶汽车呈现了迅猛发展的势头。激光雷达占据了无人驾驶汽车领域市场中90%的应用。激光雷达具备误差小、测距速度快、测量范围广、鲁棒性强、不受环境照度影响等诸多优点得到了普遍使用。随着无人驾驶技术的快速发展，无人驾驶交通网络的形成已经不再遥远，如何避免通过激光雷达对无人汽车的干扰仍是一个悬而未决的问题，同时对激光雷达的测距精度、测量速度也提出了更高的要求。

目前，被广泛采用的无人汽车激光雷达绝大部分为脉冲体制，即采用脉冲激光器作为雷达信号源。通过发射重复的光脉冲，测量从目标反射回的每个脉冲的飞行时间，得到检测目标物的位置信息(Optical Engineering, Vol.40(1), p.10–19, 2001)。脉冲激光雷达具有激光信号强、回波信号易于采集等优点，但是由于脉冲激光器发出重复脉冲，脉冲的周期性和规律性常常会导致距离模糊，并使激光雷达易受到同频信号的干扰而导致虚警和误判(IEEE Intelligent Vehicles Symposium (IV), p.437–442, 2015)。随着激光雷达技术的不断提升，在无人驾驶领域激光雷达已经朝商业化的智能应用迈进。车载激光雷达从其他激光雷达和光源接收到非特定信号将变得不可避免，从而产生重影或导致检测错误。可以说，脉冲激光雷达虽然一定程度上能够满足当前无人驾驶汽车上路测试的需求，但由于其在抗干扰性上的缺点，在未来大量无人车同时上路，脉冲激光雷达的广泛应用必将收到制约。

为了减轻干扰的可能性，有学者提出利用随机调制连续波方法的随机信号激光雷达，即通过外部强度调制器将伪随机二进制序列调制在连续激光上。通过计算从目标后向散射的接收信号与发送的参考信号之间的互相关，得到检测目标物的位置信息(AppliedOptics, Vol.50(22), p.4478–4488, 2011)。采用伪随机二进制序列调制技术受限于随机码的调制速率，测量分辨率受电子器件和所用调制器的调制速度所限制。且伪随机码总存在有限周期，当测量距离较长时不同周期间的随机码易受到干扰导致虚警和误判。同时，在未来无人驾驶汽车接入网络后，恶意干扰器将容易记录正在发射的伪随机二进制序列，然后重新发射产生假回波，进而对激光雷达进行恶意干扰，从而扰乱交通、制造事故，甚至控制无人驾驶车辆。

相比之下，混沌信号是一种典型的宽带信号，具有宽带连续谱，类噪声的不可预测性，优异的距离和速度分辨率，简单廉价的产生方式，在雷达领域日益得到重视（OpticsExpress, Vol.26(17), p.22491-22505, 2018; IEEE Transactions on Geoscience andRemote Sensing, Vol.56(9), p.5064-5082, 2018）。混沌信号的非周期性和不可预测性决定了混沌激光雷达系统不会有距离模糊现象，可实现高测量精度，而且具有天然的抗干扰属性。

近年来，研究表明利用半导体激光器的非线性动态特性可以产生大幅度宽带混沌激光，进而提升其测距精度。2004年林凡异等人率先提出一种光注入方案的混沌激光雷达系统，证实了混沌激光雷达系统具有优异的分辨率和抗干扰能力，并且实验上实现了3cm的分辨率目标探测（IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics,Vol.10, p.991-997, 2004）。2009年申请人课题组提出一种面向汽车防撞的混沌激光雷达系统，利用光反馈方案产生宽带混沌激光，实现了9cm的测距精度(Chinese J. Lasers,Vol36(9), p.2426-2430, 2009)。随后，研究学者们相继提出宽带混沌雷达信号源来提升混沌激光雷达的测距精度(CN102305926A, CN104777461A)，2018年林凡异课题组又提出一种3D脉冲混沌激光雷达系统，实现了毫米量级的测距精度(Optics Express, Vol.26(9),p.12230-12241, 2018)。目前，混沌激光雷达系统尽管在测距精度上不断提升，但均采用单个混沌激光源对目标物进行探测，单位时间内的信息量获取较小，测量速度无法满足无人驾驶汽车对周围环境快速感知的需求。

垂直腔面发射激光器(VCSEL) 作为新型半导体激光器具有体积小、圆形输出光斑、发散角小、功耗低、价格低廉、垂直表面出光、易集成为大面积阵列等优点。垂直腔面发射激光器(VCSEL)小信号调制响应曲线非常平坦，带宽高达22GHz以上，有利于实现毫米量级的测距精度(IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol54(3), 2817068, 2018)。随着VCSEL阵列特性以及芯片制备技术的提高(Proceedings of SPIE, Vol.10552,105520E, 2018)，VCSEL在商业化的应用优势日益凸显。然而具有如此优势的VCSEL还未具体应用到无人驾驶汽车的抗干扰领域，因此本发明针对此问题，设计出了高探测效率的基于VCSEL阵列的无人驾驶汽车的抗干扰装置。

发明内容

本发明为了解决VCSEL还未具体应用到无人驾驶汽车的抗干扰领域的问题，提供了一种用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置。利用VCSEL激光器体积小、发散角小、功耗低、垂直表面出光、易集成为大面积阵列的优点结合混沌激光高精度、抗干扰的优势实现测距精度高、测量速度快的一种完全抗干扰的无人驾驶激光雷达。

本发明是通过如下技术方案来实现的：一种用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置，包括信号发射模块、光路调节模块、信号接收模块以及数据处理模块，所述信号发射模块将光路数据传输入光路调节模块，所述光路调节模块将调节后的光路数据传入信号接收模块，所述信号接收模块最后将数据传入数据处理模块。所述信号接收模块包括会聚光学透镜阵列Ⅰ和光电探测器阵列Ⅰ、会聚光学透镜阵列Ⅱ和光电探测器阵列Ⅱ；数据处理模块包括数字相关器、感知数据处理系统、融合决策系统、控制执行系统。所述信号发射模块包括驱动系统以及沿光路方向依次设置的VCSEL阵列组合、准直光学透镜阵列、半透半反透镜阵列，所述VCSEL阵列组合包括N个VCSEL阵列单元，N≥4，每个VCSEL阵列单元由m个VCSEL激光器根据需求自由组合排布形成，m≥2；所述驱动系统当触发计时开始时以一定的时间间隔逐个驱动单个VCSEL阵列单元出射光束，N个VCSEL阵列单元相继发出N×m束混沌激光，出射光束经由准直光学透镜阵列准直，通过半透半反镜阵列的反馈后产生m束平行的宽带混沌激光。所述光路调节模块包括分束器阵列，以及沿光路方向依次设置的微透镜阵列、MEMS振镜阵列，每个VCSEL阵列单元的m束平行的宽带混沌激光通过与之投影重合的分束器阵列被分为m束参考光束和m束探测光束，m束参考光束由会聚光学透镜阵列Ⅰ会聚后被光电探测器阵列Ⅰ探测；m束探测光束由微透镜阵列准直并调控出射角度使每束探测信号平行出射，经过由扫描控制系统控制的MEMS振镜阵列的倾斜角来对目标物进行水平角度扫描；探测光束到达目标物发生后向散射产生回波信号，回波信号再经过MEMS振镜阵列、微透镜阵列准直后经过分束器阵列反射，由会聚光学透镜阵列Ⅱ会聚后被光电探测器阵列Ⅱ探测。参考光束和探测光束分别由光电探测器阵列转化为电信号，由数字相关器相继对每个阵列单元探测的信号进行延时互相关处理，从而相继获取N×m束探测信号往返所需时间，进而得到每一个水平角度的N×m束探测信号发射点与散射点之间的距离即散射点的二维信息；感知数据处理系统通过散射点的二维信息结合扫描控制系统对每个阵列单元的探测光束信号的水平方向探测的二维角度、周期及方向信息，分析得到散射点的三维信息即目标物在三维空间中的位置信息；融合决策系统得到目标物的三维立体图像信息结合当前汽车所处的道路位置信息做出决策，并驱动控制执行系统执行操作。

本发明所采用的VCSEL激光器体积小、发散角小、功耗低、垂直表面出光、易集成为大面积阵列，其产生的混沌激光带宽宽，能更好实现高分辨率、高精度以及抗干扰性能；利用VCSEL的特点构建了一个VCSEL阵列的混沌激光雷达装置，主要包括信号发射模块、光路调节模块、信号接收模块以及数据处理模块，四个模块的作用分别如下：信号发射模块是为了发送宽带混沌激光信号；光路调节模块是将宽带混沌激光信号转换为探测信号去对目标物进行扫描，信号接收模块包括两对会聚光学透镜阵列和光电探测器阵列，用于接收反馈回的信号以及将光信号转换成为电信号，数据处理模块将接收到的信号进行解析，最后驱动执行系统执行操作。信号发射模块包括驱动系统以及沿光路方向依次设置的VCSEL阵列组合、准直光学透镜阵列、半透半反透镜阵列，VCSEL阵列组合包括N个VCSEL阵列单元，N≥4，每个VCSEL阵列单元由m个VCSEL激光器根据需求自由组合排布形成，m≥2，即VCSEL激光器排布结构不固定，可以根据实际需求来自由组合调整；m个VCSEL激光器可以一次性发发射m束混沌激光，可以满足三维数据快速采集的需求，具体为：当触发计时开始时，驱动系统以一定的时间间隔驱动单个VCSEL阵列单元出射光束，即同时使m个VCSEL激光器出射光束，N个VCSEL阵列单元相继发出N×m束混沌激光，经过与之投影重合的准直光学透镜阵列准直，通过半透半反镜阵列的反馈后产生m束平行的宽带混沌激光，保证了抗干扰性能和测距精度。光路调节模块包括分束器阵列，以及沿光路方向依次设置的微透镜阵列、MEMS振镜阵列，具体为：m束平行的宽带混沌激光通过分束器阵列被分为m束参考光束和m束探测光束，m束参考光束由会聚光学透镜阵列Ⅰ会聚后光斑直径缩小，以满足光斑直径小于光电探测器的光敏面，进而被光电探测器阵列Ⅰ探测；m束探测光束由微透镜阵列准直并调控出射角度使每束探测信号平行出射，经过由扫描控制系统控制的MEMS振镜阵列的倾斜角来对目标物进行水平角度扫描；探测光束到达目标物发生后向散射产生回波信号，回波信号再经过MEMS振镜阵列、微透镜阵列准直后经过分束器阵列反射，由会聚光学透镜阵列Ⅱ会聚后被光电探测器阵列Ⅱ探测；随N的增大测量速度也会相应随之增加，且随m的增大探测效率也会相应随之增加。信号接收模块包括会聚光学透镜阵列Ⅰ和光电探测器阵列Ⅰ、会聚光学透镜阵列Ⅱ和光电探测器阵列Ⅱ，因此光路调节模块输出的探测光束检测扫描目标物后，会将信号反馈回会聚光学透镜阵列Ⅱ和光电探测器阵列Ⅱ，参考光束由会聚光学透镜阵列Ⅰ会聚后被光电探测器阵列Ⅰ探测；最后这些信号全部进入数据处理模块，数据处理模块包括数字相关器、感知数据处理系统、融合决策系统、控制执行系统，参考光束和探测光束分别由光电探测器阵列转化为电信号，数字相关器相继对每个阵列单元探测的信号进行延时互相关处理，从而相继获取N束探测信号往返所需时间，进而得到每一个水平角度的N×m束探测信号发射点与散射点之间的距离即散射点的二维信息。感知数据处理系统通过散射点的二维信息结合扫描控制系统对N×m束探测光束的水平方向探测的二维角度、周期及方向信息，分析得到散射点的三维信息即目标物在三维空间中的位置信息；融合决策系统得到目标物的三维立体图像信息结合当前汽车所处的道路位置信息做出决策，并驱动控制执行系统执行操作。为了成功实现实时的三维信息获取，信号发射模块、信号接收模块、光路调节模块以及数据处理模块通过触发计时来保证协同同步。融合决策系统实时得到目标物的三维立体图像信息结合当前汽车所处的道路位置信息做出决策，并驱动控制执行系统执行刹车、转向等操作，成功规避无人驾驶汽车在行驶道路中的障碍物。（感知数据处理系统、融合决策系统以及控制执行系统为现有技术，无需进行详细描述）。

本发明具体操作为：①当触发计时开始时以一定时间间隔相继驱动系统驱动VCSEL阵列组合中的单个VCSEL阵列单元发射光束，有N个VCSEL阵列单元，每个VCSEL阵列单元发射的m束混沌激光经过与之投影重合的准直光学透镜阵列准直，通过半透半反镜阵列的反馈后产生m束平行的宽带混沌激光，m束混沌激光通过分束器阵列被分为m束参考光束和探测光束，参考光束由会聚光学透镜阵列Ⅰ会聚后光斑直径缩小，以满足光斑直径小于光电探测器的光敏面，进而被光电探测器阵列Ⅰ探测；②N×m束探测光束由微透镜阵列准直并调控合适的出射角度使每束探测信号平行出射，再经过由扫描控制系统控制的MEMS振镜阵列的倾斜角来对目标物进行水平角度扫描；③N×m探测光束到达目标物发生后向散射产生回波信号，回波信号再经过MEMS振镜阵列、微透镜阵列准直后经过分束器阵列反射，由会聚光学透镜阵列Ⅱ会聚后被光电探测器阵列Ⅱ探测；④参考光束和含回波信号的探测光束分别由光电探测器阵列转化为电信号，数字相关器相继对每个阵列单元探测的信号进行延时互相关处理，从而相继获取N束探测信号往返所需时间，进而得到每一个水平角度的N×m束探测信号发射点与散射点之间的距离即散射点的二维信息；⑤感知数据处理系统通过散射点的二维信息结合扫描控制系统对N×m束探测信号的水平方向探测的二维扫描角度、周期及方向信息，分析得到散射点的三维信息即目标物在三维空间中的位置信息；⑥融合决策系统实时得到目标物的三维立体图像信息结合当前汽车所处的道路位置信息做出决策，并驱动控制执行系统执行刹车、转向等操作。

进一步的，根据人眼生理和光学结构的研究发现，波长大于等于1400nm的光无法透射至视网膜中，即使采用较高的功率输出也不会对人眼造成伤害，所述VCSEL阵列单元中的VCSEL激光器波长大于等于1400nm。

进一步的，VCSEL阵列单元本身有多种排布方式，所述VCSEL阵列单元中包括4个VCSEL激光器，其排布方式为正方形排布，自由组合形式排布即根据实际需求的阵列形状自由组合排布。

进一步的，所述半透半反镜阵列的反射系数为10%-30%，反馈时延为40ns-100ns，反馈后产生N束平行的宽带混沌激光，更加保证了该装置的抗干扰性能和测距精度。

与现有技术相比本发明具有以下有益效果：本发明所提供的一种用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置利用VCSEL激光器能够容易地产生类噪声的不可预测性混沌激光信号，有效提升车载激光雷达的抗干扰性能；利用VCSEL激光器能够产生宽带混沌激光信号，具有大宽带特性，能够实现毫米量级的测距精度；采用VCSEL阵列组合，组合中采用VCSEL阵列单元，驱动系统可以同时驱动多个VCSEL激光器，可以大幅提升获取的信息量以及测量速度，增大出光效率，提升探测物体的探测效率，且结构简单、紧凑、易于阵列集成，很大程度上减小了车载激光雷达的体积。

附图说明

图1表示本发明的探测原理结构示意图。

图2表示本发明的具体实施例中获取数据的模块示意图。

图3表示本发明中每个VCSEL阵列单元的示例性图。

图中：1-驱动系统，2-VCSEL阵列组合，3-准直光学透镜阵列，4-半透半反透镜阵列，5-分束器阵列，6-微透镜阵列，7-MEMS振镜阵列，8-扫描控制系统，9-目标物，10-会聚光学透镜阵列Ⅰ，11-光电探测器阵列Ⅰ，12-会聚光学透镜阵列Ⅱ，13-光电探测器阵列Ⅱ，14-数字相关器，15-感知数据处理系统，16-融合决策系统，17-控制执行系统，18- VCSEL激光器，100-信号发射模块，110-光路调节模块，120-信号接收模块，130-数据处理模块，140-VCSEL阵列单元。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行说明。

一种用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置，如图1和图2所示：包括信号发射模块100、光路调节模块110、信号接收模块120以及数据处理模块130，所述信号发射模块100将光路数据传输入光路调节模块110，所述光路调节模块110将调节后的光路数据传入信号接收模块120，所述信号接收模块120最后将数据传入数据处理模块130。所述信号接收模块120包括会聚光学透镜阵列Ⅰ10和光电探测器阵列Ⅰ11、会聚光学透镜阵列Ⅱ12和光电探测器阵列Ⅱ13；数据处理模块130包括数字相关器14、感知数据处理系统15、融合决策系统16、控制执行系统17。所述信号发射模块100包括驱动系统1以及沿光路方向依次设置的VCSEL阵列组合2、准直光学透镜阵列3、半透半反透镜阵列4，所述VCSEL阵列组合2包括N个VCSEL阵列单元140，N≥4，每个VCSEL阵列单元140由m个VCSEL激光器18根据需求自由组合排布形成，m≥2；所述驱动系统1当触发计时开始时以一定的时间间隔逐个驱动单个VCSEL阵列单元140出射光束，N个VCSEL阵列单元140相继发出N×m束混沌激光，出射光束经由准直光学透镜阵列3准直，通过半透半反镜阵列4的反馈后产生m束平行的宽带混沌激光。所述光路调节模块110包括分束器阵列5，以及沿光路方向依次设置的微透镜阵列6、MEMS振镜阵列7，每个VCSEL阵列单元的m束平行的宽带混沌激光通过与之投影重合的分束器阵列5被分为m束参考光束和m束探测光束，m束参考光束由会聚光学透镜阵列Ⅰ10会聚后被光电探测器阵列Ⅰ11探测；m束探测光束由微透镜阵列6准直并调控出射角度使每束探测信号平行出射，经过由扫描控制系统8控制的MEMS振镜阵列7的倾斜角来对目标物9进行水平角度扫描；探测光束到达目标物发生后向散射产生回波信号，回波信号再经过MEMS振镜阵列7、微透镜阵列6准直后经过分束器阵列5反射，由会聚光学透镜阵列Ⅱ12会聚后被光电探测器阵列Ⅱ13探测。参考光束和探测光束分别由光电探测器阵列转化为电信号，由数字相关器14相继对每个阵列单元探测的信号进行延时互相关处理，从而相继获取N×m束探测信号往返所需时间，进而得到每一个水平角度的N×m束探测信号发射点与散射点之间的距离即散射点的二维信息；感知数据处理系统15通过散射点的二维信息结合扫描控制系统8对每个阵列单元的探测光束信号的水平方向探测的二维角度、周期及方向信息，分析得到散射点的三维信息即目标物在三维空间中的位置信息；融合决策系统16得到目标物的三维立体图像信息结合当前汽车所处的道路位置信息做出决策，并驱动控制执行系统17执行操作。

由于所述VCSEL阵列组合2中的VCSEL激光器18波长大于等于1400nm，本实施例中采用波长为1550nm的VCSEL激光器；VCSEL阵列组合2内的VCSEL阵列单元140采用单列排布；而且每个VCSEL阵列单元140中包括4个VCSEL激光器18，其排布方式为正方形排布；所述驱动系统1当触发计时开始时逐个驱动单个VCSEL阵列单元140的时间间隔为1ps。本实施例中，所述半透半反镜阵列5的反射系数为10%-30%，反馈时延为40ns-100ns。本实施例中，N=16，m=4，即VCSEL阵列组合2包括16个VCSEL阵列单元140，每个VCSEL阵列单元140包括4个VCSEL激光器，如图3所示；驱动系统1型号为(ILX Lightwave LDX-3412和Fluke PM6681)；微透镜阵列6型号为（THORLABS MLA300-14AR-M）；MEMS振镜阵列7中的MEMS振镜的型号为(Mirrorcle S6249)；光电探测器阵列Ⅰ11和光电探测器阵列Ⅱ13均选用截止频率为2GHz，增益为200的高速/高增益雪崩二极管（AD230-8（T052S1）），光电探测器阵列Ⅰ11和光电探测器阵列Ⅱ13均由N个光电探测器排布而成，每束回波信号由与之对应的光电探测器探测，实时对一组二维散射点进行数据采集并将光信号转换为相应的电信号。参考信号和探测信号通过数字相关器14（TMC2032）进行模/数转换后得到数字信号并进行互相关处理。感知数据处理系统15、融合决策系统16和控制执行系统17在无人驾驶领域属于已有技术，可选性多，不再详述。

本实施例具体操作为：当触发计时开始时驱动系统1以1ps的时间间隔逐个驱动VCSEL阵列组合2中的VCSEL阵列单元140出射光束，由于有16个VCSEL阵列单元，每个VCSEL阵列单元140发射的4束混沌激光经过与之投影重合的准直光学透镜阵列3准直，通过半透半反镜阵列4的反馈后产生4束平行的宽带混沌激光，4束混沌激光通过分束器阵列5被分为4束参考光束和探测光束，参考光束由会聚光学透镜阵列Ⅰ10会聚后光斑直径缩小，以满足光斑直径小于光电探测器的光敏面，进而被光电探测器阵列Ⅰ11探测；②16×4束探测光束由微透镜阵列6准直并调控合适的出射角度使每束探测信号平行出射，发射的探测光束光斑尺寸约为1.5mm，发散角约为1.2mrad，满足100m以上的远距离探测；再经过由扫描控制系统8控制的MEMS振镜阵列7的倾斜角来对目标物进行水平角度扫描；③16×4探测光束到达目标物发生后向散射产生回波信号，回波信号再经过MEMS振镜阵列7、微透镜阵列6准直后经过分束器阵列5反射，由会聚光学透镜阵列Ⅱ12会聚后被光电探测器阵列Ⅱ13探测；其中，每个VCSEL阵列单元140的混沌激光探测光束的纵向探测角度为0.8º，水平扫描角度为60º~180º，④参考光束和含回波信号的探测光束分别由光电探测器阵列转化为电信号，数字相关器14相继对每个阵列单元探测的信号进行延时互相关处理，从而相继获取16束探测信号往返所需时间，进而得到每一个水平角度的16×4束探测信号发射点与散射点之间的距离即散射点的二维信息；⑤感知数据处理系统15通过散射点的二维信息结合扫描控制系统对16×4束探测信号的水平方向探测的二维扫描角度、周期及方向信息，分析得到散射点的三维信息即目标物在三维空间中的位置信息；⑥融合决策系统16实时得到目标物的三维立体图像信息结合当前汽车所处的道路位置信息做出决策，并驱动控制执行系统执行刹车、转向等操作。

本发明要求保护的范围不限于以上具体实施方式，而且对于本领域技术人员而言，本发明可以有多种变形和更改，凡在本发明的构思与原则之内所作的任何修改、改进和等同替换都应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置，其特征在于：包括信号发射模块（100）、光路调节模块（110）、信号接收模块（120）以及数据处理模块（130），所述信号发射模块（100）将光路数据传输入光路调节模块（110），所述光路调节模块（110）将调节后的光路数据传入信号接收模块（120），所述信号接收模块（120）最后将数据传入数据处理模块（130）；

所述信号接收模块（120）包括会聚光学透镜阵列Ⅰ（10）和光电探测器阵列Ⅰ（11）、会聚光学透镜阵列Ⅱ（12）和光电探测器阵列Ⅱ（13）；数据处理模块（130）包括数字相关器（14）、感知数据处理系统（15）、融合决策系统（16）、控制执行系统（17）；

所述信号发射模块（100）包括驱动系统（1）以及沿光路方向依次设置的VCSEL阵列组合（2）、准直光学透镜阵列（3）、半透半反透镜阵列（4），所述VCSEL阵列组合（2）包括N个VCSEL阵列单元（140），N≥4，每个VCSEL阵列单元（140）由m个VCSEL激光器（18）根据需求自由组合排布形成，m≥2；所述驱动系统（1）当触发计时开始时以一定的时间间隔逐个驱动单个VCSEL阵列单元（140）出射光束，N个VCSEL阵列单元（140）相继发出N×m束混沌激光，出射光束经由准直光学透镜阵列（3）准直，通过半透半反镜阵列（4）的反馈后产生m束平行的宽带混沌激光；

所述光路调节模块（110）包括分束器阵列（5），以及沿光路方向依次设置的微透镜阵列（6）、MEMS振镜阵列（7），每个VCSEL阵列单元的m束平行的宽带混沌激光通过与之投影重合的分束器阵列（5）被分为m束参考光束和m束探测光束，m束参考光束由会聚光学透镜阵列Ⅰ（10）会聚后被光电探测器阵列Ⅰ（11）探测；m束探测光束由微透镜阵列（6）准直并调控出射角度使每束探测信号平行出射，经过由扫描控制系统（8）控制的MEMS振镜阵列（7）的倾斜角来对目标物（9）进行水平角度扫描；探测光束到达目标物发生后向散射产生回波信号，回波信号再经过MEMS振镜阵列（7）、微透镜阵列（6）准直后经过分束器阵列（5）反射，由会聚光学透镜阵列Ⅱ（12）会聚后被光电探测器阵列Ⅱ（13）探测；

参考光束和探测光束分别由光电探测器阵列转化为电信号，由数字相关器（14）相继对每个阵列单元探测的信号进行延时互相关处理，从而相继获取N×m束探测信号往返所需时间，进而得到每一个水平角度的N×m束探测信号发射点与散射点之间的距离即散射点的二维信息；感知数据处理系统（15）通过散射点的二维信息结合扫描控制系统（8）对每个阵列单元的探测光束信号的水平方向探测的二维角度、周期及方向信息，分析得到散射点的三维信息即目标物在三维空间中的位置信息；融合决策系统（16）得到目标物的三维立体图像信息结合当前汽车所处的道路位置信息做出决策，并驱动控制执行系统（17）执行操作。

2.根据权利要求1所述的用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置，其特征在于：所述VCSEL阵列单元（140）中的VCSEL激光器（18）波长大于等于1400nm。

3.根据权利要求1所述的用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置，其特征在于：所述VCSEL阵列组合（2）内的VCSEL阵列单元（140）采用单列排布。

4.根据权利要求1所述的用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置，其特征在于：所述VCSEL阵列单元（140）中包括4个VCSEL激光器（18），其排布方式为正方形排布。

5.根据权利要求1所述的用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置，其特征在于：所述半透半反镜阵列（5）的反射系数为10%-30%，反馈时延为40ns-100ns。

6.根据权利要求1所述的用于无人驾驶汽车的高探测效率VCSEL阵列混沌激光雷达装置，其特征在于：所述驱动系统（1）当触发计时开始时逐个驱动单个VCSEL阵列单元（140）的时间间隔为1ps。