CN110231607A - 一种基于高集成度的专用soc芯片的激光雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本发明一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统，涉及激光雷达探测技术领域。本发明包括专用SOC集成芯片、光源模块、探测器模块、发射接收光学系统、电机扫描模块、通信模块及应用平台以光电信号连接。其中，所述专用SOC集成芯片一端与光源模块以电信号连接；另一端与探测器模块以电信号连接；再一端与电机扫描模块以电信号连接，又一端与通信模块以电信号连接。本发明具有：一、专用SOC集成芯片为高集成度、低成本和低功耗的光电混合信号芯片，有效降低成本、提升产品成品率和一致性；二、发射接收系统实现半固态连接传输，提高精度，减少安装工序，降低成本；三、整个系统集成度高、体积小、重量轻、易于装配，成本低等优点。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达探测技术领域，具体指一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统。
背景技术
激光雷达系统是利用激光束对周围物体进行感知的设备，激光雷达发射激光束照射到目标后接收反射回来的激光束，探测器将接受到的光信号转换为相应电信号，并通过算法计算出目标的位置。激光雷达系统作为高精度、远距离、多功能测量工具，可以实时获取周边环境的二维平面或三维空间信息，是智能机器人进行环境建模、导航定位、路径规划、和姿态测量等任务的核心部件之一。
根据现有专利文献，在提高激光雷达系统上述问题的方法主要有：第一种，采用微机电系统(MEMS)替代传统电机扫描方式，通过激光发射与接收共路的设计，以压缩光路体积、简化光路结构、减少器件数量、减小系统体积和重量，如中国专利CN109239693A中公开的″收发共路扫描激光雷达″，该方法是通过压缩光学系统解决上述问题。第二种，在雷达内部旋转体上设有无线供电接收模块和无线数据接收模块，通过此种方式实现结构紧凑、提高感应器的转速和扫描频率，如中国专利CN 205785062 U中公开的″一种旋转式激光扫描传感器″。鉴于现有的激光扫描雷达制造成本高，结构较为复杂，稳定性差，或则是体积和质量都较大，不利于激光雷达在驾驶辅助系统、无人驾驶系统及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航领域中应用。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺失和不足，提出一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统。
本发明的一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统，通过光源驱动、电机驱动、探测器接收整形放大和信号处理集成于同一芯片的技术优势，实现结构简化、提升产品稳定性、安装调试方便、体积与重量大幅度的降低等问题。
本发明提出技术方案：一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统，所述激光雷达系统包括专用SOC集成芯片、光源模块、探测器模块、发射接收光学系统、电机扫描模块、通信模块、应用平台以光电信号方式连接。
其中，专用SOC集成芯片一端与光源模块以电信号连接，实现电光转换；另一端与探测器模块以电信号连接，实现光电转换；再一端与电机扫描模块以电信号连接，实现电机驱动；再一端与通信模块以电信号连接，实现通讯。
光源模块与发射接收光学系统以固定方式连接，实现光信号的传输；
发射接收光学系统与探测器模块在同一轴线上，实现光信号的传输与接收；
电机扫描模块与发射接收光学系统以机械方式连接，实现光信号360°扫描；
应用平台与通信模块以电信号连接。
其中，所述专用SOC集成芯片，主要由集成总控与数据处理模块、光源驱动电路、高速采集电路、放大整形电路组成。
其中，所述光学发射接收系统，主要由激光准直透镜、45°反射镜、滤光片、接收透镜组成。
其中，所述的电机扫描模块，主要由扫描电机、定位导块、45°反射镜、固定连接件组成，主要实现光学反射镜片稳定的旋转及反射光路系统在360°方向的旋转运动。
其中，所述探测器模块，主要由探测器，信号抗干扰保护帽，通过焊接固定连接。
其中，所述光源模块，由激光器、安装块、驱动线组成，光源与探测器在同一轴线上，实现探测所需光的发射功能与光学发射及接收系统一体化设计安装。
其中，所述通信模块，主要实现上位机与总控及数据处理模块的信息交互。
本发明的有益效果：
1.专用SOC集成芯片为高集成度、低成本和低功耗的光电混合信号芯片，能够有效降低成本、提升产品成品率和一致性；
2.发射接收系统实现半固态连接传输，以提高精度，减少安装工序，降低成本；
3.整个系统集成度高、体积小、重量轻、易于装配，成本低。
附图说明
图1为本发明一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统连接框图；
图2为本发明实施例电机扫描模块框图；
图3为本发明实施例专用SOC集成芯片框图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步描述
一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统(如附图1所示)，包括专用SOC集成芯片1、光源模块2、探测器模块3、发射接收光学系统4、电机扫描模块5、通信模块6及应用平台7。
本发明实施例，所述专用SOC集成芯片1一端与光源模块2以电信号连接，实现电光转换；另一端与探测器模块3以电信号连接；再一端与电机扫描模块5以电信号连接，又一端与通信模块6以电信号连接。
所述光源模块2与发射接收光学系统4以固定方式连接，实现光信号的传输。
所述发射接收光学系统4与探测器模块3在同一轴线上，实现光信号的传输与接收。
所述电机扫描模块5与发射接收光学系统4以机械方式连接，实现光信号360°扫描。
所述通讯模块6通过线路连接上位机与专用SOC芯片1的内部电路总控及数据处理模块201，实现上位机与专用SOC芯片的信息交互。
进一步，所述专用SOC集成芯片1(如附图2所示)内部包含总控与数据处理模块101、光源驱动电路102、电机驱动电路103、探测器驱动电路104、飞行时间调制电路105、信号强度调制电路106、时间/强度信号融合电路107、时间/强度信号放大电路108、时间信号测量电路109以及强度信号测量电路110以电路方式连接。
专用SOC集成芯片1在接收到通信模块6发出的指令后开始运行，由总控与数据处理模块101识别并分发指令，控制光源驱动电路102、电机驱动电路103、探测器驱动电路104同时上电并执行工作，进而控制电机扫描模块5、光源模块2、探测器模块3执行功能。
光源发出光信号，光信号通过发射接收光学系统4传输直至碰撞到被测物体，光信号经过发射接收光学系统4通过漫反射，传输到探测模块3的探测器的光敏面上，实现光信号转换为电信号，此信号包含时间与信号强度。
通过飞行时间调制电路105、信号强度调制信号106将转换的信号解调，传输至时间/强度信号融合电路107，实现信号的平稳；之后传输至时间/强度信号放大电路，实现两种信号的放大处理；最后将两路信号传输到时间信号测量电路109与强度信号测量电路110中，实现信号测量；将测量信号传输至数据处理系统8，至此专用SOC芯片功能完成，此系统可以对光电转换信号实现高精度信号传输处理。
所述发射接收光学系统4，主要由激光准直透镜、45°反射镜、滤光片、接收透镜组成，当光源模块2接收到专用SOC芯片1发出的指令时，光源开始发出，首先进入激光准直透镜，传输到滤光片，之后再通过45°反射镜反射出去，实现光的发射；当激光扫射到目标物体后，激光被反射回来，通过漫反射，传输到接收透镜，经过透镜的聚焦，激光打聚焦点打到探测器上；这个过程即完成激光的发射与接收功能。
所述电机扫描模块5(如附图3所示)，主要由扫描电机501、定位导块502、45°反射镜503组成；当电机扫描模块5接收到专用SOC芯片1发出的指令时，扫描电机开始执行旋转运动；传输到定位导块502，带动45°反射镜一起运行，从而实现光路的360°旋转扫描。
所述探测器模块3，主要是接收从被测物体反射回来的微弱激光脉冲信号，经接收光学系统聚焦后，照射在探测器上，实现光信号与电信号的转换。
所述应用平台7，主要是针对机器人、无人驾驶等领域开发的应用平台。
综上所述，本发明一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统具有以下特点和优势：
1.专用SOC集成芯片为高集成度、低成本和低功耗的光电混合信号芯片，能够有效降低成本、提升产品成品率和一致性；
2.发射接收系统实现半固态连接传输，以提高精度，减少安装工序，降低成本；
3.整个系统集成度高、体积小、重量轻、易于装配，成本低。
为激光雷达在驾驶辅助系统、无人驾驶系统及移动机器人、无人驾驶飞机避障与导航领域中的应用，提供坚实的技术物质基础。
Claims (7)
1.一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统包括：专用SOC集成芯片(1)、光源模块(2)、探测器模块(3)、发射接收光学系统(4)、电机扫描模块(5)、通信模块(6)以及应用平台(7)以光、电信号方式连接；
其中，
专用SOC集成芯片(1)一端与光源模块(2)以电信号连接；另一端与探测器模块(3)以电信号连接；再一端与电机扫描模块(5)以电信号连接；又一端与通信模块(6)以电信号连接；
光源模块(2)与发射接收光学系统(4)以光信号连接；
发射接收光学系统(4)与探测器模块(3)在同一轴线上，以光信号连接；
电机扫描模块(5)与发射接收光学系统(4)以电信号连接；
应用平台(7)与通信模块(6)以电信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统，其特征在于，所述专用SOC集成芯片(1)，主要由总控与数据处理模块(101)、光源驱动电路(102)、电机驱动电路(103)、探测器驱动电路(104)、飞行时间调制电路(105)、信号强度调制电路(106)、时间/强度信号融合电路(107)、时间/强度信号放大电路(108)、时间信号测量电路(109)以及强度信号测量电路(110)以电路方式连接组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统，其特征在于，所述光源模块(2)，由激光器、安装块、驱动线组成，光源与探测器在同一轴线上。
4.根据权利要求1所述的一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统，其特征在于，所述探测器模块(3)，主要由探测器，信号抗干扰保护盖组成。
5.根据权利要求1所述的一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统，其特征在于，所述光学发射接收系统(4)，主要由激光准直透镜、扫描转镜、45°反射镜、滤光片、接收透镜组成。
6.根据权利要求1所述的一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统，其特征在于，所述电机扫描模块(5)，主要由扫描电机(501)、定位导块(502)、45°反射镜(503)组成。
7.根据权利要求1所述的一种基于高集成度的专用SOC芯片的激光雷达系统，其特征在于，所述通信模块(6)，经上位机与总控及数据处理模块信息交互连接。
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| CN113541928A (zh) * | 2020-04-20 | 2021-10-22 | 科大国盾量子技术股份有限公司 | 基于片上系统的量子密钥分发控制系统 |
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