CN110244307A - 一种基于光技术测量物体距离和空间位置的方法及装置 - Google Patents

一种基于光技术测量物体距离和空间位置的方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种同步或快速测量物体的方位和距离的光学方法和装置，将一组不同波长的激光光源采用一个波分复用装置集束成一束多波长光束，通过光纤或波导传导给一个波长分束发射系统，按不同波长发射到不同方向以覆盖被测目标所在空间，并接收来自被测目标的反射光，以获得不同方向的目标反射光信息，将反射光信息集束到光纤中发送到一个波分解复用装置分束成不同波长的信号光；经过光电转换和信号处理，获得被测目标的三维分布情况。

Description

一种基于光技术测量物体距离和空间位置的方法及装置
技术领域
本专利文献中公开的技术涉及应用波分复用技术和光电振荡器进行光学测距和光学定位的方法和装置。
背景技术
激光雷达（LiDAR）是一种通过用激光照射目标、并用传感器感测目标反射光来测量与目标距离和位置关系的方法。激光从不同目标返回时间的差异或波长变化的差异可用来数字表达目标的3D分布情况。自动驾驶车辆使用激光雷达的时候，依靠旋转激光束进行障碍物检测和避让，以保证在环境中安全地行驶。激光雷达传感器的点群分布的数据输出，还可用于机器人，为机器人的运动软件提供必要的数据，以使机器人确定环境中潜在的障碍物存在的位置以及机器人与潜在障碍物的位置关系。对于自动驾驶车辆应用来说，可将激光雷达安装在车辆的顶部，发射激光束并连续旋转以获得完整的360度方位视场（FOV）。通过这种圆形线扫描的激光雷达可以得到一个二维圆形障碍物分布图，但只能在一个平面上看到物体。为了克服这个问题，可采用多个激光器，每个激光器在垂直面上指向不同的角度以获得足够的垂直视场，并因此获得三维圆形分布图。例如，Velodyne公司开发的HDL-64E型号激光雷达，在905nm波长采用了64个激光器，分布在26.8度垂直视场角（如图1所示）。
然而，这种技术方案制造工艺复杂且器件成本昂贵，这种激光雷达的市场价格为每个75,000美元左右，对于民用汽车来说这样的装备太昂贵了。图1所示的HDL-64E 激光雷达中，64个激光器以相对均匀的交叉角度取向，覆盖围绕Z轴旋转的XZ平面的26.8度。首先，这种激光雷达难以准确地对准这些激光器的角度分布，特别是每个激光束必须良好地准直，因为感测距离高达120米的情况下，未经准直的激光光束直径会变得很大。如果上述对准不够精确，激光的相对方位误差可能会导致较大的测距误差。其次，这种激光雷达每个激光器都必须用高电流的短电脉冲（5纳秒）驱动，这使驱动电路成本很高，且体积大，功耗大。第三，64个光束的发送和接收，对配套的光学器件要求很高，会使得整个激光雷达笨重。最后，这种激光雷达所有的激光器和相关的收发光的光学器件都需要集成在一个旋转台上，这使得整个光学头变得复杂和沉重，并且容易出现机械故障。
发明内容
本发明公开了一种基于波分复用（WDM）技术的新型激光雷达系统，该系统可采用为光纤通信行业开发的低成本和已广泛应用的技术成熟部件，来有效地获得自动驾驶车辆或机器人所需的大的垂直视场。 基于波分复用（WDM）的激光雷达具有以下优点：1）通过光纤连接，所有激光器，检测光学元件和电子元件都可以安放在远离旋转光学探头的地方（例如装在汽车行李箱中），这使光学头简单、小巧和轻便；2）与Velodyne公司的 激光雷达系统不同的是，Velodyne公司的 激光雷达系统每个激光器都有一个驱动电路，用于产生所需的高电流短脉冲；而在本发明WDM激光雷达中，所有的激光器共用一个驱动电路来产生高电流所需的短脉冲，从而大大降低成本和功耗。 3）与采用独立发光和接收光的光学器件的Velodyne公司的激光雷达系统不同，在本发明WDM 激光雷达中，采取共用发光和接收光学器件的技术方案，从而进一步减小了整个系统的尺寸、重量和成本。
本发明公开了一种基于光技术测量物体距离和空间位置的方法，包括如下步骤：
1）将一系列不同波长的激光通过一个波分复用系统集束成一束波分复用集束光；
2）采用一个波长分束发射系统接收所述波分复用集束光，并在检测方向上按照不同波长对应设定偏转角度分束输出，以照射被测目标；并从被测目标接收其反射信号光，通过所述波长分束发射系统集束成一束目标反射信号光；
3）一个波分解复用系统接收来自所述波长分束发射系统的目标反射信号光，通过波分解复用形成一组不同波长的解复用信号光；
4）一组光探测器分别接收来自波分解复用系统的一组所述解复用信号光，并将其转换成与所述解复用信号光分别对应的探测器电信号；
5）经过对探测器信号综合处理，获得携带被测目标空间与检测装置之间的距离和空间位置分布信息。
进一步，包括：在测量过程中，将波长分束发射系统进行水平转动或垂直转动，从而获得被测目标三维距离和空间位置分布信息。
进一步，所述对探测器信号综合处理包括：给所述波分复用集束光施加一个扫频调制信号，对光强进行扫频调制；并根据所述目标反射信号光解复用后形成的一组不同波长的解复用信号光，与所述波分复用集束光扫率调制信号之间的拍频，解析出被测目标的距离和空间位置分布信息。
进一步，所述对探测器信号综合处理包括：所述波分复用集束光是脉冲光；并根据所述目标反射信号光解复用后形成的一组不同波长的解复用信号光，与所述波分复用集束光之间的脉冲时间差，解析出被测目标的距离和空间位置分布信息。
本发明还公开了一种基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，包括：一组不同波长的光源，分别发出不同波长的光；一个第一波分复用器接收来自不同波长的光源的不同波长的光，并复用成一束光；一个光环行器的第一端口通过第一光纤与所述波分复用器连接，接收来自第一波分复用器的一束不同波长的复用光，并从所述光环行器的第二端口通过一个第二光纤输出给一个波长分束发射系统；所述波长分束发射系统将接收到的所述复用光按不同波长在检测方向偏转设定角度发射到被测目标所在空间，并从被测目标接收其不同波长的反射光，再集束成一束目标反射光再通过所述第二光纤传输至所述光环行器第二端口，并从所述光环行器的第三端口输出；一个第二波分复用器通过一个第三光纤与所述光环行器第三端口连接，接收来自光环行器的目标反射光，并解复用成不同波长的目标反射光信号；一组光探测器通过一组光纤或光波导分别接收来自波分解复用器的不同波长的目标反射光信号，并分别转换成对应不同波长光信号的不同电信号；一个信号处理单元接收来自所述一组光探测器的电信号，对收到的信号进行处理，获得被测目标在检测方向上的距离分布信息。
进一步，所述波长分束发射系统是一个衍射光栅。
进一步，包括：一个转动装置操纵波长分束发射系统沿着水平平面（或垂直平面）转动，使所述波长分束发射系统的在垂直平面（或水平平面）的发散发射的不同波长的出射光对被测目标所在空间进行三维扫描，并从被测目标接收反射光；一个转动连接器加在第二光纤中间，以保证在所述转动装置转动的时候，第二光纤不会产生扭曲；所述信号处理单元还根据转动装置转动角度，计算出被测目标三维空间的分布情况。
本发明还公开了 一种基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，包括：一组不同波长的光源，分别发出不同波长的光；一个第一波分复用器接收来自不同波长的光源的不同波长的光，并复用成一束复用光；一个光环行器的第一端口通过第一光纤与所述第一波分复用器连接，接收来自第一波分复用器的所述复用光，并从所述光环行器的第二端口通过一个第二光纤输出给一个由第三波分复用器、光波导、透镜、出射光阵列板构成的波长分束发射系统；所述第三波分复用器将接收到的复用光按不同波长解复用到不同的光波导，在一个出射光二维阵列板上产生一组不同波长的出射光阵列；一个透镜用来接收来自出射光阵列板的不同波长的出射光，所述出射光阵列板的所有不同波长的出射光阵列均位于所述透镜的焦平面上；所述透镜将所接收的不同波长的光在垂直坐标平面和水平坐标平面沿设定角度发射到被测目标所在空间，并从被测目标接收其不同波长的反射光，再通过出射光阵列板、所述一组光波导和第三波分复用器集束成一束目标反射光，再通过所述第二光纤传输至所述光环行器第二端口，并从所述光环行器的第三端口输出；一个第二波分复用器通过一个第三光纤与所述光环行器第三端口连接，接收来自光环行器的目标反射光，并解复用成不同波长的目标反射光信号；一组光探测器通过一组光纤或光波导分别接收来自第二波分复用器的不同波长的目标反射光信号，并分别转换成对应不同波长光信号的不同电信号；一个信号处理单元接收来自所述一组光探测器的电信号，对收到的信号进行处理，获得被测目标在垂直平面和水平平面上的距离分布信息。
进一步，包括：一个转动装置操纵所述波长分束发射系统沿着水平平面（或垂直平面）转动，使所述波长分束发射系统的在垂直平面和水平平面的发散发射的不同波长的出射光对被测目标所在空间进行扫描，并从被测目标接收反射光；一个转动连接器加在第二光纤中间，以保证在所述转动装置转动的时候，第二光纤不会产生扭曲；所述信号处理单元还根据转动装置转动角度，计算出被测目标三维空间的分布情况。
进一步，包括：一个光开关或半导体光放大器（SOA）连接在所述第一光纤或第二光纤中，用来给所述第一光纤或第二光纤中的传输光的光强施加一个按一定频率变化的调制信号；或用来控制所述第一光纤或第二光纤中的传输光的通断，使之成为一个按一定频率发射的脉冲光信号。
进一步，包括：所述激光光源和第一波分复用器更换为一个多波长激光器或光频率梳，向第一光纤中提供一束多波长光束。
进一步，包括：所述激光光源和第一波分复用器更换为一个耦合光电振荡器；所述耦合光电振荡器的光脉冲输出端向第一光纤中提供一束多波长光脉冲信号；所述耦合光电振荡器的射频输出端向信号处理单元输出与光脉冲信号对应的脉冲电信号。
进一步，包括：所述第三波分复用器更换为一个衍射光栅和一个透镜，用来接收来自光环行器的目标反射光，并分束成不同波长的目标反射光信号，提供给所述一组光探测器。
进一步，包括：一个电光调制器连接在所述第一光纤或第二光纤中；一个频率斜坡发生器产生一组输出信号，其中一路用来驱动所述电光调制器对第一光纤或第二光纤中的光进行调制；一组混频器用来分别接收所述一组光探测器的一组电信号输出，同时分别接收所述频率斜坡发生器的输出，并将两组信号进行分别混频，并产生一组混频器信号输出；一组低通滤波器用来分别接收来自一组混频器的一组混频器信号输出，并产生一组滤波器信号输出；一组信号放大器用来分别接收来自所述一组混频器的混频器信号输出，并产生一组放大器信号输出；一组模拟/数字信号转换器用来分别接收来自所述一组放大器信号输出，并产生一组数字信号输出；一组运算模块用来分别接收来自所述一组数字信号输出，并进行傅立叶变换运算，计算出被测目标三维空间的分布情况。
进一步，包括：所述激光光源和第一波分复用器更换为一个多波长光电振荡器或一个耦合光电振荡器；所述多波长光电振荡器或耦合光电振荡器的光输出端向第一光纤中提供一束多波长光信号；所述耦合光电振荡器的射频输出端向信号处理单元输出一组射频信号；一组混频器用来分别接收所述一组光探测器的一组电信号输出，同时分别接收所述多波长光电振荡器或耦合光电振荡器的射频输出，并将两组信号进行分别混频，并产生一组混频器信号输出；一组低通滤波器用来分别接收来自一组混频器的一组混频器信号输出，并产生一组滤波器信号输出；一组信号放大器用来分别接收来自所述一组混频器的混频器信号输出，并产生一组放大器信号输出；一组模拟/数字信号转换器用来分别接收来自所述一组放大器信号输出，并产生一组数字信号输出；一组运算模块用来分别接收来自所述一组数字信号输出，并进行傅立叶变换运算，计算出被测目标三维空间的分布情况。
进一步，包括：所述一组不同波长的光源和一个第一波分复用器被集成在一个发射集成芯片上；所述发射集成芯片包括一个连接光纤尾纤端口，用于通过所述第一光纤连接与所述光环行器第一端口连接；所述光纤尾纤端口在集成芯片上与波分复用器之间，通过一个也集成在发射集成芯片上的电光调制器和光放大器连接；所述发射集成芯片还包括所述电光调制器和光放大器的驱动接口。
进一步，包括：所述一组光探测器和第二波分复用器被集成在一个接收集成芯片上；所述接收集成芯片包括一个连接光纤尾纤端口，用于通过所述第三光纤与所述光环行器第三端口连接；所述光纤尾纤端口在接收集成芯片上与第二波分复用器之间，通过一个也集成在接收集成芯片上的光放大器连接；所述接收集成芯片还包括一组电信号放大器集成在所述接收集成芯片上，用来分别接收来自所述一组光探测器的输出信号，并从集成在所述接收集成芯片上的电输出端口输出给信号处理单元。
进一步，包括：所述波长分束发射系统是一个第一扫描集成芯片；所述第一扫描集成芯片包括一个连接光纤尾纤端口，用于通过所述第二光纤连接与所述光环行器第二端口连接；所述光纤尾纤端口在第一扫描集成芯片上通过一个也集成在第一扫描集成芯片上的光放大器连接与一个集成在第一扫描集成芯片上的第三波分复用器连接； 所述第一扫描集成芯片还包括一组透镜集成在所述第一扫描集成芯片上，用来通过一组光波导分别接收来自扫描波分解复用器的不同波长输出光信号，并从一组透镜沿检测方向偏转设定角度向被测目标所在空间发射，并从被测目标所在空间接收所述不同波长输出光信号的反射光，再通过所述第二光纤回到所述光环行器第二端口。
进一步，包括：所述波长分束发射系统是一个第二扫描集成芯片；所述第二扫描集成芯片包括一个连接光纤尾纤端口，用于通过所述第二光纤连接与所述光环行器第二端口连接；所述光纤尾纤端口在第二扫描集成芯片上通过一个也集成在第二扫描集成芯片上的光放大器连接与一个集成在第二扫描集成芯片上的第三波分复用器连接； 所述第二扫描集成芯片还包括一个透镜集成在所述第二扫描集成芯片上，用来接收来自第三波分复用器的不同波长输出光信号，并从所述透镜沿检测方向偏转设定角度向被测目标所在空间发射，并从被测目标所在空间接收所述不同波长输出光信号的反射光，再通过所述第二光纤回到所述光环行器第二端口。
进一步，所述透镜为一组透镜；所述出射光阵列板为对应一组透镜的一组出射光阵列板；所述一组透镜接收来自一个第三波分复用器或一组波分复用器的不同波长的光，朝向设定方向空间进行不同波长光的三维发射，以保证覆盖整个三维空间的目标距离和位置的测量。
进一步，所述多波长光电振荡器，包括：一个光源模块或集成了光源的电路芯片，其输出光与一个电光调制器连接；所述光源模块或集成了光源的电路芯片包括一组激光器发出的不同波长的光，通过一组光波导连接到一个波分复用器，产生一束多波长的光源模块输出光；所述电光调制器接收光源模块或集成芯片的输出光后所产生的输出光分为第一电光调制器输出光和第二电光调制器输出光，所述第一电光调制器输出光作为整个多波长光电振荡器输出光给所述光环行器的第一端口；所述电光调制器产生的第二电光调制器输出光通过一个光学储能元件后，由一个光探测器接收并转换成电信号；所述光探测器的输出电信号经过一个射频放大器放大后，输出给一个可调带通滤波器滤波后，输出给一个射频耦合器；所述射频耦合器将收到的射频信号分成第一射频信号输出和第二射频信号输出；所述第一射频信号输出作为整个多波长光电振荡器的射频输出提供给所述混频器；所述第二射频信号输出反馈输出给所述电光调制器，对输出光进行反馈调制。
进一步，所述多波长光电振荡器，包括：所述电光调制器也集成在所述光源模块或集成芯片中，并在光源模块或集成芯片中输出光端口和电光调制器之间集成一个光放大器。
进一步，所述多波长光电振荡器，包括：所述光学储能元件和所述可调带通滤波器之间的光探测器和射频放大器，被一个多波长接收器光子集成芯片和一个射频组件取代；所述多波长接收器光子集成芯片中的一个光放大器通过光纤尾纤接收来自光学储能元件的多波长光信号，经过一个光放大器放大后，输出给一个波分解复用器，所述波分解复用器将接收到的光信号分解成多路不同波长的光信号，并通过一组光波导分别传输到一组光探测器，所述一组光探测器将接受到的不同波长的光信号分别转换成电信号，再分别输出给一组射频放大器放大后，被一个射频组件接收，所述射频组件将接收到的一组射频信号组合成一个含有多个射频信息的电信号，并输出给所述可调带通滤波器。
进一步，所述耦合光电振荡器，包括：一个由法布里帕罗（F-P）谐振器、电光调制器、光放大器和光隔离器构成的激光谐振回路，所述光放大器产生一个多波长的激光输出；所述电光调制器从所述激光谐振回路中分出一路光给一个光谐振器；所述光谐振器的一端和所述电光调制器连接，另一端和一个光探测器连接；光探测器将从谐振器接收到的光转换成电信号，通过一个射频放大器放大后，输出给一个带通滤波器，经过所述带通滤波器滤波后的射频信号再经过一个射频放大器放大后，通过一个射频耦合器分成两路电信号，一路电信号作为整个耦合光电振荡器的射频输出，另外一路射频信号反馈输出给所述电光调制器。
进一步，所述带通滤波器来是一个可调谐带通滤波器，使得整个耦合光电振荡器振荡频率可调谐。
进一步，所述耦合光电振荡器，包括：一个第一光波导的第一端口和一个微型光学球或微型光学盘耦合，第一光波导的第二端口与通过一个调制器与一个高反射镜相连；一个第二光波导的第一端口与所述微型光学球或微型光学盘耦合，第二光波导的第二端口与一个光探测器相连，且在所述光探测器和第二光波导之间保持一个可以引起反射的间隙；所述高反射镜、第一光波导、第二光波导、微型光学球或微型光学盘和所述光探测器和第二光波导之间保持一个可以引起反射的间隙形成一个激光谐振腔，所述第一光波导或（和）第二光波导通过掺杂可以产生激光谐振，并在所述反射间隙产生一个作为所述耦合光电振荡器的脉冲激光输出；所述光探测器的电输出的一部分作为所述耦合光电振荡器的射频输出信号，所述光探测器的电输出的另外一部分，作为反馈信号到所述调制器，对所述谐振腔的激光进行调制。
本发明通过将一组不同波长的激光光源采用一个波分复用装置集束成一束多波长光束，通过光纤传导给一个波长分束发射系统，在垂直面（或水平面）沿不同波长发射到被测目标所在空间，并接收来自被测目标的反射光，利用旋转波长分束发射系统，可以获得不同方向的垂直面（或水平面）的目标反射光信息，将反射光信息集束到光纤中发送到一个波分解复用装置分束成不同波长的信号光；经过光电转换和信号处理，获得被测目标的分布情况。
附图说明
图1现有技术的激光雷达系统的激光扫描仪的示意图，其中64个激光器指向不同的方向，以在XZ平面中获得26.8度垂直方位视角。整个组件围绕Z轴旋转时可获得完整的360°方位角视场。
图2A是实施例1——基于波分复用技术（WDM）的多通道旋转激光雷达（LiDAR）系统的图示 。
图2B 是图2A所示基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的应用示意图。 旋转扫描装置可以放在汽车的顶部，光发射装置、光接收装置和信号处理单元可以与旋转装置分开放置在汽车的后备箱或底座上。
图3 实施例2——基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的图示。使用多波长激光器或频率梳（如锁模激光器）来代替图2中使用的多个激光器。
图4是实施例3——基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的图示。使用耦合的光电振荡器（COEO）来产生频率梳。另外，COEO的射频（RF）输出直接用作本地振荡器的时钟。
图5 是实施例4——基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的图示，在信号接收单元中采用了衍射光栅进行按波长分光。
图6是实施例5——基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的图示，使用频率调制连续波（FMCW）方案来获得反射的距离信息。
图7是实施例6——基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的图示，在图6的基础上，发射单元中多个不同波长的激光器被替换为多波长激光器或者频率梳。
图8是实施例7——基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的图示，在图6的基础上，发射单元中具有不同波长的多个激光器被替换为多波长可调频率OEO或可调频率COEO。
图9A是用于图2和图6的光电集成芯片（PIC）中的多波长发射器的图示。
图9B是用于图2、图3、图4、图6至8中的光电集成芯片（PIC）中的多波长接收器的图示。
图9C是实施例1中集成在PIC芯片上的波束形成和旋转单元的图示。
图9D是实施例2中集成在PIC芯片上的波束形成和旋转单元的图示。
图10是一种不用机械旋转的产生旋转波束的形成单元的图示，替代图2A、图3、图4、图5、图6、图7、图8中需要转动才能覆盖三维空间测量的波长分束发射系统（BF单元）。
图11A是一个图15装置在4个方向进行测距的探测波束形成单元示意图。
图11B是比图11A更密集的8个方向进行三维测距的探测波束形成单元示意图。
图12是图8中的多波长可调频光电振荡器（OEO）用于实施例1时的图示。
图13是图8中的多波长可调频电振荡器（OEO）用于实施例2时的图示。
图14是图8中的多波长可调频率OEO用于实施例3时的图示。
图15是图4中的耦合电光振荡器用于实施例1时的示意图。可以用可调谐带通滤波器来代替固定带通滤波器，使得COEO的可调谐功能可用于图8。
图16是集成在芯片上耦合光电振荡器（COEO）的一个例子。微球是一个微型谐振器的例子，也可采用其他类型的微型谐振器。振荡频率可以通过调整微谐振器的谐振频率来调整，例如通过给微谐振器施加电压或改变其温度来调整起谐振频率。COEO芯片可以用InGaAs半导体制造。
具体实施方式
本发明具体实施内容如下：
实施例1
图2A是基于波分复用技术（WDM）的多通道旋转激光雷达（LiDAR）系统的实施例1。该激光雷达系统可以分为3个功能单元，包括：1）发射单元201；2）波束形成和旋转单元202；3）接收单元203；分别用虚线标出。发射单元201中的不同波长的符合国际电信联盟ITU的网格的多个激光器20111、20112、……2011n通过与一个波分复用模块（WDM）2012连接将光束集束在一起，再通过光纤2013连接到一个光开关或半导体光放大器（SOA）2014产生光输出，本地振荡器（LO）2035的电脉冲快速地打开和关闭以控制该输出，然后通过光环行器204输出到波长分束发射系统（BF单元）202。半导体放大器（SOA）2014同时具有光放大和交换功能的优点。在波长分束发射系统（BF单元）202中，光输出通过一个准直器2023被准直入射到一个衍射光栅2025上，并以不同波长的脉冲20261、20262、……2026n经衍射在竖直方向偏转到设定的方向，形成扇面辐射，以覆盖不同的照射角度。扇面的角度根据测量范围选定。然后马达载物台2022转动准直器2023和光栅2025组件，使得不同波长的所有光束20261、20262、……2026n随着连续旋转。来自被测目标206的不同方向（且不同波长）的反射光束2061、2062、……206n被耦合回到光纤2021中并被环形器204引导到接收单元203中。接收单元203中的波分复用模块（WDM）2031将不同波长的光脉冲20321、20322、……2032n解复用到不同的光电探测器（可以是PIN二极管、APD或光电倍增管）PD1、PD2、……PDN，然后将其时序与来自本地振荡器时钟（LO）2035的脉冲进行比较，其时间差与由不同波长的脉冲光检测到的障碍物的距离成正比，从而可以计算出被测目标的距离。本地振荡器时钟2035可以和光电探测器PD1、PD2、……PDN，安置在一块电路板2034上；衍射光栅2025和准直器2023可以安置在一个外壳2024当中，通过旋转马达2022带动在水平方向旋转扫描；一个转动连接器205用来保证转动时光纤2021不会被无限制扭曲；在这个扫描转动不需要连续360度转动的时候（比如只是在一定的角度范围内摆动），那么只需要将光纤2021保证一定的长度，就可以不需要转动连接器205。本发明利用电信行业现有波分复用（WDM）成熟技术，人们可以轻松地在C波段实现80多个波长信道，以满足自动驾驶车辆应用对垂直视场的技术要求。
从图2A中可以进一步看出，1）发射单元和接收单元可以远离具有旋转光学头的波长分束发射系统（202），只通过一根光纤（2021）连接。这样，发射单元（201）和接收单元（203）可放置在汽车行李箱内，只有波长分束发射系统（202）安装在汽车的顶部（如图2B所示），这使得波长分束发射系统简单、紧凑和轻便。当然，所有三个不同的单元也可以分开设计位于汽车车身的三个不同的位置。 2）只需要一个光开关用于为所有激光器的光制造光脉冲。而且，可以只使用一个光放大器来放大所有来自激光器的光束。实际上，在本发明中采用半导体光放大器（SOA）同时用作光开关和光放大器，从而进一步降低成本。3）在波长分束发射系统中，仅使用单根光纤将来自所有激光器的光传送到光纤准直器，该准直光被引导到衍射光栅后，将不同波长光束发射到待感测空间。来自被测目标的所有波长的返回光回到相同的准直器和相同的光纤，并通过光环形器被引导到接收单元中。因此，光发射和接收都使用相同的光学元件，从而使元件数量种类进一步减少，从而进一步降低了成本和尺寸。
实施例2
图3是基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的实施例2的图示。这个方案中使用了多波长激光器或频率梳3011（如锁模激光器）来代替图2中使用的多个激光器20111、20112、……2011n。
实施例3
图4是基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的实施例3的图示。在这个方案中使用了耦合的光电振荡器（COEO）4011来产生频率梳输出4012。同时，COEO的RF输出4013被用作本地振荡器的定时时钟——本地振荡器时钟2035。
实施例4
图5是基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的实施例4的图示。在这个方案中，采用一个衍射光栅5031系统来解复用不同波长的返回信号，由衍射光栅5031分解的不同波长的光束，用过一个（或一组）透镜5032将光束聚焦到探测器阵列5033上，从而用衍射光栅系统503替代图2-4中接收单元203中的WDM解复用体系。
实施例5
图6是基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的实施例5的图示。这里使用频率调制连续波（FMCW）方案来获得反射的距离信息。频率斜坡发生器被用来驱动电光调制器，用频率啁啾来同时调制所有波长的激光束。然后，光纤中的光束通过旋转连接器耦合到波长分束发射系统（BF单元）中。在衍射光栅上，不同波长的光束发生偏转在竖直面上发射方向不同。来自目标的不同波长的返回光束被耦合回光纤并被引导到接收单元中的波分复用模块（WDM）2031，并被解复用后照射到不同的光电探测器PD1~PDN。然后光电探测器PD1~PDN产生的电信号分别与来自频率斜坡发生器6035的信号通过混频器60361~6036n混合，输出到信号处理单元604，分别由低通滤波器60411~6041n滤波后，再分别由信号放大器60421~6042n放大，然后输出到处理单元604中的运算模块6043分别由ADC转换成数字信号，最后在分别进行傅里叶变换，得到被测目标的距离信息。在这个方案中，一个电光调制器6014替代图2、图3和图5中的光开关2014，所述频率斜坡发生器6035除了为混频器60361~6036n提供混频信号，还为电光调制器6014提供驱动信号。
实施例6
图7是基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的-实施例6的图示。与图6类似，不同之处在于发射单元中多个不同波长的激光器和波分复用器被替换为一个多波长激光器或者频率梳3011。
实施例7
图8是基于WDM的多通道旋转激光雷达系统的实施例7的图示。与图6类似，不同之处在于发射器单元中具有不同波长的多个激光器被替换为多波长可调频率光电振荡器（OEO）或可调频率耦合光电振荡器（COEO）8011。来自OEO（或COEO）8011的RF输出8013被用作LO信号，以与来自接收器单元的不同波长的接收信号PD1~PDN在各个混频器60361~6036n混合；来自OEO（或COEO）8011的调制多波长光输出8012，以通过一个光放大器8014放大后，输出给波长分束发射系统（BF单元）。
图9A是在图2和图6中使用的多波长发射单元集成在光子集成芯片（PIC）中的图示。在这组集成芯片上包括：一组发出不同波长的激光器91011~9101n发出的光，通过对应的光波导91021~9102n进入波分复用器（WDM）9103，形成一束光信号进入一个电光调制器（EOM或EAM）9104，由电光调制器9104调制后的光信号通过一个光放大器（SOA）9105放大后，从芯片的光纤尾纤9108输出光信号给图6或图2的测量系统的波长分束发射系统（BF单元）202；集成芯片还留有给电光调制器9104提供驱动的接口9106，和给光放大器9105提供驱动的接口9107。
图9B是在图2、3、4、6、7和8中使用的集成在光子集成芯片（PIC）中的多波长接收单元的图示。包括：一根光纤尾纤9201一端与图2、3、4、6、7和8中的波长分束发射系统（BF单元）连接，接收来自波长分束发射系统（BF单元）的输出光信号，光纤尾纤9201另一端与集成芯片连接，将光信号输入给集成芯片中的光放大器9202，然后一个波分解复用器（WDM）9203将接收光解复用为各个信号波长，分别进入光波导92041~9204n；一组光探测器92051~9205n将来自光波导的各个波长光信号转换成对应的电信号，再通过一组信号放大器92061~9206n放大后产生系统的电信号输出；在系统光功率足够强的时候，光放大器9202也可以不用。
图9C是集成在PIC芯片上的波长分束发射系统（BF单元）的实施例1的图示。包括：一根光纤尾纤9301从图2、3、4、6、7和8的光发射单元201接收光，并通过一个光放大器9302输出到一个波分复用器9303分成不同波长的输出光，一组光波导93041~9304n将不同波长的光束分别输出给一组透镜阵列93051~9305n，透镜阵列用于将导入的不同波长的光沿竖直面的设定方向偏转后向被测空间发射。每个光波束的垂直面各个方向可以由每个波导到其相应透镜的中心线的距离来确定。该芯片可以安装在电机平台上，连续旋转以覆盖360度平面方位角。
图9D是集成在PIC芯片上的波长分束发射系统（BF单元）的实施例2的图示。这个方案与图9C的区别在于采用一个单透镜9405代替了透镜阵列的各个透镜93051~9305n单透镜9405用于将来自不同波导94041~9404n的光导向垂直平面的不同方向。每个光束的照射方向可以由相应波导94041~9404n到透镜9405中心线的距离确定。该芯片安装在电机平台上以连续旋转以覆盖360度方位角。
图9中的发射单元PIC芯片（图9A）、接收单元PIC芯片（图9B）和BF单元 PIC芯片（图9C和图9D）也可以全部封装在一起，甚至集成在同一个更大的PIC芯片上，从而进一步提高整个系统的集成化。
实施例8
图10是一种可以不需要机械旋转产生旋转的波束的形成单元的实施例8的图示，替代图2A、图3、图4、图5、图6、图7、图8中需要旋转才能覆盖三维空间测量的波长分束发射系统（BF单元）。当然，如果同时采用机械旋转，会得到更高的检测精度和更广的空间覆盖面。图10中的光纤尾纤1001接收来自图2A、图3、图4、图5、图6、图7、图8的光纤2021的多波长的信号光，通过一个光放大器1002放大后，进入一个波分复用器1003分束成多个不同波长的光束，分别通过不同的光波导10041~1004n传输到一个出射光阵列板1005，一个聚焦透镜1006接收来自出射光阵列板1005的不同波长的光，并发射到被测目标所在空间。这里每一个光波导都在出射光阵列板1005上有一个相应波长的出射光口，这些出射光口排列在出射光阵列板的平面上，按照方形或者圆形平面排列，可将这个出射光口组成的平面设置在所述聚焦透镜1006的焦平面上，因而所述聚焦透镜1006向被测目标所在空间产生的出射光就是一组不同波长且沿设定方向出射的光束组。这一组光束可以覆盖一个三维立体空间。来自不同光纤端口发射的光束将形成一个3D锥体，每个光束的方向角αij由对应光纤端口到透镜光轴的距离dij决定，其方向角数值为αij= tan-1dij / f，其中 f是透镜的焦距，i 和j 分别是出射光阵列板水平和垂直方向上的出射光口的序列数。当被测目标的不同波长的反射光回到聚焦透镜1006，并通过透镜聚焦、在通过各个光波导返回波分复用器进行集束后，通过光纤1001返回图2A、图3、图4、图5、图6、图7、图8的系统当中，实现在原波长分束发射系统（BF单元）不需转动的情况下进行三维立体空间的目标测距。
图11A是一个图10装置在多个方向进行测距的探测波束形成单元示意图。其中四组透镜10061~10064系统和四组出射光阵列板10051~10054在四个相互垂直的方向上发射不同波长的探测光束；一根入射光纤尾纤（或多个光纤尾纤）1101承载多个波长的光束，将光源的光传输到一个（或多个）波分复用器（WDM）进行分光后，将不同波长的光传输到四个被测目标方向。
图11B是8个方向进行三维测距的探测波束形成单元示意图，采用的探测波束形成单元越多，覆盖面就越密集，获得测距信息越准确，当然成本也会相应增加。
对于图11A和图11B所示的结构来说，还可以将探测波束增加到向上和向下的三维测距，这种测距方式，就可以用于空间载体（例如飞行器）进行周边被测目标全方位测距。
图12是在图8中使用的多波长可调频（OEO）8011用于实施例1的图示。包括一个光源模块1201，其输出光与一个电光调制器1202连接；所述光源模块包括一组激光器120111~12011n发出的不同波长的光，通过一组光波导120121~12012n连接到一个波分复用器12013，产生一个束多波长的光束给电光调制器1202；电光调制器1202产生的输出光分为两部分，一部分作为整个OEO输出光1209给图８中的光环行器204，进而为波长分束发射系统（BF单元）提供光源；电光调制器1202产生的输出光的另一部分通过一个光学储能元件1208——例如光纤环延迟器等——后由一个光探测器1207接收并转换成电信号，经过一个射频放大器1206放大后，输出给一个可调带通滤波器1205经过滤波后，输出给一个射频耦合器1203；射频耦合器1203将收到的射频信号分成两部分，一部分作为OEO的射频输出1204，提供给图8中的混频器60361~6036n；耦合器将另一部分射频信号反馈输出给电光调制器1202，对输出光进行反馈调制。这里的电光调制器位于多激光器PIC芯片1201之外。
图13是在图8中使用的多波长可调频OEO用于实施例2的图示。与图12不同的是，这里电光调制器1202和一个可选的半导体光放大器SOA1301集成在多激光器PIC芯片1201上。
图14是图8中使用的多波长可调频OEO用于实施例3的图示。和图13一样，这里电光调制器1202和一个可选的半导体光放大器SOA1301集成在多激光PIC芯片1201上。和图13相比一个很大的不同是，在图13中的光学储能元件1208和可调带通滤波器1205之间的光探测器1207和射频放大器1206，被一个多波长接收器光子集成芯片1401和一个射频组件1402取代；多波长接收器PIC芯片1401中的一个光放大器14011通过光纤尾纤1403接收来自光学储能元件1208的多波长光信号，经过放大后输出给一个波分复用器14012，波分复用器14012将接收到的光信号分解成多路不同波长的光信号，一组光波导140131~14013n分别接收这些不同波长的光信号，并分别传输到一组光探测器140141~14014n，这组光探测器将接受到的不同波长的光信号分别转换成电信号分别输出给一组射频放大器140151~14015n，经过放大后的电信号被一个射频组件1402接收，并组合成一个含有多个射频信息的电信号，并输出给图13中的可调带通滤波器1205，多波长接收器PIC芯片1401作用在于分别检测不同波长的探测目标返回信号，并与RF组合器1402组合连接合并成一个电信号。
图15是可在图4中使用的耦合电光振荡器用于实施例1的图示。其中包括一个法布里帕罗（F-P）谐振器1502、电光调制器1503、光放大器1504和光隔离器1501构成的激光谐振回路，并从光放大器1504产生一个多波长的激光输出1513； 在这个光谐振回路中，电光调制器1503分出一路光给一个光谐振器1506，该谐振器可以是一个光纤环构成；所述光谐振器1506的一端和电光调制器1503连接，另一端和一个光探测器1507连接；光探测器1507将从谐振器1506接收到的光转换成电信号，通过一个射频放大器1508放大后，输出给一个带通滤波器1509，经过滤波后的射频信号再经过一个射频放大器1510放大后，通过一个射频耦合器1512分成两路电信号，一路作为整个耦合光电振荡器的射频输出1511，另外一路射频信号反馈输出给电光调制器1503。也可以用可调谐带通滤波器来代替固定带通滤波器1509，使得所用的COEO可以像在图8中用的COEO那样使可调谐。
图16是芯片上的上述耦合光电振荡器（COEO）的例子。包括：一个集成在衬底上的第一波导1602，其第一端口从电光调制器1601接收经调制的光信号，第二端口有小角度小平面，通过消除散射波的方式耦合到微谐振器；一个第二波导1606集成在所述基板上，其第一端口也通过成角度小面耦合到所述微谐振器；一个集成在所述基板上的半导体光探测器，用于接收并将所述第二波导1606的光输出转换为电信号。此外，在光探测器1603和电光调制器1601之间进行电连接以传输电调制信号。第一和第二波导的至少一部分被掺杂以产生光学增益，用以在由光波导1602、1606、高反射镜1609、反射间隙1604和微球谐振器1605形成的激光腔中产生激光振荡，并产生光输出1608和射频输出1607。微球是一个微型谐振器的例子。其他类型的微型谐振器也可以使用。振荡频率可以通过调整微谐振器的谐振频率来调整，通过施加电压或通过改变其温度。 COEO芯片可以用InGaAs技术或硅光子技术制造。
虽然该专利文献包含许多细节，但是这些专利文献不应被解释为对任何发明的范围或可要求保护的范围的限制，而是作为特定发明的具体实施方案的特征的描述。 在单独的实施例的上下文中，在该专利文献中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合地实现。 相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分开地或以任何合适的子组合在多个实施例中实现。 此外，虽然以上可以将特征描述为以某些组合的方式起作用，并且甚至最初要求保护，但要求保护的组合的一个或多个特征在某些情况下可以从组合中被切除，并且所要求保护的组合可以针对子组合或变化的组合。
类似地，虽然在附图中以特定顺序描绘操作，但是这不应被理解为要求以所示的特定顺序或按顺序执行此类操作，或者执行所有所示的操作以实现期望的结果。 此外，在本专利文献中描述的实施例中的各种系统组件的分离在所有实施例中不应被理解为需要这样的分离。
仅描述了几个实施例和示例，并且可以基于本专利文献中描述和说明的其他实现，增强和变化来进行其他实现，增强和变化。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，都应当被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本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书为准。

Claims (26)

1.一种基于光技术测量物体距离和空间位置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）将一系列不同波长的激光通过一个波分复用系统集束成一束波分复用集束光；
2）采用一个波长分束发射系统接收所述波分复用集束光，并在检测方向上按照不同波长对应设定偏转角度分束输出，以照射被测目标；并从被测目标接收其反射信号光，通过所述波长分束发射系统集束成一束目标反射信号光；
3）一个波分解复用系统接收来自所述波长分束发射系统的目标反射信号光，通过波分解复用形成一组不同波长的解复用信号光；
4）一组光探测器分别接收来自波分解复用系统的一组所述解复用信号光，并将其转换成与所述解复用信号光分别对应的探测器电信号；
5）经过对探测器信号综合处理，获得携带被测目标空间与检测装置之间的距离和空间位置分布信息。
2.如权利要求1所述基于光技术测量物体距离和空间位置的方法，其特征在于，包括：
在测量过程中，将波长分束发射系统进行水平转动或垂直转动，从而获得被测目标三维距离和空间位置分布信息。
3.如权利要求1所述基于光技术测量物体距离和空间位置的方法，其特征在于，
所述对探测器信号综合处理包括：
给所述波分复用集束光施加一个扫频调制信号，对光强进行扫频调制；并根据所述目标反射信号光解复用后形成的一组不同波长的解复用信号光，与所述波分复用集束光扫率调制信号之间的拍频，解析出被测目标的距离和空间位置分布信息。
4.如权利要求1所述基于光技术测量物体距离和空间位置的方法，其特征在于，所述对探测器信号综合处理包括：
所述波分复用集束光是脉冲光；并根据所述目标反射信号光解复用后形成的一组不同波长的解复用信号光，与所述波分复用集束光之间的脉冲时间差，解析出被测目标的距离和空间位置分布信息。
5.一种基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
一组不同波长的光源，分别发出不同波长的光；
一个第一波分复用器接收来自不同波长的光源的不同波长的光，并复用成一束光；
一个光环行器的第一端口通过第一光纤与所述波分复用器连接，接收来自第一波分复用器的一束不同波长的复用光，并从所述光环行器的第二端口通过一个第二光纤输出给一个波长分束发射系统；
所述波长分束发射系统将接收到的所述复用光按不同波长在检测方向偏转设定角度发射到被测目标所在空间，并从被测目标接收其不同波长的反射光，再集束成一束目标反射光再通过所述第二光纤传输至所述光环行器第二端口，并从所述光环行器的第三端口输出；
一个第二波分复用器通过一个第三光纤与所述光环行器第三端口连接，接收来自光环行器的目标反射光，并解复用成不同波长的目标反射光信号；
一组光探测器通过一组光纤或光波导分别接收来自波分解复用器的不同波长的目标反射光信号，并分别转换成对应不同波长光信号的不同电信号；
一个信号处理单元接收来自所述一组光探测器的电信号，对收到的信号进行处理，获得被测目标在检测方向上的距离分布信息。
6.如权利要求5所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，所述波长分束发射系统是一个衍射光栅。
7.如权利要求5所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
一个转动装置操纵波长分束发射系统沿着水平平面（或垂直平面）转动，使所述波长分束发射系统的在垂直平面（或水平平面）的发散发射的不同波长的出射光对被测目标所在空间进行三维扫描，并从被测目标接收反射光；
一个转动连接器加在第二光纤中间，以保证在所述转动装置转动的时候，第二光纤不会产生扭曲；
所述信号处理单元还根据转动装置转动角度，计算出被测目标三维空间的分布情况。
8.一种基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
一组不同波长的光源，分别发出不同波长的光；
一个第一波分复用器接收来自不同波长的光源的不同波长的光，并复用成一束复用光；
一个光环行器的第一端口通过第一光纤与所述第一波分复用器连接，接收来自第一波分复用器的所述复用光，并从所述光环行器的第二端口通过一个第二光纤输出给一个由第三波分复用器、光波导、透镜、出射光阵列板构成的波长分束发射系统；
所述第三波分复用器将接收到的复用光按不同波长解复用到不同的光波导，在一个出射光二维阵列板上产生一组不同波长的出射光阵列；
一个透镜用来接收来自出射光阵列板的不同波长的出射光，所述出射光阵列板的所有不同波长的出射光阵列均位于所述透镜的焦平面上；
所述透镜将所接收的不同波长的光在垂直坐标平面和水平坐标平面沿设定角度发射到被测目标所在空间，并从被测目标接收其不同波长的反射光，再通过出射光阵列板、所述一组光波导和第三波分复用器集束成一束目标反射光，再通过所述第二光纤传输至所述光环行器第二端口，并从所述光环行器的第三端口输出；
一个第二波分复用器通过一个第三光纤与所述光环行器第三端口连接，接收来自光环行器的目标反射光，并解复用成不同波长的目标反射光信号；
一组光探测器通过一组光纤或光波导分别接收来自第二波分复用器的不同波长的目标反射光信号，并分别转换成对应不同波长光信号的不同电信号；
一个信号处理单元接收来自所述一组光探测器的电信号，对收到的信号进行处理，获得被测目标在垂直平面和水平平面上的距离分布信息。
9.如权利要求8所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
一个转动装置操纵所述波长分束发射系统沿着水平平面（或垂直平面）转动，使所述波长分束发射系统的在垂直平面和水平平面的发散发射的不同波长的出射光对被测目标所在空间进行扫描，并从被测目标接收反射光；
一个转动连接器加在第二光纤中间，以保证在所述转动装置转动的时候，第二光纤不会产生扭曲；
所述信号处理单元还根据转动装置转动角度，计算出被测目标三维空间的分布情况。
10.如权利要求5或8所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
一个光开关或半导体光放大器（SOA）连接在所述第一光纤或第二光纤中，用来给所述第一光纤或第二光纤中的传输光的光强施加一个按一定频率变化的调制信号；或用来控制所述第一光纤或第二光纤中的传输光的通断，使之成为一个按一定频率发射的脉冲光信号。
11.如权利要求5或8所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
所述激光光源和第一波分复用器更换为一个多波长激光器或光频率梳，向第一光纤中提供一束多波长光束。
12.如权利要求5或8所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
所述激光光源和第一波分复用器更换为一个耦合光电振荡器；所述耦合光电振荡器的光脉冲输出端向第一光纤中提供一束多波长光脉冲信号；所述耦合光电振荡器的射频输出端向信号处理单元输出与光脉冲信号对应的脉冲电信号。
13.如权利要求5或8所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
所述第二波分复用器更换为一个衍射光栅和一个透镜，用来接收来自光环行器的目标反射光，并分束成不同波长的目标反射光信号，提供给所述一组光探测器。
14.如权利要求5或8所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
一个电光调制器连接在所述第一光纤或第二光纤中；
一个频率斜坡发生器产生一组输出信号，其中一路用来驱动所述电光调制器对第一光纤或第二光纤中的光进行调制；
一组混频器用来分别接收所述一组光探测器的一组电信号输出，同时分别接收所述频率斜坡发生器的输出，并将两组信号进行分别混频，并产生一组混频器信号输出；
一组低通滤波器用来分别接收来自一组混频器的一组混频器信号输出，并产生一组滤波器信号输出；
一组信号放大器用来分别接收来自所述一组混频器的混频器信号输出，并产生一组放大器信号输出；
一组模拟/数字信号转换器用来分别接收来自所述一组放大器信号输出，并产生一组数字信号输出；
一组运算模块用来分别接收来自所述一组数字信号输出，并进行傅立叶变换运算，计算出被测目标三维空间的分布情况。
15.如权利要求5或8所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
所述激光光源和第一波分复用器更换为一个多波长光电振荡器或一个耦合光电振荡器；所述多波长光电振荡器或耦合光电振荡器的光输出端向第一光纤中提供一束多波长光信号；所述耦合光电振荡器的射频输出端向信号处理单元输出一组射频信号；
一组混频器用来分别接收所述一组光探测器的一组电信号输出，同时分别接收所述多波长光电振荡器或耦合光电振荡器的射频输出，并将两组信号进行分别混频，并产生一组混频器信号输出；
一组低通滤波器用来分别接收来自一组混频器的一组混频器信号输出，并产生一组滤波器信号输出；
一组信号放大器用来分别接收来自所述一组混频器的混频器信号输出，并产生一组放大器信号输出；
一组模拟/数字信号转换器用来分别接收来自所述一组放大器信号输出，并产生一组数字信号输出；
一组运算模块用来分别接收来自所述一组数字信号输出，并进行傅立叶变换运算，计算出被测目标三维空间的分布情况。
16.如权利要求5或8所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
所述一组不同波长的光源和一个第一波分复用器被集成在一个发射集成芯片上；
所述发射集成芯片包括一个连接光纤尾纤端口，用于通过所述第一光纤连接与所述光环行器第一端口连接；所述光纤尾纤端口在集成芯片上与波分复用器之间，通过一个也集成在发射集成芯片上的电光调制器和光放大器连接；
所述发射集成芯片还包括所述电光调制器和光放大器的驱动接口。
17.如权利要求5或8所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
所述一组光探测器和第二波分复用器被集成在一个接收集成芯片上；
所述接收集成芯片包括一个连接光纤尾纤端口，用于通过所述第三光纤与所述光环行器第三端口连接；所述光纤尾纤端口在接收集成芯片上与第二波分复用器之间，通过一个也集成在接收集成芯片上的光放大器连接；
所述接收集成芯片还包括一组电信号放大器集成在所述接收集成芯片上，用来分别接收来自所述一组光探测器的输出信号，并从集成在所述接收集成芯片上的电输出端口输出给信号处理单元。
18.如权利要求5所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
所述波长分束发射系统是一个第一扫描集成芯片；
所述第一扫描集成芯片包括一个连接光纤尾纤端口，用于通过所述第二光纤连接与所述光环行器第二端口连接；所述光纤尾纤端口在第一扫描集成芯片上通过一个也集成在第一扫描集成芯片上的光放大器连接与一个集成在第一扫描集成芯片上的第三波分复用器连接；
所述第一扫描集成芯片还包括一组透镜集成在所述第一扫描集成芯片上，用来通过一组光波导分别接收来自扫描波分解复用器的不同波长输出光信号，并从一组透镜沿检测方向偏转设定角度向被测目标所在空间发射，并从被测目标所在空间接收所述不同波长输出光信号的反射光，再通过所述第二光纤回到所述光环行器第二端口。
19.如权利要求5所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，包括：
所述波长分束发射系统是一个第二扫描集成芯片；
所述第二扫描集成芯片包括一个连接光纤尾纤端口，用于通过所述第二光纤连接与所述光环行器第二端口连接；所述光纤尾纤端口在第二扫描集成芯片上通过一个也集成在第二扫描集成芯片上的光放大器连接与一个集成在第二扫描集成芯片上的第三波分复用器连接；
所述第二扫描集成芯片还包括一个透镜集成在所述第二扫描集成芯片上，用来接收来自第三波分复用器的不同波长输出光信号，并从所述透镜沿检测方向偏转设定角度向被测目标所在空间发射，并从被测目标所在空间接收所述不同波长输出光信号的反射光，再通过所述第二光纤回到所述光环行器第二端口。
20.如权利要求8所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，所述透镜为一组透镜；所述出射光阵列板为对应一组透镜的一组出射光阵列板；所述一组透镜接收来自一个第三波分复用器或一组波分复用器的不同波长的光，朝向设定方向空间进行不同波长光的三维发射，以保证覆盖整个三维空间的目标距离和位置的测量。
21.如权利要求15所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，所述多波长光电振荡器，包括：
一个光源模块或集成了光源的电路芯片，其输出光与一个电光调制器连接；
所述光源模块或集成了光源的电路芯片包括一组激光器发出的不同波长的光，通过一组光波导连接到一个波分复用器，产生一束多波长的光源模块输出光；
所述电光调制器接收光源模块或集成芯片的输出光后所产生的输出光分为第一电光调制器输出光和第二电光调制器输出光，所述第一电光调制器输出光作为整个多波长光电振荡器输出光给所述光环行器的第一端口；所述电光调制器产生的第二电光调制器输出光通过一个光学储能元件后，由一个光探测器接收并转换成电信号；
所述光探测器的输出电信号经过一个射频放大器放大后，输出给一个可调带通滤波器滤波后，输出给一个射频耦合器；所述射频耦合器将收到的射频信号分成第一射频信号输出和第二射频信号输出；所述第一射频信号输出作为整个多波长光电振荡器的射频输出提供给所述混频器；所述第二射频信号输出反馈输出给所述电光调制器，对输出光进行反馈调制。
22.如权利要求21所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，所述多波长光电振荡器，包括：
所述电光调制器也集成在所述光源模块或集成芯片中，并在光源模块或集成芯片中输出光端口和电光调制器之间集成一个光放大器。
23.如权利要求22所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，所述多波长光电振荡器，包括：
所述光学储能元件和所述可调带通滤波器之间的光探测器和射频放大器，被一个多波长接收器光子集成芯片和一个射频组件取代；
所述多波长接收器光子集成芯片中的一个光放大器通过光纤尾纤接收来自光学储能元件的多波长光信号，经过一个光放大器放大后，输出给一个波分解复用器，所述波分解复用器将接收到的光信号分解成多路不同波长的光信号，并通过一组光波导分别传输到一组光探测器，所述一组光探测器将接受到的不同波长的光信号分别转换成电信号，再分别输出给一组射频放大器放大后，被一个射频组件接收，所述射频组件将接收到的一组射频信号组合成一个含有多个射频信息的电信号，并输出给所述可调带通滤波器。
24.如权利要求12所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，所述耦合光电振荡器，包括：
一个由法布里帕罗（F-P）谐振器、电光调制器、光放大器和光隔离器构成的激光谐振回路，所述光放大器产生一个多波长的激光输出；所述电光调制器从所述激光谐振回路中分出一路光给一个光谐振器；所述光谐振器的一端和所述电光调制器连接，另一端和一个光探测器连接；光探测器将从谐振器接收到的光转换成电信号，通过一个射频放大器放大后，输出给一个带通滤波器，经过所述带通滤波器滤波后的射频信号再经过一个射频放大器放大后，通过一个射频耦合器分成两路电信号，一路电信号作为整个耦合光电振荡器的射频输出，另外一路射频信号反馈输出给所述电光调制器。
25.如权利要求24所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，所述带通滤波器来是一个可调谐带通滤波器，使得整个耦合光电振荡器振荡频率可调谐。
26.如权利要求12所述的基于光技术测量物体距离和空间位置的装置，其特征在于，所述耦合光电振荡器，包括：
一个第一光波导的第一端口和一个微型光学球或微型光学盘耦合，第一光波导的第二端口与通过一个调制器与一个高反射镜相连；
一个第二光波导的第一端口与所述微型光学球或微型光学盘耦合，第二光波导的第二端口与一个光探测器相连，且在所述光探测器和第二光波导之间保持一个可以引起反射的间隙；
所述高反射镜、第一光波导、第二光波导、微型光学球或微型光学盘和所述光探测器和第二光波导之间保持一个可以引起反射的间隙形成一个激光谐振腔，所述第一光波导或（和）第二光波导通过掺杂可以产生激光谐振，并在所述反射间隙产生一个作为所述耦合光电振荡器的脉冲激光输出；
所述光探测器的电输出的一部分作为所述耦合光电振荡器的射频输出信号，所述光探测器的电输出的另外一部分，作为反馈信号到所述调制器，对所述谐振腔的激光进行调制。
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