CN110780278B - 一种高速扫描的远距离激光雷达及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及激光雷达技术领域，提供了一种高速扫描的远距离激光雷达及其控制方法。其中激光雷达中可调激光器和所述第一准直透镜光路耦合，用于将可调激光器发出的发散光调整为水平光照射到被检测目标物体；其中，所述可调激光器用于按照预设的时序发射不同中心波长的激光信号；所述衍射光栅用于将从被检测目标物体上反射回来的不同中心波长的激光信号，反射到探测器阵列中不同探测器上。本发明通过向目标发射一系列不同波长的光脉冲信号，即连续探测的脉冲光信号基于不同的波长，经目标反射探测信号光，再由接收透镜将系列脉冲光接收至波长分开组件，经波长分开组件将不同波长的光信号在空间分开，再入射至阵列探测器的不同位置。

Description

一种高速扫描的远距离激光雷达及其控制方法

【技术领域】

本发明涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种高速扫描的远距离激光雷达及其控制方法。

【背景技术】

实现激光雷达的技术方案主要有脉冲式和相位式，其中，脉冲式激光雷达具有测量距离远、重复频率高、系统结构简单等显著优势，已成为激光雷达领域的主流技术方案。脉冲式激光雷达的测距原理是基于脉冲光信号的飞行时间，通过测量光信号在探测点和目标之间的传输时间，计算出探测点和目标之间的距离。但在进行远距离测量时，光信号在探测点和目标之间来回的飞行时间，限制了脉冲式激光雷达的重复频率。也就是说，脉冲光信号的每次发射，应在前一次探测光信号回来之后，不能影响前一次光信号的正常接收。因此，在进行远距离探测时，脉冲式激光雷达无法发挥重复频率高的优势，限制了脉冲式激光雷达的实际指标和应用领域。

为解决上述问题，业内有厂家提出了对脉冲进行编码的技术方案，即利用发射和接收脉冲编码的自相关性，在发射脉冲光信号的时候，对发射脉冲进行组合编码，将发射和接收的光信号进行一一对应和识别，可有效区分每一个探测光信号，发挥脉冲式激光雷达的高重复频率的优势。但此种技术方案需对发射脉冲进行组合编码，不能实现任意脉冲的有效探测，也会降低探测光信号的重复频率。如果应用在远距离、高速探测场景中，基于自相关编码技术方案的脉冲式激光雷达也存在占用处理资源，并且可能存在解码错误的可能。

鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题是现有常规脉冲光探测手段中会发生接收光时序不一致问题，而现有技术中采用组合编码的方式，有存在不能实现任意脉冲的有效探测，也会降低探测光信号的重复频率问题，尤其如果应用在远距离、高速探测场景中，基于自相关编码技术方案的脉冲式激光雷达也存在占用处理资源，并且可能存在解码错误的可能。

本发明采用如下技术方案：

第一方面，一种高速扫描的远距离激光雷达，包括可调激光器、第一准直透镜、衍射光栅和探测器阵列，具体的：

所述可调激光器和所述第一准直透镜光路耦合，用于将可调激光器发出的发散光调整为水平光照射到被检测目标物体；

其中，所述可调激光器用于按照预设的时序发射不同中心波长的激光信号；

所述衍射光栅用于将从被检测目标物体上反射回来的不同中心波长的激光信号，反射到探测器阵列中不同探测器上。

优选的，所述激光雷达还包括第二准直透镜，具体的：

所述第二准直透镜与所述衍射光栅耦合，用于将反射回来的光聚焦到探测器阵列上。

优选的，所述可调激光器和第一准直透镜构成的第一光轴，与所述第二准直透镜和衍射光栅构成的第二光轴之间是旁轴结构或者共轴结构。

优选的，所述远距离激光雷达还包括主控制器和驱动电路，所述主控制器、驱动电路和可调激光器依次连接，用于完成所述可调激光器按照预设的时序发射不同中心波长激光信号功能。

优选的，所述主控制器还连接探测器阵列，用于识别一组可调范围内激光信号发射后，所接收到的各中心波长激光信号强度；并根据各中心波长激光信号强度的分布情况，选择其中指定的中心波长，作为下一轮所述可调激光器发射可调激光信号的对象。

优选的，所述主控制器还用于，根据探测器阵列接收到的光信号强度，确定选择的其中指定的中心波长的探测信号强度均小于第一预设阈值，则恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测；或者，

根据探测器阵列接收到的光信号强度，确定两次获取的所述选择的其中指定的中心波长的探测信号强度之间相似度小于第二预设阈值，则恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测。

第二方面，本发明还提供了一种高速扫描的远距离激光雷达的控制方法，方法包括：

主控制器通过驱动电路控制可调激光器按照预设的时序发射不同中心波长的激光信号；

所述主控制器通过所连接的探测器阵列，获取从被检测目标物体上反射回来的不同中心波长的激光信号；其中，所述不同中心波长的激光信号，通过衍射光栅反射到探测器阵列中不同探测器上；

所述主控制器根据各中心波长激光信号强度的分布情况，选择其中指定的中心波长，作为下一轮所述可调激光器发射可调激光信号的对象。

优选的，所述主控制器根据探测器阵列接收到的光信号强度，确定选择的其中指定的中心波长的探测信号强度均小于第一预设阈值，则恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测。

优选的，所述不同中心波长的激光信号包括波长890nm、905nm、950nm、1330nm和1550nm中的一种或者多种。

优选的，在所述激光雷达需要调整探测角度时，所述方法还包括：

在确认当前探测精度的优先级更高时，则所述主控制器确认当前发射出的各中心波长的激光信号是否成功全部接收后或者，确定一个或者多个中心波长的激光信号的接收超期后；所述主控制器进行所述需要调整探测角度操作；

在确认当前调整探测角度的优先级更高时，所述主控制器进行所述需要调整探测角度操作，则所述主控制器确认同一探测器在一轮发射周期内中接收到两个激光信号时，丢弃该激光信号时间节点上所属的一轮发射周期所对应的激光信号的分析；其中所述发射周期是指同一中心波长激光信号发射的间隔时间。

优选的，所述方法还包括：

所述主控制器根据探测器阵列接收到的不同中心波长激光反射信号，在探测器阵列上的分布，还原出一轮发射周期中处于第一个被发射的中心波长激光信号；

确认其被有效接收后，计算所述第一个被发射的中心波长激光信号的发射和接收时差；

根据所述时差调整各轮发射周期间的时间间隔。

第三方面，本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，用于完成第二方面所述的高速扫描的远距离激光雷达的控制方法。

本发明通过向目标发射一系列不同波长的光脉冲信号，即连续探测的脉冲光信号基于不同的波长，经目标反射探测信号光，再由接收透镜将系列脉冲光接收至波长分开组件，经波长分开组件将不同波长的光信号在空间分开，再入射至阵列探测器的不同位置。不同波长光信号的探测是相互独立的，互相之间不影响，因此，可充分利用每个探测脉冲光信号，进而充分发挥脉冲式激光雷达的高重复频率。

【附图说明】

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的现有激光雷达的标准探测方式示意图；

图2是本发明实施例提供的现有激光雷达的接收光信号产生滞后的探测示意图一；

图3是本发明实施例提供的现有激光雷达的接收光信号产生滞后的探测示意图二；

图4是本发明实施例提供的基于不同波长脉冲光信号的探测示意图；

图5是本发明实施例提供的基于不同波长脉冲光信号的激光雷达的原理技术方案一；

图6为本发明实施例提供的基于不同波长脉冲光信号的激光雷达的原理技术方案二；

图7为本发明实施例提供的一种高速扫描的远距离激光雷的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的一种探测器阵列接收到的反射信号分布情况示意图；

图9为本发明实施例提供的一种高速扫描的远距离激光雷的控制方法流程示意图；

图10为本发明实施例提供的一种高速扫描的远距离激光雷的控制方法中调整检测周期流程示意图；

其中：

1：多波长可调谐发射激光器；2：第一准直透镜；3：探测目标；4：第二准直透镜；5：衍射光栅；6：阵列探测器；7：主控制器；8：驱动电路。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

图1所示为现有激光雷达的标准探测方式，每个脉冲光信号的发射在前一个光信号的接收之后。如图1所示，发射脉冲光信号分别编号为S₁、S₂、S₃、…、S_n，对应的接收光信号分别编号为E₁、E₂、E₃、…、E_n；发射脉冲光信号之间的时间间隔为τ，一一对应的发射和接收脉冲信号之间的时间间隔为△t₁、△t₂、△t₃、…、△t_n。通过公式(1)可以计算出探测点和目标之间的距离L₁、L₂、L₃、…、L_n。

基于图1所示的应用场景，接收光信号和发射光信号之间是严格的一一对应关系，互相之间不会有串扰。但如果探测距离超过一定值，光信号飞行的时间过长，产生如图2所示的应用场景，即△t₁＞τ，第一个返回的接收信号E₁在发射信号S₂之后，此时，激光雷达控制系统无法有效识别接收信号对应哪一个发射信号。如果出现如图3所示的应用场景，第一个接收信号E₁在第二个接收信号E₂之后，此时系统就会产生严重的误判，不能探测实际的目标距离。

为解决上述问题，本发明提出了一种基于多波长组合脉冲的技术方案，可有效解决此问题。如图4所示，发射脉冲光信号分别编号为S_λ1、S_λ2、S_λ3、…、S_λn，代表着不同的脉冲对应不同的光波长信号，接收光信号分别编号为E_λ1、E_λ2、E_λ3、…、E_λn。通过引入波长维度的光信号，就可以规避不同回波信号之间的串扰。如图4所示，回波信号E_λ1在E_λ2之后，回波信号E_λ3延迟多个时间周期被系统接收，被激光雷达系统接收。如果应用在传统的技术方案，接收脉冲信号之间存在串扰，系统无法判断正确的对应接收信号。基于本发明的技术方案，不同波长之间的光信号独立传输和接收，互相之间不干扰，可以被接收系统有效探测。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

本发明实施例1提供了一种高速扫描的远距离激光雷达，如图5或者图6所示，包括可调激光器1、第一准直透镜2、衍射光栅5和探测器阵列6，具体的：

所述可调激光器1和所述第一准直透镜2光路耦合，用于将可调激光器1发出的发散光调整为水平光照射到被检测目标物体；

其中，所述可调激光器1用于按照预设的时序发射不同中心波长的激光信号；

所述衍射光栅5用于将从被检测目标物体上反射回来的不同中心波长的激光信号，反射到探测器阵列6中不同探测器上。

本发明实施例提出的远距离激光雷达可以通过向目标发射一系列不同波长的光脉冲信号，即连续探测的脉冲光信号基于不同的波长，经目标反射探测信号光，再由接收透镜将系列脉冲光接收至波长分开组件，经波长分开组件将不同波长的光信号在空间分开，再入射至阵列探测器的不同位置。不同波长光信号的探测是相互独立的，互相之间不影响，因此，可充分利用每个探测脉冲光信号，进而充分发挥脉冲式激光雷达的高重复频率。

在本发明实施例中，为激光雷达提出了两种光学系统，分别是如图5所示的旁轴光学系统和如图6所示的共轴光学系统；在旁轴系统中，所述可调激光器和第一准直透镜构成的第一光轴，与所述第二准直透镜和衍射光栅构成的第二光轴之间是并行的；在共轴光学系统中，所述可调激光器和第一准直透镜构成的第一光轴，与所述第二准直透镜和衍射光栅构成的第二光轴之间是的中心轴是重合的。以图5所示的为本发明推出的一种旁轴、多波长组合激光雷达原理光路为例，多波长可调谐发射激光器1发射出不同波长的脉冲光信号，由旁轴发射准直透镜2进行光束准直，传输至探测目标3进行目标识别探测，再由第二准直透镜4接收光信号，不同波长的光信号经衍射光栅5发生空间衍射，如公式(2)所示，不同波长的光信号按照不同角度分开，再由阵列探测器6进行光信号接收。因为不同波长的光信号入射在阵列探测器6上的不同位置。不同波长信号E_λ1、E_λ2、E_λ3、…、E_λn，按照波长的序号，在阵列探测器上依次排开，通过预先标定不同波长对应的位置，可以在指定的位置读出对应波长的相应。因此，不管返回脉冲光信号是否按照时间周期进行排列，彼此之间都不会产生相互干扰。

d(sinθ+sinφ)＝mλ (2)

其中，d为光栅条纹间距，θ为光束入射角度，φ为光束衍射角度，m为光束衍射级次。

为了达到探测器阵列更好的分辨不同中心波长激光器的效果，优选的是所述激光雷达还包括第二准直透镜4，所述第二准直透镜4与所述衍射光栅5耦合，用于将反射回来的光聚焦到探测器阵列6上。相应的聚光效果，可以让探测器阵列的大小制作的更小，因为，探测器自身的有效接触面可以制作的更小，并且，探测器之间的间距也可以在拥有所述第二准直透镜4聚光效果下，制作的更小。

作为一种可直接在应用场景使用的激光雷达而言，通常其结构如图7所示，所述远距离激光雷达还包括主控制器7和驱动电路8，所述主控制器7、驱动电路8和可调激光器1依次连接，用于完成所述可调激光器1按照预设的时序发射不同中心波长激光信号功能。

在本发明实施例中，还存在一种优选的实现方式，其中，所述主控制器7还连接探测器阵列6，用于识别一组可调范围内激光信号发射后，所接收到的各中心波长激光信号强度；并根据各中心波长激光信号强度的分布情况，选择其中指定的中心波长，作为下一轮所述可调激光器1发射可调激光信号的对象。

如图8所示，为本发明实施例所列举的一种可能的获取到对应各波长的探测信号强度。其中，所述根据各中心波长激光信号强度的分布情况，选择其中指定的中心波长，通过图8表现可以理解为，对于接收到的信号强度大于图8中所述的预设值的中心波长激光信号，将被选择(包括E_λ1、E_λ2、E_λ3)；而对于接收到的信号强度小于图8中所述的预设值的中心波长激光信号，将被排除在下一轮所述可调激光器1发射可调激光信号的中心波长之外(例如图8中所示的E_λn)，例如：在图8所示的情况下，下一轮可调激光器1发射的激光信号的中心波长，将不包括对应E_λn的激光信号S_λn。其原理是，对于不同的被侧对象，由于其表面的材质、所涂覆的材料等等原因，他们对于特定中心波长的激光信号的发射就会表现出差异性。

这样操作的有效性在于，根据不同被检测对象的反光特性，选择本发明实施例所提出的激光雷达中与该检测对象敏感的一个或者多个中心波长激光信号进行持续检测，并且，基于本发明实施例所提出的激光雷达，在减少每一轮可调激光器1所发射的中心波长个数，也会有利于降低主控制器7分析所需的时间，提高整个激光雷达的响应速度。除此以外，该优选的扩展方案，还能降低在全中心波长激光信号均覆盖检测场景下，对于探测器灵敏度要求(即降低了激光雷达的制作成本)。

从一个方案完整性角度出发，既然涉及了上述的调整可调激光器1发射的中心波长激光信号数量，自然也需要考虑何时需要还原到正常全中心波长覆盖的情况，因此，结合本发明实施例，所述主控制器7还用于，根据探测器阵列6接收到的光信号强度，确定选择的其中指定的中心波长的探测信号强度均小于第一预设阈值，则恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测；或者，根据探测器阵列接收到的光信号强度，确定两次获取的所述选择的其中指定的中心波长的探测信号强度之间相似度小于第二预设阈值，则恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测。

这里的第一预设阈值和第二预设阈值，可以根据经验来设定；第一预设阈值可以表明被检测对象已经超出有效被检测范围了；而第二预设阈值，则相应的表明被检测对象可能已经发生了改变。除此以外，也可以设定一个固定时间周期进行更宏观层面的控制，该固定时间周期的方式可结合上述两种方式的恢复控制，即时间周期到，无论是否产生上述对应于第一预设阈值和第二预设阈值的过程，都恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测。

实施例2：

本发明实施例1提出了一种高速扫描的远距离激光雷达，而本发明实施例则提出一种高速扫描的远距离激光雷达的控制方法，所述控制方法可以用于控制实施例1所述的激光雷达，从而达到更好的控制效果目的，需要强调的是，本发明实施例中所沿用的对象标号，仅仅是为了便于和实施例1中的激光雷达进行交叉理解，并不具备特殊的限定意义，如图9所示，方法包括：

在步骤201中，主控制器7通过驱动电路8控制可调激光器1按照预设的时序发射不同中心波长的激光信号。

其中，所述不同中心波长的激光信号包括波长890nm、905nm、950nm、1330nm和1550nm中的一种或者多种。

在步骤202中，所述主控制器7通过所连接的探测器阵列6，获取从被检测目标物体上反射回来的不同中心波长的激光信号；其中，所述不同中心波长的激光信号，通过衍射光栅5反射到探测器阵列6中不同探测器上。

在步骤203中，所述主控制器7根据各中心波长激光信号强度的分布情况，选择其中指定的中心波长，作为下一轮所述可调激光器1发射可调激光信号的对象。

本发明实施例基于多波长信号探测的脉冲式激光雷达，利用了不同波长之间互不干涉的性能特点，发射具有不同波长的连续探测光脉冲，可充分利用每一个脉冲信号进行探测，实现高重复频率的扫描探测。区别于现有的脉冲编码技术方案，本发明引入了探测光信号的波长维度，增加了脉冲式激光雷达的探测灵活性，提升了激光雷达扫描探测的效率，有助于优化激光雷达的整体性能指标，拓宽激光雷达的应用领域。

从一个方案完整性角度出发，既然涉及了上述的调整可调激光器1发射的中心波长激光信号数量，自然也需要考虑何时需要还原到正常全中心波长覆盖的情况，因此，结合本发明实施例，所述主控制器7根据探测器阵列6接收到的光信号强度，确定选择的其中指定的中心波长的探测信号强度均小于第一预设阈值，则恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测；或者，根据探测器阵列接收到的光信号强度，确定两次获取的所述选择的其中指定的中心波长的探测信号强度之间相似度小于第二预设阈值，则恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测。

这里的第一预设阈值和第二预设阈值，可以根据经验来设定；第一预设阈值可以表明被检测对象已经超出有效被检测范围了；而第二预设阈值，则相应的表明被检测对象可能已经发生了改变。除此以外，也可以设定一个固定时间周期进行更宏观层面的，可结合上述两种方式的恢复控制，在此不再赘述。

相比较实施例1而言，本发明实施例2从控制方法的角度，还考虑到所述激光雷达在不同的应用场景中，可能会涉及需要调整探测角度的问题；而作为本发明实施例中所提出的，利用衍射光栅进行不同中心波长激光信号反射角度控制的时候，一旦在没有完整接收到上一轮发射出去的一组中心波长进光信号的反射信号时候，进行了探测角度的调整必然会带来该轮探测信号和下一轮探测信号之间发生时序上混淆的问题。例如：在调整探测角度之前，中心波长λm的反射信号是被序号为x的探测器接收的，而其相邻的序号为x+1的探测器接收的是中心波长为λm+1的反射信号，若此时中心波长λm的激光信号被发射出去，并且还未接收到反射信号的时候进行了探测角度的调整，此时就可能发生原本应该被序号为x的探测器接收的中心波长λm的反射信号，被相邻的序号为x+1的探测器接收到，此时若不做特殊处理，主控制器7就可能将所述中心波长λm的反射信号当成了中心波长为λm+1的反射信号，从而对最终的分析结果造成较大的影响(严重的情况下，直接会造成数据偏差较大而出错)。在这种客观情况下，本发明实施例还提出了一种优选的实现方案，用于解决上述可能发生的问题，在所述激光雷达需要调整探测角度时，所述方法还包括：

在确认当前探测精度的优先级更高时，则所述主控制器7确认当前发射出的各中心波长的激光信号是否成功全部接收后或者，确定一个或者多个中心波长的激光信号的接收超期后(即正常的发生了检测信号丢失，存在可能性，概率较低；例如：处于被检测目标的边界临界点时，可能发生。)；所述主控制器7进行所述需要调整探测角度操作；

在确认当前调整探测角度的优先级更高时，所述主控制器7进行所述需要调整探测角度操作，则所述主控制器7确认同一探测器在一轮发射周期内中接收到两个激光信号时，丢弃该激光信号时间节点上所属的一轮发射周期所对应的激光信号的分析；其中所述发射周期是指同一中心波长激光信号发射的间隔时间。

在本发明实施例中，所述激光雷达在实现过程中通常具有发射的激光信号的角度和接收到的激光信号的角度差距是可以忽略不计的，甚至可以理解为满足光路可逆特性，这也是为了能够满足在测试不同距离的对象时候，不会因为被测对象的距离的不同造成探测器阵列接收信号需要一直调整的问题。

需要说明的是，本发明实施例所采用的类似实施例1所示的激光雷达，其控制可调激光器1发射一轮对应不同中心波长的激光信号所需的时间是极短的，即影响下一轮发射时间间隔是受接收到第一个来自上一轮激光信号而进行调整的。否则，即便使用本发明实施例所述的，利用可调激光器1发射多波长信号探测的脉冲式激光雷达，仍然可能会遇到背景技术中所描述的时序混乱的问题。

因此，为了不让本发明实施例存在上述可能发生的技术问题，结合本发明实施例还存在一种优选的实现方案，如图10所示，具体包括：

在步骤301中，所述主控制器根据探测器阵列接收到的不同中心波长激光反射信号，在探测器阵列上的分布，还原出一轮发射周期中处于第一个被发射的中心波长激光信号。

其原理在于，利用在激光雷达领域的光路可逆特性，发射出的激光信号会以接近原路的路径进行反射，此时，在一轮发射周期所使用的时间是极端的，在此发射周期内所发射的各中心波长的激光信号，在抵达被检测对象后反射回来的角度也是近似相同的，因此，发射激光信号在经过同一衍射光栅后，其抵达探测器阵列中具体序号的探测器是可以预估的。最保险的方式，就是等全部接受到反射信号后，确定第一个被发射的中心波长激光信号，即通过他们对应探测器的序号而定。

在步骤302中，确认其被有效接收后，计算所述第一个被发射的中心波长激光信号的发射和接收时差。

在步骤303中，根据所述时差调整各轮发射周期间的时间间隔。

本发明实施例优选方案可以在预设的时间内进行，并且在不同的场景其预设时间也可以是有差异的。例如，在海洋领域，该预设的时间可以设置为30s-1min，这是因为在海域目标移动速度没有那么快；而对于空中测量领域，则时间要被缩小到3-10s左右。

值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

本领域普通技术人员可以理解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：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高速扫描的远距离激光雷达，其特征在于，包括可调激光器、第一准直透镜、衍射光栅和探测器阵列，具体的：

所述可调激光器和所述第一准直透镜光路耦合，用于将可调激光器发出的发散光调整为水平光照射到被检测目标物体；

其中，所述可调激光器用于按照预设的时序发射不同中心波长的激光信号；

所述衍射光栅用于将从被检测目标物体上反射回来的不同中心波长的激光信号，反射到探测器阵列中不同探测器上；

所述远距离激光雷达还包括主控制器和驱动电路，所述主控制器、驱动电路和可调激光器依次连接，用于完成所述可调激光器按照预设的时序发射不同中心波长激光信号功能；所述主控制器还连接探测器阵列，用于识别一组可调范围内激光信号发射后，所接收到的各中心波长激光信号强度；并根据各中心波长激光信号强度的分布情况，选择其中指定的中心波长，作为下一轮所述可调激光器发射可调激光信号的对象；

所述主控制器还用于，根据探测器阵列接收到的光信号强度，确定选择的其中指定的中心波长的探测信号强度均小于第一预设阈值，则恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测；或者，

根据探测器阵列接收到的光信号强度，确定两次获取的所述选择的其中指定的中心波长的探测信号强度之间相似度小于第二预设阈值，则恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测。

2.根据权利要求1所述的高速扫描的远距离激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括第二准直透镜，具体的：

所述第二准直透镜与所述衍射光栅耦合，用于将反射回来的光聚焦到探测器阵列上。

3.根据权利要求2所述的高速扫描的远距离激光雷达，其特征在于，所述可调激光器和第一准直透镜构成的第一光轴，与所述第二准直透镜和衍射光栅构成的第二光轴之间是旁轴结构或者共轴结构。

4.一种高速扫描的远距离激光雷达的控制方法，其特征在于，使用如权利要求1-3任一所述的高速扫描的远距离激光雷达，方法包括：

主控制器通过驱动电路控制可调激光器按照预设的时序发射不同中心波长的激光信号；

所述主控制器通过所连接的探测器阵列，获取从被检测目标物体上反射回来的不同中心波长的激光信号；其中，所述不同中心波长的激光信号，通过衍射光栅反射到探测器阵列中不同探测器上；

所述主控制器根据各中心波长激光信号强度的分布情况，选择其中指定的中心波长，作为下一轮所述可调激光器发射可调激光信号的对象。

5.根据权利要求4所述的高速扫描的远距离激光雷达的控制方法，其特征在于，所述主控制器根据探测器阵列接收到的光信号强度，确定选择的其中指定的中心波长的探测信号强度均小于第一预设阈值，则恢复使用完整的一组可调范围内激光信号发射进行雷达探测。

6.根据权利要求4所述的高速扫描的远距离激光雷达的控制方法，其特征在于，在所述激光雷达需要调整探测角度时，所述方法还包括：

在确认当前探测精度的优先级更高时，则所述主控制器确认当前发射出的各中心波长的激光信号是否成功全部接收后；或者，确定一个或者多个中心波长的激光信号的接收超期后；所述主控制器进行所述需要调整探测角度操作；

在确认当前调整探测角度的优先级更高时，所述主控制器进行所述需要调整探测角度操作，则所述主控制器确认同一探测器在一轮发射周期内中接收到两个激光信号时，丢弃该激光信号时间节点上所属的一轮发射周期所对应的激光信号的分析；其中所述发射周期是指同一中心波长激光信号发射的间隔时间。

7.根据权利要求4所述的高速扫描的远距离激光雷达的控制方法，其特征在于，所述方法还包括：

所述主控制器根据探测器阵列接收到的不同中心波长激光反射信号，在探测器阵列上的分布，还原出一轮发射周期中处于第一个被发射的中心波长激光信号；

确认其被有效接收后，计算所述第一个被发射的中心波长激光信号的发射和接收时差；

根据所述时差调整各轮发射周期间的时间间隔。

Images