CN111896933B - 激光雷达系统及探测方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光雷达系统及探测方法。在激光雷达系统中，发射模块包括至少一个发射单元，用于发射出射激光。探测模块至少包括第一探测单元和第二探测单元。由于第一探测单元用于接收第一视场角内的物体反射后返回的回波激光，第二探测单元用于接收第二视场角内的物体反射后返回的回波激光，且第二视场角内的测距量程大于第一视场角内的测距量程，故可以实现对探测区域的整个视场的合理划分。因此，激光雷达系统可以在保证第一视场角内的测距量程的同时，提高第二视场角内的测距量程，进而提高激光雷达系统的整体探测性能。处理模块用于对探测模块接收到的回波激光进行处理，实现对探测区域内目标的探测。

Description

激光雷达系统及探测方法

技术领域

本申请涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种激光雷达系统及探测方法。

背景技术

固态flash激光雷达的发射端发射面阵激光，面阵激光入射探测目标后被探测目标散射，其接收端记录像素点记录光子飞行时间信息。因此，固态flash激光雷达可以应用于自动驾驶领域的车辆近场补盲、避障和预警。

然而，固态flash激光雷达由于其发射和接收的特性，难以实现较远的探测。而实际应用中的探测需求是不均匀的，远场和近场往往都要探测。

发明内容

基于此，有必要针对固态flash激光雷达探测距离不足的问题，提供一种激光雷达系统及探测方法。

本申请提供一种激光雷达系统，包括：

发射模块，包括至少一个发射单元，用于发射出射激光；

探测模块，至少包括第一探测单元和第二探测单元，所述第一探测单元用于接收第一视场角内的物体反射后返回的回波激光，所述第二探测单元用于接收第二视场角内的物体反射后返回的回波激光，并输出初始数据；其中，所述第二视场角内的测距量程大于所述第一视场角内的测距量程；

控制模块，驱动所述发射模块和所述探测模块；

处理模块，用于对所述初始数据进行处理，得到探测数据。

在其中一个实施例中，所述出射激光包括第一出射激光和第二出射激光，所述第一出射激光射向所述第一视场角内，所述第二出射激光射向所述第二视场角内，所述第二出射激光的功率大于所述第一出射激光的功率。

在其中一个实施例中，所述控制模块包括：

第二探测控制单元，发送控制指令至所述第二探测单元，使所述第二探测单元以积分时间t1……tn进行循环采样得到n帧所述初始数据，其中n为正整数；

数据输出单元，将所述第二探测单元接收的n帧所述初始数据传输至所述处理模块。

在其中一个实施例中，所述第二探测单元的积分时间t1……tn递增或者递减。

在其中一个实施例中，所述处理模块将n帧所述初始数据合并为1帧所述探测数据。

在其中一个实施例中，所述处理模块包括：

截取单元，接收所述第二探测单元积分时间tj(j＝1,2,……n)采样后输出的第j初始数据，截取第j所述初始数据记为第j帧中间数据；截取n帧所述初始数据后得到n帧所述中间数据；

合并单元，合并n帧所述中间数据得到1帧所述探测数据。

在其中一个实施例中，所述控制模块还包括：

模式切换单元，当所述第二探测单元完成每个循环采样周期后，发送切换指令至所述第二探测单元，使所述第二探测单元以像素拼接模式进行采样，得到第n+1帧原始数据，并传输至所述处理模块。

在其中一个实施例中，所述第一视场角与所述第二视场角相接或者部分重叠。

在其中一个实施例中，所述控制模块还包括：

第一探测控制单元，发送控制指令至所述第一探测单元，使所述第一探测单元以积分时间k1……km进行循环采样得到m帧初始数据，其中m为正整数。

基于同一发明构思，本申请还提供一种激光雷达探测方法，包括：

生成并发射出射激光；

接收第一视场角内的物体反射后返回的回波激光以及第二视场内的物体反射后返回的回波激光，所述第一视场角内的测距量程大于所述第一视场角内的测距量程；

对所述回波激光进行处理，得到探测数据。

本申请提供一种激光雷达系统，发射模块包括至少一个发射单元，用于发射出射激光。探测模块至少包括第一探测单元和第二探测单元。第一探测单元用于接收第一视场角内的物体反射后返回的回波激光，第二探测单元用于接收第二视场角内的物体反射后返回的回波激光，且第二视场角内的测距量程大于第一视场角内的测距量程。探测模块划分为多个探测单元，每个探测单元分别对应的视场角具有不同的测距量程，通过探测模块分区实现不同的测距量程，提高激光雷达系统面对不同场景的应用需求，更具有适用性，提高激光雷达系统的综合应用性能。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或传统技术中的技术方案，下面将对实施例或传统技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的一种激光雷达系统结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种激光雷达系统探测区域示意图；

图3为本申请实施例提供的一种激光雷达系统中光源与探测器对应关系示意图；

图4为本申请实施例提供的另一种激光雷达系统结构示意图；

图5为本申请实施例提供的一种激光雷达探测方法流程图。

附图标号说明

100   激光雷达系统

10    发射模块

110   发射单元

111   第一发射单元

112   第二发射单元

20    探测模块

210   第一探测单元

220   第二探测单元

30    控制模块

310   第二探测控制单元

320   数据输出单元

330   模式切换单元

340   第一探测控制单元

40    处理模块

410   截取单元

420   合并单元

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

根据自动驾驶领域中自动避障、感知预警、补盲等多种实际探测需求，激光雷达在不同角度或方向对测距量程的要求不同。因此，激光雷达系统在应用过程中，从视场角中获取的数据，需要满足交叉车流报警(Cross Traffic Alert，CTA)和被动变道辅助(PassiveLane Change Assist，PLCA)的需求。例如，长货车、箱挂车以及半挂车等车身较长的车型，CTA和PLA的应用需求突出。当激光雷达系统安装于靠近车头位置时，由于激光雷达系统的安装位置离车尾距离较远，激光雷达系统在探测车身和车尾周围的环境状况时，需要探测的距离较远。

请参见图1，本申请提供一种激光雷达系统100。激光雷达系统100包括发射模块10、探测模块20、控制模块30以及处理模块40。发射模块10包括至少一个发射单元110，用于发射出射激光。探测模块20至少包括第一探测单元210和第二探测单元220。第一探测单元210用于接收第一视场角内的物体反射后返回的回波激光，第二探测单元220用于接收第二视场角内的物体反射后返回的回波激光，并输出初始数据；其中，第二视场角内的测距量程大于第一视场角内的测距量程。控制模块30驱动发射模块10和探测模块20。处理模块40用于对初始数据进行处理，得到探测数据。

激光雷达系统100视场的覆盖范围可以为一个三维空间，三维空间沿高度方向的覆盖范围可以取决于激光雷达系统100的安装位置。在长货车、箱挂车以及半挂车等车型中，激光雷达系统100通常安装于车头，安装位置距离地面0.5m-1.5m。在一个具体的实施例中，可以将激光雷达系统100安装于总长20m的货车车头位置，且安装高度为1m。结合实际的应用场景，正常行驶时路面宽度通常在8-10米，可以得到激光雷达系统100的前向探测的测距量程为10m，后向探测的测距量程为30m。

在探测过程中需完全覆盖车辆周围以获取完整的环境信息。由于激光雷达系统100通常安装于车头的侧面位置，较短测距量程的视场即可覆盖车头的周围区域，而车身和车尾的周围区域则需要较长测距量程的视场才可覆盖到；覆盖车头周围区域的视场所需测距能力可以小于覆盖车身、车尾周围区域的视场所需测距能力。

请一并参见图2，基于此，将整个视场划分为第一视场角和第二视场角，第一视场角覆盖车头周围区域，第二视场角覆盖车身、车尾周围区域；第二视场角内的测距量程大于第一视场角内的测距量程，满足对长车身车型的周围环境探测需求。第一视场角与第二视场角可以沿水平方向相接或者部分重叠，以保证对激光雷达系统100整个视场的覆盖。在前述示例中，第一视场角和第二视场角的比例可以为2:1；当激光雷达系统100的整个视场为180度时，第一视场角可以为120度，第二视场角可以为60度。

发射模块10通过泛光的形式发射出射激光，并均匀照亮整个视场。本实施例中，发射模块10可以包括多个发射单元110。每个发射单元110可以包括至少一个激光阵列和匀光件。激光阵列用于产生出射激光并出射；匀光件用于将激光阵列发射的出射激光均匀射向整个视场。

请一并参见图3，在一个实施例中，发射模块10可以包括至少两个发射单元110，分别为第一发射单元111和第二发射单元112，第一发射单元111发射的出射激光射向第一视场角，第二发射单元112发射的出射激光射向第二视场角。具体的，第一视场角较大，第二视场角较小(例如，第一视场角沿水平方向覆盖的角度为120°，第二视场角沿水平方向覆盖的角度为60°)；则第一发射单元111的激光阵列和对应的第一匀光件配合将出射激光均匀射向第一视场角，第二发射单元112的激光阵列和对应的第二匀光件配合将出射激光均匀射向第二视场角。第一发射单元111的发射功率可以小于第二发射单元112的发射功率；由于第一视场角的测距量程小于第二视场角的测距量程，第一发射单元111采用较小的发射功率即可满足测距要求，不需要将第一发射单元111的发射功率提高到和第二发射单元112的发射功率相同；减少发射模块10的整体功耗。

进一步的，由于出射激光覆盖的视场角越大，对应的激光阵列发射的出射激光向外出射的出射效率越低；匀光件的透过率与出射激光的入射角成反比，较大的入射角会导致匀光件的透过率低，同时能量空间分布的均匀性以及光束质量等均有所降低。采用多个激光阵列拼接的方式覆盖第一视场角，以提高每个激光阵列的出射效率，进而提高发射模块10的出射效率。具体的，第一发射单元111可以包括至少两个激光阵列，每个激光阵列覆盖第一子视场角，至少两个第一子视场角拼接后形成第一视场角。以前述示例进行说明，第一视场角沿水平方向覆盖120°，第一视场角对应的第一发射单元111包括两个激光阵列，每个激光阵列的第一子视场角沿水平方向覆盖60°，两个第一子视场角沿水平方向拼接后覆盖120°，形成第一视场角。通过采用多个激光阵列拼接的方式形成第一视场角，每个激光阵列对应的第一子视场角较小，射向匀光件的入射角较小，出射激光的出射效率高。第一发射单元111的多个激光阵列可以对应一个匀光件，方便装调；也可以每个激光阵列对应一个匀光件，进一步提高出射效率，也便于生产封装。

进一步的，第一发射单元111和第二发射单元112可以错时发光，即按照预设时序进行发光。通过将不同发射单元设置为错时发光，可以避免相邻视场之间的串扰，提高激光雷达系统100探测的准确性。第一发射单元111包含的多个激光阵列也可以按照预设时序发光，以降低激光雷达系统100的整体功耗。

探测模块20至少包括第一探测单元210和第二探测单元220，第一探测单元210用于接收第一视场角内的物体反射后返回的回波激光，第二探测单元220用于接收第二视场角内的物体反射后返回的回波激光。通过控制第一探测单元和第二探测单元220，可以使第二探测单元220能够接收距离范围更大的回波激光，进而提高第二视场角内的测距量程。第一探测单元210包括第一接收阵列和第一接收镜组，第二探测单元220包括第二接收阵列和第二接收镜组；第一接收镜组接收第一视场角内的回波激光并会聚至第一接收阵列，第一接收阵列接收回波激光；同理，第二接收镜组接收第二视场角内的回波激光并会聚至第二接收阵列，第二接收阵列接收回波激光。可选的，第一接收阵列和第二接收阵列也可以共用一个接收镜组。第一视场角和第二视场角内的回波激光分别采用两组探测单元进行接收，可以通过控制模块30分别控制第一探测单元210和第二探测单元220的接收方式，实现第一视场角和第二视场角不同的测距量程。可以理解的是，接收阵列的探测器数量增多会导致硬件系统庞杂、逻辑控制算法复杂，故可以根据激光雷达系统100的实际探测需求平衡。探测模块20将接收到的回波激光转化为回波电信号，并对回波电信号进行采样处理后得到初始数据。探测模块20将初始数据发送至处理模块40进行下一步数据处理，探测模块20可以直接将初始数据发送至处理模块40，也可以通过控制模块30将初始数据发送至处理模块40。

发射模块10和探测模块20的光轴可以平行设置，也可以在远距离处相交，实现对视场内物体的探测。

控制模块30可以控制发射模块10发射出射激光的时序、功率等多种参数；同时，控制模块30还可以控制探测模块20接收回波激光的接收模式，并将控制发射模块10和控制探测模块20的控制指令发送至处理模块40，以便处理模块40进行下一步数据处理。

处理模块40可以对初始数据进行处理，具体为探测模块20将接收到的回波激光转化为回波电信号，并根据回波电信号得到初始数据；探测模块20将初始数据发送至处理模块40，处理模块40对接收到的初始数据进行处理并得到探测数据，探测数据可以是3D点云数据。处理模块40对接收的初始信号进行处理的方式，与发射模块10的发射模式和探测模块20的接收模式有关。

本申请提供一种激光雷达系统100，发射模块10包括至少一个发射单元110，用于发射出射激光。探测模块20至少包括第一探测单元210和第二探测单元220。由于第一探测单元210用于接收第一视场角内的物体反射后返回的回波激光，第二探测单元220用于接收第二视场角内的物体反射后返回的回波激光，且第二视场角内的测距量程大于第一视场角内的测距量程。探测模块20划分为多个探测单元，每个探测单元分别对应的视场角具有不同的测距量程，通过探测模块20分区的方式实现不同的测距量程，提高激光雷达系统100面对不同场景的应用需求，更具有适用性，提高激光雷达系统100的综合应用性能。

在其中一个实施例中，出射激光包括第一出射激光和第二出射激光，第一出射激光射向第一视场角内，第二出射激光射向第二视场角内，第二出射激光的功率大于第一出射激光的功率。由于第一视场角的测距量程小于第二视场角的测距量程，第一发射单元111采用较小的发射功率即可满足测距要求，不需要将第一发射单元111的发射功率提高到和第二发射单元112的发射功率相同；减少发射模块的整体功耗。发射模块10可以包括第一发射单元111和第二发射单元112。第一发射单元111发射的第一出射激光射向第一视场角，第二发射单元112发射的第二出射激光射向第二视场角。控制模块30发送控制指令给发射模块10的驱动单元，进而控制发射单元110发射出射激光的参数。可以通过控制模块30控制发射模块10的第一发射单元111和第二发射单元112，使第一发射单元111发射的第一出射激光的功率小于第二发射单元112发射的第二出射激光的功率；此时既能满足第一视场角和第二视场角的测距量程要求，又能优化系统的能量分配，降低激光雷达系统100的整体功耗。

请一并参见图4，在其中一个实施例中，控制模块30包括第二探测控制单元310和数据输出单元320。第二探测控制单元310发送控制指令至第二探测单元220，使第二探测单元220以积分时间t1……tn进行循环采样得到n帧初始数据，其中n为正整数。数据输出单元320将第二探测单元220接收的n帧初始数据传输至处理模块40。

控制模块30中的第二探测控制单元310可以生成积分时间控制信号并发送至第二探测单元220，以控制第二探测单元220的积分时间。固态flash激光雷达的探测模块20通常采用探测器阵列直接接收回波激光，在接收回波激光的同时也会接收到较多周围环境中的干扰光，例如太阳光、其他光源的光等；而为了提高测距量程，通常采用长积分时间进行采用，积分时间增加能够接收到更远视场中返回的回波激光；相应的接收到的干扰光增加使探测器过早饱和，导致近距离处的物体反射后较快返回的回波激光无法被探测器有效响应，近距离的物体无法识别，造成一定范围的近距离盲区。第二探测单元220以不同的积分时间进行采样，每个积分时间对应接收从激光雷达系统100起至某一距离之间的视场中的回波激光，能够有效减少每次采样的积分时间，减少累计的干扰光，同时提高对远距离、近距离的探测能力，提高激光雷达系统100的动态范围。

本实施例中，第二探测单元220采用不同的积分时间可以获取n帧初始数据，由于t1……tn的任意一个积分时间对应的测距范围均未完全覆盖激光雷达系统100的整个测距量程，将n帧初始数据并合并为一帧，可以减小近场饱和盲区，提高激光雷达系统100的后向探测量程。

进一步的，第二探测单元220的积分时间t1……tn递增或者递减。以t1……tn递增为例进行说明，积分时间越短对应的测距范围的最大值离激光雷达系统100越近；积分时间t2……tn的测距范围的最大值依次由近到远；为了使激光雷达系统100经过t1……tn共n次采用后的测距范围能够覆盖整个视场，积分时间t1测距范围的最大值最小，积分时间tn测距范围的最大值最大；积分时间tn测距范围的最大值大于等于激光雷达系统100的测距量程。例如，积分时间t1对应的测距范围为0-5m，积分时间t2对应的测距范围为0-10m，以此递增，积分时间tn对应的测距范围为0-120m；此时激光雷达系统100的测距量程可以是100m。第二探测单元220的积分时间t1……tn可以以等差或等比数列递增、也可以根据激光雷达系统100的探测需求以任意规律递增。同理，第二探测单元220的积分时间t1……tn也可以递减，此时积分时间t1测距范围的最大值最大，积分时间tn测距范围的最大值最小。激光雷达系统100经n次采样后的测距范围能够覆盖整个视场即可；积分时间递增或递减，能够降低对积分时间的控制难度，简化控制模块30。

在其中一个实施例中，控制模块30还包括第一探测控制单元340。第一探测控制单元340发送控制指令至第一探测单元210，使第一探测单元210以积分时间k1…km进行循环采样得到m帧初始数据，其中m为正整数。与第二探测单元220类似，第一探测单元210也可以采用m次不同积分时间进行采样，减少累计的干扰光，提高近距离的探测能力，提高接收到的回波信号的信噪比，提高探测准确性。如前述，积分时间k1……km可以递增或递减，激光雷达系统100经m次采样后的测距范围能够覆盖对应的整个视场，且简化控制模块30。第一探测单元210的积分时间k1……km可以以等差或等比数列递增(或递减)、也可以根据激光雷达系统100的探测需求以任意规律递增(或递减)。

进一步的，第一探测单元210的积分时间k1……km和第二探测单元220的积分时间t1……tn可以相同。即t1＝k1，t2＝k2，……，tn＝km，第一探测单元210和第二探测单元220采用相同的积分时间进行采样。控制模块30可以采用同一个探测控制单元对第一探测单元210和第二探测单元220的积分时间进行控制，简化控制模块30。

第一探测单元210的积分时间k1……km和第二探测单元220的积分时间t1……tn也可以不同。第一探测单元210的采样次数和第二探测单元220的采样次数可以不同，即m≠n；如前述，第一探测单元210的测距量程小于第二探测单元220的测距量程，因此第一探测单元210采用较少次采样就能够覆盖第一视场角内测距量程，即m＜n。例如，第一探测单元210采用积分时间k1、k2、k3进行采样，第二探测单元220采用积分时间t1……t8进行采样；第一视场角的测距量程为30m，第二视场角的测距量程为100m。积分时间k1对应的测距范围为0-5m，积分时间k2对应的测距范围为0-20m，积分时间k3对应的测距范围为0-35m；同理，积分时间t1对应的测距范围为0-20m，积分时间t2对应的测距范围为0-35m，以此递增，积分时间t8对应的测距范围为0-120m。这样能够在满足探测的基础上，简化对第一探测单元210的采样控制，同时也能减少第一探测单元210输出的初始数据的数据量，降低运算量。

第一探测单元210也可以不采用多积分时间的采样方式，采用固定的积分时间k0进行采样，积分时间k0对应的测距范围能够覆盖第一视场角的测距量程。例如，第一视场角的测距量程为30m，积分时间k0对应的测距范围为0-35m，第一探测单元210的每个采样周期均采用积分时间k0。如前述，第一视场角的测距量程较小，因此积分时间k0较短，能够累计的干扰光有限；干扰光导致的近距离盲区问题有限，可以采用固定的积分时间k0正常采样，简化控制模块30，也无需将多帧初始数据合并，减少计算量。

在其中一个实施例中，处理模块40包括截取单元410和合并单元420。截取单元410接收第二探测单元220积分时间tj(j＝1,2,……n)采样后输出的第j初始数据，截取第j初始数据记为第j帧中间数据；截取n帧初始数据后得到n帧中间数据。合并单元420合并n帧中间数据得到1帧探测数据。由前述可知，积分时间越短对应的测距范围的最大值离激光雷达系统100越近；第二探测单元220进行积分时间tj采样后输出的第j初始数据是0-Lj测距范围的点云数据，Lj为积分时间tj对应的测距范围的最大值。若积分时间较长，第二探测单元220会累计较多干扰光，导致近距离盲区的产生；因此截取积分时间tj的测距范围中的部分数据记为第j帧中间数据，截取的部分数据为第j初始数据中截取范围之间的点云数据，截取范围从积分时间t(j-1)的测距范围的最大值起、到积分时间tj的测距范围的最大值止。例如，第二探测单元220采用递增的积分时间t1、t2、……、t6进行采样，得到第1初始数据为测距范围0-20m的点云数据，第2初始数据为测距范围0-40m的点云数据，以此类推，第6初始数据为测距范围0-120m的点云数据；第1初始数据中截取0-20m的点云数据记为第1帧中间数据，第2初始数据中截取20-40m的点云数据记为第2帧中间数据，以此类推，第6初始数据中截取100-120m的点云数据记为第6帧中间数据。

合并单元420合并n帧中间数据得到1帧探测数据。如前述，n帧中间数据为截取后的点云数据，任何一帧中间数据无法完全覆盖测距量程；将n帧中间数据合并为1帧得到探测数据，合并后得到的探测数据包括测距量程范围内的全部点云数据，是一帧完整的数据。如前述示例，将第1帧中间数据中0-20m的点云数据、第2帧中间数据中20-40m的点云数据、……、第6帧中间数据中100-120m的点云数据拼接为0-120m的完整点云数据，作为1帧探测数据输出。

由于增加积分时间对近距离的视场探测影响较大，初始数据中远距离的部分点云准确性较佳。截取每个积分时间对应的测距范围中远距离的部分数据，并将多个积分时间采样后得到的初始数据都进行截取；截取初始数据时，将近距离的准确性较差的点云舍弃，仅保留测距范围中远距离的部分数据，合并后得到的探测数据能够同时覆盖近距离、远距离，且探测准确性好，能够有效提高第二探测单元220对第二视场角探测的动态范围，使第二视场角覆盖车身和车尾两侧时能够有效探测。

在其中一个实施例中，控制模块30还包括模式切换单元330。当第二探测单元220完成每个循环采样周期后，发送切换指令至第二探测单元220，使第二探测单元220以像素拼接模式进行采样，得到第n+1帧初始数据，并传输至处理模块40。第二探测单元220除了采用多积分时间模式进行采样，还可以采用像素拼接模式进行采样；当第二探测单元220在完成积分时间t1……tn共n次采样后，可以切换至像素拼接模式进行采样，得到第n+1帧初始数据；此时模式切换单元330再次发送切换指令至第二探测单元220，使第二探测单元220以多积分时间模式进行采样，并从积分时间t1进行采样。或者也可以在第二探测单元220进行多积分时间模式采样的循环采样周期前进行像素拼接模式采样，得到第1帧初始数据；此时模式切换单元330发送切换指令至第二探测单元220，使第二探测单元220以多积分时间模式进行采样，得到第2帧初始数据至第n+1帧初始数据。

Flash激光雷达系统的探测模块20通常采用探测单元阵列的形式，例如8×6的探测单元阵列，探测单元阵列中的每个探测单元对应视场角中的一个子视场角，48个子视场角拼接形成探测单元阵列的视场角。如前述的，探测模块20包括第一探测单元210和第二探测单元220，第一探测单元210可以是探测单元阵列中的4×6的探测单元子阵列，第二探测单元220可以是探测单元阵列中剩下的4×6的探测单元子阵列；第一探测单元210和第二探测单元220在探测单元阵列中的分割方式，可以根据探测需求进行分割。

探测单元阵列中的每个探测单元，接收回波激光后能够单独输出回波信号。将几个相邻的探测单元拼接在一起作为一个整体，接收回波激光后统一输出回波信号，这样能够提高接收的信噪比，进而提高测距量程；这种采样模式即为像素拼接模式。相较于多积分时间采样模式，像素拼接模式能够进一步提高测距量程。然而，将几个探测单元拼接为一个整体进行回波激光的接收，这几个探测单元对应的子视场角范围内的回波激光接收后仅输出一个回波信号，采用像素拼接模式采样将大大降低探测分辨率。因此将多积分时间采样模式和像素拼接模式交替进行采样，既能提高测距量程，又能保证探测分辨率，满足车身和车尾两侧的长距离、高分辨率探测需求。

在其中一个实施例中，当第一探测单元210采用多积分时间采样模式进行采样时，完成每个循环采样周期后，发送切换指令至第一探测单元210，使第一探测单元210以像素拼接模式进行采样，得到第k+1帧初始数据，并传输至处理模块40。其能够提高测距量程和保证分辨率，与前述相同，此处不再赘述。为了简化控制模块30，可以将第一探测单元210的像素拼接方式和第二探测单元220的像素拼接方式相同，例如第一探测单元210和第二探测单元220均为两个4×6的探测单元子阵列，第一探测单元210可以分为两个4×3的探测单元子阵列拼接，第二探测单元220也可以分为两个4×3的探测单元子阵列拼接。或者，也可以根据测距量程的需要，单独控制第一探测单元210的像素拼接方式，以前述示例为例，第一探测单元210可以分为4×2和4×4两个探测单元子阵列拼接，第二探测单元220仍然为两个4×3探测单元子阵列拼接。

当第一探测单元210采用固定积分时间采样模式进行采样时，可以完成若干次采样周期后，发送切换指令至第一探测单元210，使第一探测单元210以像素拼接模式进行采样，并传输至处理模块40。这种采样方式能够兼顾远距离的探测，每个一段时间探测一次远距离处，以判断是否有物体正在靠近，提高使用安全。

第一视场角内的测距量程较小，也可以不采用像素拼接的方式进行采样。现有的多积分时间采样模式或固定积分时间采样模式已经能够满足测距量程需求。

在其中一个实施例中，发射模块10可以采用三组垂直共振腔面射型激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)组成的发射单元110进行拼接，可以提高激光雷达系统100的能量效率。需要说明的是，每个发射单元110中光源的具体数量与实际激光雷达系统100的设计要求有关，可以通过雷达方程进行计算。例如，发射模块10可以共采用18个VCSEL，其中第一发射单元111可以设置2个激光器阵列射向第一视场角，其中每个激光器阵列可以包括5个VCSEL，第二发射单元112设置1个激光器阵列射向第二视场角，其中的激光器阵列可以包括8个VCSEL。

请一并参见图5，基于同一发明构思，本申请还提供一种激光雷达探测方法。激光雷达探测方法可以应用于上述任一实施例中的激光雷达系统100。激光雷达探测方法包括：

步骤S10，生成并发射出射激光；

步骤S20，接收第一视场角内的物体反射后返回的回波激光以及第二视场内的物体反射后返回的回波激光，第一视场角内的测距量程大于第一视场角内的测距量程；

步骤S30，对回波激光进行处理，得到探测数据。

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，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：

发射模块，包括至少一个发射单元，用于发射出射激光；

探测模块，至少包括第一探测单元和第二探测单元，所述第一探测单元用于接收第一视场角内的物体反射后返回的回波激光，所述第二探测单元用于接收第二视场角内的物体反射后返回的回波激光，并输出初始数据；其中，所述第二视场角内的测距量程大于所述第一视场角内的测距量程；

控制模块，驱动所述发射模块和所述探测模块；

处理模块，用于对所述初始数据进行处理，得到探测数据；

其中，所述控制模块包括：第二探测控制单元和数据输出单元；所述第二探测控制单元，发送控制指令至所述第二探测单元，使所述第二探测单元以积分时间t₁、……t_n进行循环采样得到n帧所述初始数据，其中n为正整数；所述数据输出单元，将所述第二探测单元接收的n帧所述初始数据传输至所述处理模块。

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述出射激光包括第一出射激光和第二出射激光，所述第一出射激光射向所述第一视场角内，所述第二出射激光射向所述第二视场角内，所述第二出射激光的功率大于所述第一出射激光的功率。

3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第二探测单元的积分时间t₁、……t_n递增或者递减。

4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述处理模块将n帧所述初始数据合并为1帧所述探测数据。

5.根据权利要求4所述的激光雷达系统，其特征在于，所述处理模块包括：

截取单元，接收所述第二探测单元积分时间t_j采样后输出的第j初始数据，截取第j所述初始数据记为第j帧中间数据，j=1,2,……n；截取n帧所述初始数据后得到n帧所述中间数据；

合并单元，合并n帧所述中间数据得到1帧所述探测数据。

6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述控制模块还包括：

模式切换单元，当所述第二探测单元完成每个循环采样周期后，发送切换指令至所述第二探测单元，使所述第二探测单元以像素拼接模式进行采样，得到第n+1帧原始数据，并传输至所述处理模块。

7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第一视场角与所述第二视场角相接或者部分重叠。

8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述控制模块还包括：

第一探测控制单元，发送控制指令至所述第一探测单元，使所述第一探测单元以积分时间k₁、……k_m进行循环采样得到m帧初始数据，其中m为正整数。

9.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其特征在于，所述第二探测单元的积分时间t₁、……t_n以等差或者等比数列递增。

10.一种激光雷达探测方法，其特征在于，包括：

生成并发射出射激光；

接收第一视场角内的物体反射后返回的回波激光以及第二视场角内的物体反射后返回的回波激光，所述第二视场角内的测距量程大于所述第一视场角内的测距量程；

对回波激光进行处理，得到探测数据；

其中，所述对回波激光进行处理，得到探测数据包括：对所述第二视场角内的物体反射后返回的回波激光，以积分时间t₁、……t_n进行循环采样得到n帧初始数据，其中n为正整数；对所述初始数据进行处理，得到探测数据。

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