CN111983587B - 激光雷达及其发射模组、接收模组、探测方法 - Google Patents

Abstract

激光雷达及其发射模组、接收模组、探测方法，所述激光雷达的发射模组包括：多个激光器，所述激光器的发光波长包括第一波长和第二波长，适于同时发光的激光器具备不同的发光波长；所述激光雷达的接收模组的包括：多个探测器，每个探测器适于接收发射模组中对应的激光器发出的激光光束被目标物反射的回波光束。采用上述方案，能够提高多个探测器之间的抗干扰能力，有效保障激光雷达的信号接收性能。

Description

激光雷达及其发射模组、接收模组、探测方法

技术领域

本说明书实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种发射模组、接收模组、相关控制方法、激光雷达。

背景技术

在激光雷达中，通过发射模组射出激光光束(即探测光束)，并通过接收模组接收经过目标物反射回来的激光光束(即回波光束)，接收模组将回波光束的光信号转换为电信号后，经过信号处理可以得到三维点云数据。

其中，发射模组中的各激光器处于发射焦平面的不同位置，接收模组中的各探测器相应处于接收焦平面的不同位置，因此，激光器可以向外界发射不同角度的光束，探测器可以接收外界不同角度反射回来的光束，从而在实现不同角度的空间测量。

目前，在一些场景中，发射模组需要激活多个激光器，对应地，接收模组需要激活多个探测器，基于激活的探测器的分布位置，可以分别接收对应激光器的回波光束。然而，激光雷达发射模组中各激光器发出的激光波长都是相同的，同时激活的多个探测器之间可能存在串扰，使得一个探测器中的探测单元还可能接收到其他同时激活的通道带来的波长相同的干扰噪声，造成测距误差。

因此，如何解决多个探测器之间存在的串扰成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本说明书实施例提供一种发射模组、接收模组、探测方法、激光雷达，能够提高多个探测器之间的抗干扰能力，有效保障激光雷达的信号接收性能。

本说明书实施例提供一种激光雷达的发射模组，包括：多个激光器，所述激光器的发光波长包括第一波长和第二波长，适于同时发光的激光器具备不同的发光波长。

可选地，波长相同的多个激光器构成一个激光器组，所述激光器组的数量基于所述激光雷达同时发射的最高线束数量确定。

可选地，同一激光器组中的激光器不同时发射。

可选地，所述激光器包括一个或多个发光单元，适于发出激光光束，同时发射的多个激光器的波长不同。

可选地，所述激光器包括：一个或多个发光单元和波长转换器，其中：所述波长转换器，适于将所述发光单元发射的激光光束的波长转换至对应激光器所需的波长。

可选地，多个激光器的排列方式包括：按照线性阵列排布；按照矩形阵列排布。

可选地，各激光器的波长与所述激光器和指定位置之间的距离正相关，所述指定位置位于与所述激光雷达的水平中轴线垂直的平面。

可选地，靠近所述指定位置的激光器的波长，低于相对远离所述指定位置的激光器的波长。

可选地，所述多个激光器的波长差与所述激光器的波长随温度偏移误差满足如下关系：

|λ1-λ2|≥α·ΔT+Δλ，

式中，λ1和λ2分别为所述激光器的第一波长和第二波长，α为所述激光器的温度漂移系数，ΔT为激光器工作过程最大温差，Δλ为激光器的光谱宽度。

可选地，所述多个激光器的波长差与所述激光雷达的接收模组中滤波器的带宽满足如下关系：

|λ1-λ2|≥λ₀±Δλ，

式中，λ1和λ2分别为所述激光器的第一波长和第二波长，λ₀为所述滤波器的滤波带宽，Δλ为所述激光器的光谱宽度。

本说明书实施例还提供一种激光雷达的接收模组，包括：多个探测器，每个探测器适于上述发射模组中对应的激光器发出的激光光束被目标物反射的回波光束。

可选地，所述接收模组还包括滤波器，所述滤波器使所述入射光中与对应激光器的波长相同的激光光束透过。

可选地，所述滤波器的滤波带宽根据对应的激光器的波长和所述波长最大漂移误差设置。

可选地，所述探测器的排列方式包括：按照线性阵列排布；按照矩形阵列排布。

本说明书实施例还提供一种激光雷达，包括上述激光雷达的发射模组、上述激光雷达的接收模组、以及控制器，其中：所述控制器，适于控制所述激光器中的一个或多个发射激光光束，并控制所述探测器对应的一个或多个接收所述激光光束被目标物反射的回波光束。

可选地，所述激光器在所述发射模组的相对排布位置与对应探测器在所述接收模组的相对排布位置一致。

本说明书实施例还提供一种激光雷达的探测方法，应用于上述激光雷达，所述探测方法包括：

A1)基于各所述激光器对应的波长及位置信息，按照预设的发射控制时序，控制激光器发光，以确保同时发射的激光器能发出不同波长的激光光束；

A2)控制所述接收模组中每个探测器接收与对应激光器的波长匹配的入射光。

本说明书实施例还提供一种激光雷达，包括：存储器，适于存储一条或多条计算机可执行指令；控制器，适于调用所述存储器中的一条或多条计算机可执行指令，以执行上述探测方法步骤。

采用本说明书实施例的激光雷达方案，激光雷达中的发射模组可以包括多个激光器，激光器发光波长包括第一波长和第二波长，其中，发出第一波长的激光束的激光器为第一激光器，发出第二波长的激光束的激光器为第二激光器，第一激光器和第二激光器适于同时地发光，使得同时发光的激光器能够发出不同波长的激光光束；激光雷达中的接收模组可以包括多个探测器，其中探测器可接收对应激光器发光波长的入射光。由上述方案可知，通过同时发射的激光器发出不同波长的激光光束，可以使探测器仅接收与对应激光器发光波长相匹配的回波光束，通过匹配波长，能够避免接收其他激光器发出的光束造成的回波，从而避免同时激活的探测器之间的串扰，并能够降低外界环境光带来的干扰噪声，从而提高多个探测器之间的抗干扰能力，有效保障激光雷达的信号接收性能。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例的技术方案，下面将对本说明书实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本说明书的一些实施例，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是本说明书实施例中一种激光雷达的发射接收模组的结构示意图；

图2是本说明书实施例中另一种激光雷达的发射接收模组的结构示意图；

图3是本说明书实施例中一种激光器按照线性阵列排布的示意图；

图4是本说明书实施例中一种激光器按照矩形阵列排布的示意图；

图5是本说明书实施例中一种激光器按照交错排列方式排布的示意图；

图6a是本说明书实施例中一种激光器组的波长设定方式示意图；

图6b是图6a中激光器组按照交错排列方式排布的示意图；

图7是本说明书实施例中一种激光器安装板按照交错排列方式排布的示意图；

图8是本说明书实施例中一种接收模组的结构示意图；

图9是本说明书实施例中一种激光雷达的结构示意图；

图10是本说明书实施例中一种激光雷达的发射模组控制方法的流程图；

图11是本说明书实施例中一种激光雷达的接收模组控制方法的流程图。

具体实施方式

在激光雷达中，通过发射模组射出激光光束，并通过接收模组接收经过目标物反射回来的激光光束(即回波光束)，接收模组将回波光束的光信号转换为电信号后，经过信号处理可以得到三维点云数据。

优选地，发射模组中的各激光器处于发射焦平面的不同位置，接收模组中的各探测器相应处于接收焦平面的不同位置，因此，激光器可以向外界发射不同角度的光束，探测器可以接收外界不同角度反射回来的光束，从而在实现不同角度的空间测量。

作为另一优选方案，可在接收焦平面设置光阑，滤除杂散光，沿光路下游在光阑后设置各探测器，以降低噪声，达到提高信噪比的目的。

目前，在一些场景中，发射模组需要同时激活多个激光器，用于同时发射多束激光光束，对应地，接收模组需要同时激活多个探测器，用于分别接收对应激光器发出的激光光束被目标物反射的回波光束。

然而，由于激光雷达中的接收光学组件是非理想性的，同时激活的多个探测器之间可能存在串扰，使得探测器还可能接收到其他探测器对应的回波光束，增加干扰噪声；甚至将其他探测器对应的回波光束误判为本探测器对应激光器的探测光束获得的目标物回波光束，造成鬼影等缺陷。

例如，激活激光器1和2同时发射激光光束，探测器1和2分别接收对应激光器1的回波光束(即激光器1射出的激光光束经过目标物反射后，返回激光雷达的激光光束)和对应激光器2的回波光束(即激光器2射出的激光光束经过目标物反射后，返回激光雷达的激光光束)，在探测器1接收对应激光器1的回波光束时，另一个探测器2也能接收到少量对应激光器1的回波光束的杂散光。换而言之，可以将探测器1视为干扰源通道，探测器2视为被干扰通道，探测器2受到了探测器1的干扰影响，探测器1和探测器2之间存在串扰。

在实际应用中，干扰源通道接收的光信号强度越强，被干扰通道上的受到干扰的影响程度越大。例如，干扰源通道对应高反射率近距离的目标物反射回来的回波光束时，可能造成被干扰通道接收到来自干扰源的较强干扰噪声。一方面，强度较强的干扰噪声可能对同时激活的多个探测器造成干扰；另一方面，如果干扰噪声的强度足够强，以至于超过了被干扰通道的回波检测阈值，则会引起“假点”，多个假点组合起来会形成鬼影。

并且，由于激光器射出的激光光束的波长相同，被干扰通道实际需要获取的回波光束和干扰源通道的杂散光的波长相同，当二者叠加在一起时，探测装置无法从中区分出所要获取的回波信息，进而导致飞行时间的判定出现误差，引起测量精度下降。

由上可知，探测器之间存在串扰的情况将会对激光雷达的工作性能产生不良影响。因此，如何解决多个探测器之间的干扰成为了本领域技术人员亟待解决的问题。

针对上述问题，本说明书实施例提供了一种激光雷达的收发方案，激光雷达的发射模组包括多个激光器，且同时发射的激光器发出的激光光束的波长不相同；激光雷达的接收模组可以对应激活探测器接收入射光，且每个探测器只接收与对应激光器的波长匹配的激光光束。

由上述方案可知，通过同时发射的激光器发出不同波长的激光光束，可以使入射到探测器的杂散光与其对应激光器的回波光束波长不同，通过匹配波长，能够从入射到接收模组的光中滤除杂散光，只接收对应激光器的激光光束回波，从而避免同时激活的探测器之间的串扰，并能够降低外界环境光带来的干扰噪声，从而提高多个探测器之间的抗干扰能力，有效保障激光雷达的信号接收性能。

为使本领域技术人员更加清楚地了解及实施本发明的构思、实现方案及优点，以下参照附图，通过具体实施例进行详细说明。

在一个实施例中，参照图1所示的本说明书实施例中一种激光雷达的发射接收模组的结构示意图。在本说明书实施例中，如图1所示，所述激光雷达10可以包括：发射模组11和接收模组12。通过发射模组11和接收模组12可以分别进行激光发射和接收操作。

从发射模组11的角度进行描述，所述发射模组11可以包括：n个激光器111、112～11n和发射光学组件11a。

继续参照图1，发射模组11中设置有两种波长的激光器，其中，激光器111在激活时可以输出波长为λ1的激光光束11A，激光器112在激活时可以输出波长为λ2的激光光束11B，激光器113、114～11n在激活时可以输出波长为λ1的激光光束11A。

激活的激光器输出激光光束后，激光光束经过发射光学组件11a准直处理后，向外界发射出去，经过外界的目标物1x反射后，反射的回波光束射入接收模组12。

由于发射模组11中激光器发出的激光有两种波长λ1和λ2，因此，发射模组11存在两个激光器适于同时发射，可以同时激活两个输出不同波长的激光光束的激光器。

例如，在图1所示的实施例中，激光器111和112发光波长不同，则可以同时激活激光器111和112同时发射，使得激光器111发出波长为λ1的激光光束11A，且激光器112发出波长为λ2的激光光束11B。波长为λ1激光光束和波长为λ2的激光光束经过发射光学组件11a进行准直处理后，向外界发射出去，经过外界的目标物1x反射后，反射的波长为λ1的激光光束和波长为λ2的激光光束射入接收模组12。

以此类推，在本实施例中，激光器112与激光器111、113～11n均不相同，因此，可以同时激活激光器112和激光器111、113～11n中任意一个，从而使得同时发射的两个激光器发出不同波长的激光光束。

此外，接收模组12还可能接收外界的环境光和其他探测器对应波长的回波造成的杂散光，因此，接收模组12的入射光还可以包括：来自环境光的干扰噪声和来自其他探测器的干扰噪声。

从接收模组12的角度进行描述，所述接收模组12可以包括：m个探测器121～12m和接收光学组件12a，其中，探测器121～12m可以接收光学组件12a进行聚焦处理得到的入射光12A。激光器111～11n与探测器121～12m之间具有收发对应关系，即根据激活的激光器，可以确定对应激活的探测器。根据激光器与探测器的对应关系，对应激活探测器可以用于接收与激光器的波长匹配的激光光束。

例如，激光器111对应于探测器121，若激活激光器111，则对应激活探测器121用于接收与激光器111的波长λ1匹配的激光光束；激光器112对应于探测器122，若激活激光器112，则对应激活探测器122用于接收与激光器112的波长λ2匹配的激光光束。

在另一个实施例中，参照图2所示另一种激光雷达的发射接收模组的结构示意图。在本说明书实施例中，如图2所示，所述激光雷达20可以包括：发射模组21和接收模组22。通过发射模组21和接收模组22可以分别进行激光发射和接收操作。与图1相比，图2所示的激光雷达20的区别在于：包括多个不同的波长的激光器。

具体而言，激光器211在激活时可以输出波长为λ1的激光光束，激光器212在激活时可以输出波长为λ2的激光光束，激光器213在激活时可以输出波长为λ3的激光光束…激光器21n在激活时可以输出波长为λn的激光光束；λ1～λn均为不同的波长长度值，即λ1～λn互不相等。

由于发射模组21中设置有n种波长λ1～λn的激光器，因此，发射模组21最多存在n个激光器适于同时发射。当n个激光器211～21n中任意多个激光器激活时，同时发射的多个激光器能够发出不同波长的激光光束，由此，接收模组22接受到的入射光中包括对应的不同波长的激光光束。

例如，激活激光器211和212，则激光器211输出的激光光束21B的波长为λ1，激光器212输出的激光光束21A的波长为λ2，因此，在激活激光器211和212进行同时发射时，激光器211和212分别发出不同波长的激光光束。波长为λ1激光光束和波长为λ2的激光光束经过发射光学组件21a进行准直处理后，向外界发射出去，经过外界的目标物2x反射后，反射的波长为λ1的激光光束和波长为λ2的激光光束射入接收模组22。

又例如，激活激光器212～214，则激光器212输出的激光光束21B的波长为λ2，激光器213输出的激光光束21C的波长为λ3，激光器214输出的激光光束21D的波长为λ4，波长分别为λ2、λ3和λ4的激光光束经过发射光学组件215进行准直处理后，向外界发射出去，经过外界的目标物2x反射后，反射的波长分别为λ2、λ3和λ4的激光光束射入接收模组22。

此外，接收模组22还可能接收外界的环境光和其他探测器对应波长的回波造成的杂散光，因此，接收模组22的入射光还可以包括：来自环境光的干扰噪声和来自其他探测器的干扰噪声。

从接收模组22的角度进行描述，所述接收模组22可以包括：m个探测器221～22m和接收光学组件22a，其中，探测器221～22m可以接收光学组件22a进行聚焦处理得到的入射光22A。激光器211～21n与探测器221～22m之间具有对应关系，即根据激活的激光器，可以确定对应激活的探测器。根据激光器与探测器的对应关系，对应激活探测器可以用于接收与激光器的波长匹配的激光光束。

例如，激光器211对应于探测器221，若激活激光器211，则对应激活探测器221用于接收与激光器211的波长λ1匹配的激光光束；激光器212对应于探测器222，若激活激光器212，则对应激活探测器222用于接收与激光器212的波长λ2匹配的激光光束。

由图1和图2及相关描述内容可知，当n个激光器中至少两个激光器激活进行同时发射时，所述m个探测器中对应的至少两个探测器激活接收入射光。由于同时发射的多个激光器输出不同波长的激光光束，因此，所述入射光可以包括多个波长不同的激光光束，同时激活的多个探测器中每个探测器只接收与其对应激光器的波长匹配的激光光束，由此，通过波长匹配可以避免接收其他探测器对应激光器的杂散光。并且由于环境光通常为可见光，其波长通常与激光光束的波长不相同，因此，在设定探测器匹配的波长后，可以降低环境光对探测器的干扰。

作为一种优选示例，探测器个数与激光器的个数相同，即激光器与探测器一一对应，将与探测器所处同一收发通道的激光器所发出激光光束的波长，配置为该探测器所匹配的波长。

需要说明的是，上述示例仅为示意说明，在实际应用中，可以根据需求配置发射模组对应波长的种类数量，波长的种类数量可以与激光器的数量相同，也可以小于激光器的数量，换而言之，无需每个激光器的波长都不相同，可以存在部分波长相同的激光器，本说明书实施例对此不做限制。此外，还可以根据同时发射的激光器个数进行分组，具体可参考以下相关部分的描述，在此不再赘述。

可以理解的是，上述实施例仅为示例说明激活多个激光器和探测器的情况，在实际应用时，激光雷达可以根据实际应用场景和需求设定进行激光收发操作时激活的激光器和探测器的数量。并且，激光雷达激光器和探测器的数量，以及激光器和探测器对应的波长也可以根据实际应用场景和需求进行设定。本说明书实施例对此均不作具体限制。

还可以理解的是，本说明书实施例的附图仅为示例说明，根据实际应用场景，激光雷达还可以包括其他硬件模块、硬件电路等，例如，激光雷达还可以包括控制模块、扫描模块、以及各模块的适配电路等，其中，适配电路可以包括：信号读取电路和为各模块提供电源的电源供给电路等，本说明书对于激光雷达的具体结构不做限制。

继续参考图1可知，本说明书实施例提供的激光雷达包括发射部分和接收部分，为了便于本领域的技术人员理解和实施，以下先对激光雷达的发射部分进行描述。

在具体实施中，所述激光器包括一个或多个发光单元，适于发出激光光束。其中，所述发光单元包括以下至少一种类型：

1)垂直腔面发射激光器(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser，VCSEL)；

2)边缘发射激光器(Edge Emitting Laser，EEL)。

根据实际需求，可以选择不同类型的发光单元，且激光器包含的发光单元的数量与发光功率需求以及发光单元的类型有关。例如，由于单个VCSEL发光率较低，为了符合发光需求，一个激光器中可以包含多个VCSEL形成的VCSEL阵列，通过同时激活VCSEL阵列中多个VCSEL进行发光，并通过发射光学组件整形为一束激光；又例如，单个EEL发光率较高，在单个EEL符合发光需求时，一个激光器中可以包含一个EEL。

在具体实施中，多个激光器可以按照规则的排列方式排布，也可以按照不规则的排列方式排布，例如，多个激光器按照线性阵列排布或者按照矩阵排布，从而得到激光器阵列；又例如，多个激光器在竖直方向按照中间距离密、两端疏的不规则排列方式排布。并且，多个激光器可以按照固定间距进行排列，也可以按照不固定间距进行排列。本说明书对于多个激光器的排布不做设定。

在实际应用中，激光器发出的激光光束的波长存在一定的分布范围，即激光器的光谱宽度(spectral width)。在波长分布范围中，将光能量最大的波长设为该激光器的中心波长，也即激光器的波长。例如，标注发出波长为1550nm(纳米)的激光光束的激光器，其实际发出的激光光束的波长分布范围可能为1549～1551nm，中心波长为1550nm。

在具体实施中，激光器实际输出的激光光束的中心波长会随着温度变化有所漂移，例如，温度上升，激光器实际输出的中心波长变长；温度下降，激光器实际输出的中心波长变短。由此，随着温度的变化，各激光器实际输出的激光光束的波长发生温度漂移，可能原本对应不同波长的激光器，在温度影响下输出的激光光束的波长相同，从而在同时发射的激光器中，可能存在温度漂移后输出相同波长的激光器。

为了避免温度偏移对激光器的影响，不同波长之间的波长间距可以大于所述发射模组随温度变化的波长最大漂移误差，从而确保激光器输出激光光束的波长存在温度漂移时，其漂移后的波长也与其他激光器输出的激光光束的波长不相同。

例如，VCSEL的温度漂移系数为0.07nm/C°，若在激光雷达工作过程中激光器的温度区间为[-40℃，+120℃]，则激光器随温度变化的波长最大漂移为11.2nm，将不同波长之间波长间距大于11.2nm，可以确保激光器输出激光光束的波长在漂移后也与其他激光器输出的激光光束的波长不相同。

进一步地，考虑到发光单元的光谱宽度，所述波长随温度偏移误差可以由一定温度区间下的波长温度漂移和光谱宽度决定。例如，VCSEL的温度漂移系数为0.07nm/C°，若温度区间为[-40℃，+120℃]，则激光器随温度变化的波长最大漂移为11.2nm，光谱宽度为1nm，则激光器随温度变化的波长偏移误差为12.2nm，将不同波长之间波长间距大于12.2nm，可以确保激光器输出激光光束的波长在漂移后也与其他激光器输出的激光光束的波长不相同。

可选的，所述波长间距与激光器波长随温度偏移误差满足如下关系：

|λ1-λ2|≥α·ΔT+Δλ，

式中，λ1和λ2分别为所述激光器的第一波长和第二波长，α为激光器的温度漂移系数，ΔT为激光器工作过程最大温差，Δλ为激光器的光谱宽度。

为了便于设置各激光器的波长，波长间距可以取整数，如15nm、20nm、25nm等，根据波长间距可以选取对应波长的发光单元，例如，若激光器的波长间距为20nm，则各激光器采用的波长可以分别为850nm、870nm、890nm等。并且，各探测器之间的波长间距在满足大于波长最大漂移误差条件后，各探测器之间的波长间距可以不相同，例如，最大漂移误差为12.2nm，激光器采用的波长可以分别为850nm、870nm、905nm、940nm。本说明书对于波长间距的具体取值不做设定。

在具体实施中，所述发射模组中的部分激光器可以发出相同波长的激光光束，为了便于激光器的管理，避免波长相同的激光器激活进行同时发射，可以对发射模组中的激光器进行分组，各激光器组包括至少一个激光器。各所述激光器组的发光波长不同，同一激光器组中的激光器的发光波长相同，同一激光器组中的激光器不同时发射。

其中，各激光器组内的激光器可以采用轮巡的方式，依照次序激活并输出激光光束。

在具体实施中，所述激光雷达的线数与激光器的数量对应，如N线激光雷达对应N个激光器和N个相应的探测器，在激光雷达的一个采集帧中，激光雷达可以分次启动激光器进行发光，从而在一个采集帧中实现N线点云数据采集，其中，激光雷达分次启动激光器的方式由激光雷达的采集参数决定，N为正整数；激光器组的数量基于所述激光雷达单次同时发射的最高线束数量确定。此外，激光雷达可以为多线机械雷达。

例如，激光雷达的水平角分辨率为0.2°，测距200m，光的往返飞行时间为1.34μs，激光雷达的转速10Hz，则激光雷达转过0.2°的耗时为55.6μs，即各采集帧之间的采集时间间隔为55.6μs，在一个采集时间间隔内，激光雷达的发光最大次数为：55.6/1.34＝41.5，也就是说，在一个采集时间间隔内，激光雷达最多能够进行41次激光光束发射。

对于64线的激光雷达而言，分次启动激光器的方式可以为：在一个采集帧中按32次进行激光光束发射，每次激活两个激光器进行激光光束发射。即激光雷达单次同时发射的最高线束数量为2，激光器分两组即可满足目前的激光雷达线数需求。

对于40线的激光雷达而言，分次启动激光器的方式可以为：在一个采集帧中按40次进行激光光束发射，每次激活一个激光器进行激光光束发射；或者，在一个采集帧中按32次进行激光光束发射，其中，8次激活两个激光器进行激光光束发射，24次激活单个激光器进行激光光束发射。即激光雷达单次同时发射的最高线束数量为2，激光器分两组即可满足目前的激光雷达线数需求。

对于128线的激光雷达而言，在一个采集帧中按32次进行激光光束输出，每次激活四个激光器进行激光光束发射。即激光雷达单次同时发射的最高线束数量为4，激光器分四组即可满足目前的激光雷达线数需求。

在具体实施中，激光器的排列方式可以包括：

1)按照线性阵列排布。如图3和图6a-6b所示，为一种激光器按照线性阵列排布的示意图，在发射模组30中，可以包括M个激光器组，即激光器组31～3M，各激光器组中的激光器均按照线性阵列排布。同样的，多个激光器组按线性阵列排布。

2)按照矩阵排布。如图4所示，为一种激光器按照矩形阵列排布的示意图，在发射模组40中，可以包括2P个激光器组，即激光器组411～41P以及激光器组421～42P，各激光器组中的激光器按照矩形阵列排布。同样的，多个激光器组按矩形阵列排布。

如图5所示，为一种激光器按照交错排列方式排布的示意图，在发射模组50中，可以包括2个激光器组，即激光器组51～52。不同激光器组中的激光器按照矩形阵列交错排布。

可以理解的是，上述实施例仅为示例说明，在实际应用中，本说明书所述的激光器的排列方式可以结合具体情景，合理地进行交叉选用。

在具体实施中，在探测器采用常用的Si(硅)基探测器进行光电转换的情况下，Si基探测器对激光雷达常用波长范围的激光光子探测概率(Photon Detection Efficiency，PDE)随波长降低。即、对于从850nm至1550nm波长范围的激光，激光波长越长，Si基探测器对该波长激光的探测概率越低。因此，结合激光雷达实际应用场景，以及各激光器对应的外界环境，在激光雷达中选择一指定位置，各所述激光器组对应的波长与所述激光器组和指定位置之间的距离正相关。

可选地，所述指定位置可以位于与所述激光雷达中轴线垂直的平面。例如，激光雷达可装载于一移动平台上(如无人车等)，移动平台在马路上行驶，激光雷达水平中轴线与移动平台的高度相近，在水平中轴线对应的视场中，存在较多物体的概率更大，因此，发射角度越靠近水平中轴线的探测器相对于其他发射角度远离水平中轴线的探测器，能够采集到更加重要的点云数据。

由此，在水平中轴线的垂直平面中选择一指定位置，从与指定位置最近的激光器组开始，各探测器组对应波长依次变长，即采用波长更长的发射单元，使得位于水平中轴线附近的探测器能够获得更高的探测概率，进而增大探测器所接收和处理的信号量，实现更好的探测效果。并且，在反射回来的激光光束的信号不强的情况下(如目标物的反射率较低，目标物与激光雷达的距离较远等原因导致反射回来的激光光束的信号不强)，增加探测器能够采集到点云数据量。

在另一实施例中，可选择其他类型的探测器进行光电转换，其PDE与激光波长的对应关系可能与Si基探测器不同。因此，在与激光雷达中轴线垂直的平面，选择一指定位置，与指定位置距离最近的激光器组所发出的激光波长对应探测器最高的PDE，使得位于水平中轴线附近的探测器能够获得更高的探测概率，进而增大探测器所接收和处理的信号量，实现更好的探测效果。

在按照指定位置设定各探测器组的波长时，各探测器组之间对应的波长间距可以不相同，但是必须大于波长最大漂移误差。例如，如图6a所示，所述发射模组60中包括6个激光器组61～66，指定位置为S，根据各激光器组和指定位置之间的距离，可以确定激光器组64设定最短的波长，如激光器组64可以输出波长为850nm的激光光束，若波长间距为15nm，则将850nm作为初始波长，按照激光器组的数量，依次增加15nm，得到其余5个激光器组的波长可以为：865nm、880nm、895nm、910nm和925nm，如图6a所示，按照其余各激光器组和指定位置之间的距离，激光器组61可以输出波长为925nm的激光光束，激光器组62可以输出波长为895nm的激光光束，激光器组63可以输出波长为865nm的激光光束，激光器组65可以输出波长为880nm的激光光束，激光器组66可以输出波长为910nm的激光光束。

在具体实施中，为了增加激光器在竖直方向上的排布紧密度，如图6b所示，与图6a相比，图6中各激光器组采用交错排列的方式进行排布，各激光器组中激光器可以以线形阵列排布(图未示)，从而缩小竖直方向上各激光器组之间的间隔，使线数更加密集。

如图6b所示的实施例中，一个激光器组的多个波长相同的激光器设置在同一安装板(如印刷线路板，PBC)上，多个激光器组的激光器安装板在竖直方向上排列，每个激光器安装板上的多个激光器也在竖直方向排列成线列。为便于激光器封装，每个激光器安装板上在激光器线列的上下边缘均设有非发光区。若如图6a所示，多个激光器芯片在竖直方向排列在同一直线上，难以在竖直方向上达到最高的发光密度。因此，在本实施例中，如图6b所示，将各激光器组一一交错排布，激光器安装板的非发光区与另一激光器安装板的发光区在水平方向重叠，从而提高竖直方向上的发光区密度，有利于增大激光雷达的垂直角分辨率。

作为优选，同一安装板上的多个激光器可朝向不同竖直角度装配，以增大激光雷达的垂直视场角。激光器的发光方向本发明不做限定。

在一示例中，如图7所示，在激光器安装板71上设置有激光器或激光器组，从而形成发光区711和不包括激光器的非发光区712，在相邻的激光器安装板72上也设置有激光器或激光器组，从而形成包括激光器的发光区721和不包括激光器的非发光区722；激光器安装板71和72沿垂直于纸面方向发射激光光束，则将激光器安装板71上非发光区与激光器安装板72的非光区在平行于纸面的方向上进行重叠，从而在垂直于纸面的出光方向上，两个激光器安装板的发光区间距大大缩小。

在具体实施中，不同激光器组可以采用以下至少一种方式输出不同波长的激光光束：

1)通过设置发射不同波长的激光光束的激光器，确保进行同时发射的多个激光器中的发光单元发出的激光光束的波长不同。

例如，参考图1，激光器111、113～11n为同一激光器组，激光器112为另一激光器组，为了便于描述，以激光器111、113～11n为第一激光器组，激光器112为第二激光器组。在第一激光器组(即激光器111、113～11n)中设置发射λ1波长的激光光束的发光单元，在第二激光器组(即激光器112)中设置发射λ2波长的激光光束的发光单元。

又例如，参考图2，激光器111～11n分别为不同激光器组，为了便于描述，以激光器111为第一激光器组，激光器112为第二激光器组，以此类推，激光器11n为第二激光器组。第一激光器组(即激光器111)中设置发射λ1波长的激光光束的发光单元，在第二激光器组(即激光器112)中设置发射λ2波长的激光光束的发光单元……在第n激光器组(即激光器11n)中设置发射λn波长的激光光束的发光单元。

2)采用波长转换器，将各激光器中发光单元发射的激光光束的波长转换至对应激光器所需的波长，确保进行同时发射的多个激光器中的发光单元发出的激光光束的波长不同。

采用波长转换器的方案中，各激光器的发光单元发射的激光光束的波长可以相同，即同时发射的多个激光器中的发光单元发出的激光光束的波长相同。采用这样的方案，无需在一个激光雷达中装配多种不同波长的激光器，有利于降低生产成本。波长转换器与激光器的对应关系由激光器实际采用的排列方式，例如，若激光器组中各激光器按照线性阵列排布，则为了降低成本缩小空间，可以一个激光器组对应一个波长转换器；若激光器组中各激光器与其他激光器组中的激光器按照交错排列方式排布，则为了不混淆激光光束，一个激光器对应一个波长转换器。

结合上述激光雷达发射部分的描述，以下对激光雷达接收部分进行描述。

在具体实施中，由于探测器接收的回波光束的波长与对应激光器的波长匹配，因此，在激光器的波长间距大于所述激光器随温度变化的波长偏移误差时，对应的探测器获取的激光光束之间的波长间距大于激光器随温度变化的波长偏移误差。不同波长之间的波长间距的设置方式可以具体参照激光雷达发射部分的相关描述，在此不再赘述。

在具体实施中，所述接收模组可以包括滤波器，所述滤波器使所述入射光中与对应激光器的波长匹配的激光光束透过。此外，所述探测器包括一个或多个探测单元，适于对滤波器传递的激光光束进行光电信号转换。

在一示例中，如图8所示，接收模组80可以包括滤波器81和设置于基板83上的探测器82，入射光8A经过滤波器81时，滤波器81使所述入射光8A中与对应激光器的波长匹配的激光光束透过，如图8中波长为λ的激光光束透过滤波器81，射入探测器82。探测器82对波长为λ的激光光束进行光电信号转换，从而得到相应的电信号，用于后续的数据处理。

可选地，接收模组中可以包括光阑，光阑设置于接收焦平面，沿光路下游在光阑后设置各探测器，光阑可以过滤入射光中不符合指定方向的光束，滤波器则可以使所述入射光与对应激光器的波长匹配的激光光束透过，从而能够降低噪声，提高信噪比。

在具体实施中，由发射部分相关内容可知，发射模组输出的波长具有温度漂移的特性，即温度越高，发射模组实际输出的波长越长；温度越低，发射模组实际输出的波长越短。若滤波器的滤波带通过窄，则温度偏移后的激光光束的波长超出可以带通范围，被滤波器当作干扰信号滤除，从而降低激光点云数据采集效率。为了避免温度偏移对探测器的影响，所述滤波器的滤波带宽可以根据对应的激光器的波长和所述波长随温度偏移误差设置。由此确保激光器输出的波长随温度发生偏移后，接受通道仍然可以透传对应激光器波长偏移后的激光光束。

例如，波长随温度偏移误差为12.2nm，激光器的波长为850nm，则滤波器的中心波长为850nm，滤波器的滤波带宽为15nm，换而言之，能够透过滤波器的激光光束的波长范围为：[850-7.5，850+7.5]nm，若激光器输出的激光光束的波长的偏移范围在[850-7.5，850+7.5]区间内，则滤波器仍然可以将入射光中对应激光器偏移后的激光光束透传至探测装置。

在一实施例中，多个激光器的波长差与所述激光雷达的接收模组中滤波器的带宽满足如下关系：

|λ1-λ2|≥λ₀±Δλ，

式中，λ1和λ2分别为所述激光器的第一波长和第二波长，λ₀为滤波器的滤波带宽，Δλ为激光器的光谱宽度。

在具体实施中，所述探测器可以包括一个或多个探测单元，探测单元可以为以下至少一种类型：

1)单光子雪崩光电二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)；

2)雪崩光电二极管(Avalanche Photo Diode，APD)。

根据实际需求，可以选择不同类型的探测单元，且激光器包含的探测单元的数量与探测单元的类型有关。例如，由于单个SPAD体积较小，一个激光器中可以包含多个SPAD形成的SPAD阵列，通过同时激活SPAD阵列中多个SPAD进行光电转换；又例如，单个APD光敏面较大，一个激光器中可以包含一个APD。

在具体实施中，多个探测器的探测装置可以按照规则的排列方式排布，也可以按照不规则的排列方式排布，例如，多个探测装置按照线性阵列排布或者按照矩阵阵列排布，从而得到探测装置阵列；又例如，多个探测装置按照竖直方向中间距离密、两端疏的不规则排列方式排布。并且，多个探测装置可以按照固定间距进行排列，也可以按照不固定间距进行排列。本说明书对于多个探测装置的排布不做设定。

可选地，存在对应关系的激光器中的发光单元与探测器中的探测单元采用相同的排列方式。并且，光源在激光器中的相对位置与探测装置在探测器中的相对位置一致，光源和探测装置可以一对一，也可以一对多。本说明书实施例对此不做限制。

在具体实施中，所述发射模组中的部分激光器可以发射相同波长的激光光束，相应地，所述接收模组中的部分探测器对应的波长相同，为了便于探测器的管理，避免激活对应相同波长的探测器进行同时接收，可以对接收模组中的探测器进行分组，所述接收模组可以包括多个探测器组，所述探测器组可以包括至少一个探测器，各所述探测器组分别从所述入射光中获取与对应激光器的波长匹配的激光光束，所述探测器组中的探测器不同时接收。

其中，各探测器组内的探测器可以采用轮巡的方式，依照次序激活并接收激光光束。

在具体实施中，所述探测器组的数量基于所述激光雷达单次同时发射的最高线束数量确定，其中，确定激光雷达单次同时发射的最高线束数量的方式可参考发射部分相关内容，在此不再赘述。并且，由于激光器组的数量也是基于所述激光雷达单次同时发射的最高线束数量确定，因此，激光器组的数量与探测器组的数量相同。

在具体实施中，同一探测器组中的探测器的排列方式可以包括：

1)按照线性阵列排布。具体可参考图3和图6a～6b，在此不再赘述。

2)按照矩形阵列排布。具体可参考图4和图5，在此不再赘述。

可以理解的是，上述实施例仅为示例说明，在实际应用中，本说明书所述的探测器的排列方式可以结合具体情景，合理地进行交叉选用。

在具体实施中，如图9所示，为一种激光雷达的结构示意图，在激光雷达90中，包括上述任一种激光雷达的发射模组91、上述任一种激光雷达的接收模组92、以及控制器93，其中：所述控制器93可以控制所述发射模组91中的一个或多个激光器发射，并控制所述接收模组92对应的一个或多个探测器接收。激光雷达的发射模组和接收模组的内容可参考上述相关部分的描述，在此不再赘述。

其中，所述激光器在所述发射模组91的相对排布位置与对应探测器在所述接收模组92的相对排布位置一致。

可以理解的是，上文描述了本说明书提供的多个实施例方案，各实施例方案介绍的各可选方式可在不冲突的情况下相互结合、交叉引用，从而延伸出多种可能的实施例方案，这些均可认为是本说明书披露、公开的实施例方案。

本说明书还提供了与上述激光雷达对应的控制方法，以下参照附图，通过具体实施例进行详细介绍。需要知道的是，下文描述的控制方法的内容，可与上文描述的激光雷达的内容相互对应参照。

参照图10所示的本说明书实施例中一种激光雷达的探测方法的流程图，所述发射模组控制方法可应用于上述任一种所述的激光雷达，在本说明书实施例中，所述激光雷达的探测方法可以包括：

A1)基于各所述激光器对应的波长及位置信息，按照预设的发射控制时序，控制激光器发光，以确保同时发射的激光器可发出不同波长的激光光束；

A2)控制所述接收模组中每个探测器接收与对应激光器的波长匹配的入射光。

具体的，步骤A1)可进一步包括

A11)获取所述发射模组中各激光器对应的波长及位置信息。

其中，所述位置信息可以包括：各激光器在激光雷达硬件上与控制器连接的地址信息，所述地址信息可以通过激光器与控制器连接的管脚进行表征。

A12)基于各所述激光器对应的波长及位置信息，按照预设的通道发射控制时序，生成发射控制指令，输出至所述发射模组，以控制同时发射的多个激光器发出的激光光束波长不同。

在激光雷达装调过程中，发射模组与接收模组可以进行对光操作，从而确定激光器的通道发射控制时序，确保相应时刻激活正确的激光器。

相应地，参照图11所示，步骤A2)可进一步包括：

A21)获取所述接收模组中各探测器与所述激光雷达的激光器的选址对应关系。

在激光雷达装调过程中，发射模组与接收模组可以进行对光操作，从而确定激光器与探测器的对应关系。并根据激光雷达的硬件结构，可以确定各探测器在激光雷达硬件上与控制器连接的地址信息，所述地址信息可以通过探测器与控制器连接的管脚进行表征。通过建立激光器与对应的探测器在地址信息上的关联，可以得到选址对应关系，便于后续生成接收控制指令。

A22)基于同时发射的激光器和所述选址对应关系，生成接收控制指令，输出至所述接收模组，以控制所述接收模组同时接收入射光，并从所述入射光中获取与对应激光器的波长匹配的激光光束。

在实际应用中，发射控制指令可以控制发射模组中的一个或多个激光器激活，在多个激光器进行同时发射时，发射控制指令确保同时发射的多个激光器发出的激光光束波长不同。在激活多个激光器时，相应地，通过接收控制指令可以激活对应的探测器进行同时接收，激活的探测器可以从所述入射光中获取与对应激光器的波长匹配的激光光束。

由上述方案可知，通过同时发射的激光器输出不同波长的激光光束，可以使探测器接收的入射光中包含不同波长的回波光束，通过匹配波长，能够从入射光中获取对应激光器的激光光束，从而避免同时激活的探测器之间的串扰，并能够降低外界环境光带来的干扰噪声，从而提高多个探测器之间的抗干扰能力，有效保障激光雷达的信号接收性能，并且可以减少处理干扰信号的需求，从而降低激光雷达的硬件设计难度和软件控制难度。

在具体实施中，为了便于激光器的管理，避免波长相同的激光器激活进行同时发射，可以对发射模组中的激光器进行分组，由此，所述步骤A12)可以包括：

A121)基于各所述激光器对应的波长，确定属于同一组的激光器，得到多个激光器组。

A122)根据激光器的标识信息，选取一个激光器，或从两个以上所述激光器组中分别选取一个激光器，输出所述发射控制指令，以控制所选择的激光器输出激光光束。在具体实施中，由上述相关部分可知，同一激光器组中的激光器的排列方式可以包括：

1)按照线性阵列排布；

2)按照矩形阵列排布。

同样地，由上述相关部分可知，同一探测器组中的探测器的排列方式可以包括：

1)按照线性阵列排布；

2)按照矩形阵列排布。

可以理解的是，上文描述了本说明书提供的多个实施例方案，各实施例方案介绍的各可选方式可在不冲突的情况下相互结合、交叉引用，从而延伸出多种可能的实施例方案，这些均可认为是本说明书披露、公开的实施例方案。

本说明书实施例还提供一种激光雷达，可以包括存储器和控制器，其中，存储器适于存储一条或多条计算机可执行指令；控制器适于调用所述存储器中的一条或多条计算机可执行指令，以执行上述任一种方法的步骤。

在具体实施中，所述激光雷达还可以包括通信接口，通过通信接口所述激光雷达可以与其他装置进行通信连接。所述其他装置可以包括：服务器、终端、显示装置等。

虽然本说明书实施例披露如上，但本说明书实施例并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本说明书实施例的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本说明书实施例的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (17)

1.一种激光雷达的发射模组，其特征在于，包括：多个激光器，所述多个激光器向外界发射不同角度的光束，所述激光器的发光波长包括第一波长和第二波长，适于同时发光的激光器具备不同的发光波长，其中，波长相同的多个激光器构成一个激光器组，所述激光器组的数量基于所述激光雷达同时发射的最高线束数量确定，且不同波长之间的波长间距大于所述发射模组随温度变化的波长最大漂移误差，所述波长最大的漂移误差由一定温度下的波长温度漂移和光谱宽度决定。

2.根据权利要求1所述的激光雷达的发射模组，其特征在于，同一激光器组中的激光器不同时发射。

3.根据权利要求1所述的激光雷达的发射模组，其特征在于，所述激光器包括一个或多个发光单元，适于发出激光光束，同时发射的多个激光器的波长不同。

4.根据权利要求1所述的激光雷达的发射模组，其特征在于，所述激光器包括：一个或多个发光单元和波长转换器，其中：

所述波长转换器，适于将所述发光单元发射的激光光束的波长转换至对应激光器所需的波长。

5.根据权利要求1所述的激光雷达的发射模组，其特征在于，多个激光器的排列方式包括：

按照线性阵列排布；

按照矩形阵列排布。

6.根据权利要求1所述的激光雷达的发射模组，其特征在于，各激光器的波长与所述激光器和指定位置之间的距离正相关，所述指定位置位于与所述激光雷达的水平中轴线垂直的平面。

7.根据权利要求6所述的激光雷达的发射模组，其特征在于，靠近所述指定位置的激光器的波长，低于相对远离所述指定位置的激光器的波长。

8.根据权利要求1所述的激光雷达的发射模组，其特征在于，所述多个激光器的波长差与所述激光器的波长随温度偏移误差满足如下关系：

|λ1-λ2|≥α·ΔT+Δλ，

式中，λ1和λ2分别为所述激光器的第一波长和第二波长，α为所述激光器的温度漂移系数，ΔT为所述激光器工作过程最大温差，Δλ为所述激光器的光谱宽度。

9.根据权利要求1所述的激光雷达的发射模组，其特征在于，所述多个激光器的波长差与所述激光雷达的接收模组中滤波器的带宽满足如下关系：

|λ1-λ2|≥λ₀±Δλ，

式中，λ1和λ2分别为所述激光器的第一波长和第二波长，λ₀为所述滤波器的滤波带宽，Δλ为所述激光器的光谱宽度。

10.一种激光雷达的接收模组，其特征在于，包括：多个探测器，每个探测器适于接收权利要求1-9任一项所述的发射模组中对应的激光器发出的激光光束被目标物反射的回波光束。

11.根据权利要求10所述的激光雷达的接收模组，其特征在于，所述接收模组还包括滤波器，所述滤波器使入射光中与对应激光器的波长相同的激光光束透过。

12.根据权利要求11所述的激光雷达的接收模组，其特征在于，所述滤波器的滤波带宽根据对应的激光器的波长和波长最大漂移误差设置。

13.根据权利要求10所述的激光雷达的接收模组，其特征在于，所述探测器的排列方式包括：

按照线性阵列排布；

按照矩形阵列排布。

14.一种激光雷达，其特征在于，包括上述权利要求1-9任一项所述的激光雷达的发射模组、上述权利要求10-13任一项所述的激光雷达的接收模组、以及控制器，其中：

所述控制器，适于控制激光器中的一个或多个发射激光光束，并控制探测器对应的一个或多个接收所述激光光束被目标物反射的回波光束。

15.根据权利要求14所述的激光雷达，其特征在于，所述激光器在所述发射模组的相对排布位置与对应探测器在所述接收模组的相对排布位置一致。

16.一种激光雷达的探测方法，其特征在于，应用于上述权利要求14-15任一项所述的激光雷达，所述探测方法包括：

A1)基于各所述激光器对应的波长及位置信息，按照预设的发射控制时序，控制激光器发光，以确保同时发射的激光器能发出不同波长的激光光束；

A2)控制所述接收模组中每个探测器接收与对应激光器的波长匹配的入射光。

17.一种激光雷达，其特征在于，包括：

存储器，适于存储一条或多条计算机可执行指令；

控制器，适于调用所述存储器中的一条或多条计算机可执行指令，以执行如权利要求16所述的方法步骤。

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