CN112805595B - 一种激光雷达系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光雷达系统。激光雷达系统包括出射模块(100)、发射光学系统(200)、探测模块(300)和信号处理模块(400)。出射模块(100)产生并发射调制频率不同的多个出射激光信号。发射光学系统(200)将每一出射激光信号按照其对应的扫描角范围射向探测区域，使得所述多个出射激光信号出射后照亮整个所述探测区域。探测模块(300)接收并将所述多个反射激光信号分别转换成反射电信号。信号处理模块(400)根据接收到的每一反射电信号获取一相位偏移量，根据每一相位偏移量计算出与之对应的出射激光信号的测距值，从而实现利用调制频率较高的出射激光信号对近场探测区域进行探测，以及利用调制频率较低的出射激光信号对远场探测区域进行探测，实现具有较高的近场测距精度和较远的测距能力。

Description

一种激光雷达系统

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。

背景技术

这里的陈述仅提供与本申请有关的背景信息，而不必然地构成现有技术。

激光雷达是通过发射特定波长和方向的激光以实现对目标的位置、速度等特征信息探测的系统。按照激光雷达的光源出射方式的不同，现有的激光雷达大致可以分为两大类：扫描式和非扫描式，其中非扫描式雷达主要是指flash(闪光)雷达。

Flash雷达的主要优点是发射系统没有任何机械运动且能够快速记录整个探测场景，得到探测目标距离信息的同时可以得到灰度级的成像信息，避免在扫描过程中由于目标或激光雷达自身移动带来的干扰。但是，基于连续波测相的Flash激光雷达的测距能力受到出射模块的参数影响，这就导致系统无法得到较好的测距效果。

发明内容

基于此，有必要针对雷达系统因受出射模块的参数影响而无法得到较好的测距效果的问题，提供一种激光雷达系统。

本申请提供了一种激光雷达系统，包括：

出射模块，用于产生并发射调制频率不同的多个出射激光信号，且所述多个出射激光信号均为调频连续波；

发射光学系统，用于将每一所述出射激光信号按照其对应的扫描角范围射向探测区域，使得所述多个出射激光信号出射后照亮整个所述探测区域，其中所述扫描角范围指所述出射激光信号出射后覆盖的水平方向和竖直方向的角度范围；

探测模块，用于接收多个反射激光信号，并将所述多个反射激光信号分别转换成反射电信号，其中所述反射激光信号为所述出射激光信号被探测区域内的物体反射后返回的激光信号；以及

信号处理模块，用于接收所述多个反射电信号，根据每一所述反射电信号获取与之对应的所述出射激光信号和所述反射激光信号的相位偏移量，根据每一所述相位偏移量计算出测距值。

在其中一个实施例中，所述出射模块分时出射所述多个出射激光信号，或者，所述出射模块同时出射所述多个出射激光信号。

在其中一个实施例中，所述出射模块同时出射所述多个出射激光信号，所述多个出射激光信号对应的所述扫描角范围均不相同。

在其中一个实施例中，所述出射模块包括：

调制器，用于产生一级调制信号；

分频器，用于对所述一级调制信号进行分频处理，产生调制频率不同的多个二级调制信号，并分别发送；以及

发射阵列，所述发射阵列包括多个光源，划分为多个出射区域，每一所述出射区域对应接收一所述二级调制信号，并通过所述二级调制信号调制后发射由多个调制频率相同的所述出射激光信号组成的激光信号束。

在其中一个实施例中，每一所述出射区域的光源同时发射所述出射激光信号。

在其中一个实施例中，多个所述出射区域分时发射所述激光信号束，或者，多个所述出射模块同时发射所述激光信号束。

在其中一个实施例中，所述发射阵列包括LED光源和/或VCSEL光源。

在其中一个实施例中，位于同一所述出射区域中的光源相同，均为LED光源或均为VCSEL光源。

在其中一个实施例中，当所述发射阵列包括LED光源时，所述激光雷达系统还包括第一驱动电路，所述第一驱动电路与所述LED光源电连接，用于驱动所述LED光源发光；

当所述发射阵列包括VCSEL光源时，所述激光雷达系统还包括第二驱动电路，用于驱动所述VCSEL光源发光。

在其中一个实施例中，多个所述调制频率中，最小调制频率为f，其它调制频率均为f的整数倍。

在其中一个实施例中，所述发射光学系统包括多个发射光学子系统，所述发射光学子系统与所述出射区域一一对应。

在其中一个实施例中，所述发射光学子系统将与之对应的所述出射区域发射的所述激光信号束朝向不同的所述扫描角范围；多个所述激光信号束的所述扫描角范围拼接后覆盖整个所述探测区域。

在其中一个实施例中，所述发射光学子系统将与之对应的所述出射区域发射的所述激光信号束朝向整个所述探测区域。

在其中一个实施例中，所述激光雷达系统还包括接收光学系统，所述接收光学系统用于接收所述反射激光信号，并对所述反射激光信号进行会聚和整形处理，以使所述反射激光信号的光斑尺寸适应所述探测模块的接收面尺寸。

在其中一个实施例中，所述接收光学系统包括聚焦镜和整形镜，所述聚焦镜用于会聚所述反射激光信号，所述整形镜用于对会聚后的所述反射激光信号进行整形处理。

在其中一个实施例中，所述探测模块包括探测阵列，所述探测阵列包括多个探测器，用于接收所述反射激光信号，并将所述反射激光信号转换成所述反射电信号。

在其中一个实施例中，所述探测器均为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。

在其中一个实施例中，所述探测模块还包括读出阵列，包括多个读出电路，所述读出电路与所述探测器一一对应，用于放大所述反射电信号，并对放大后的所述反射电信号进行降噪处理，得到放大降噪后的反射电信号，并发送给所述信号处理模块。

在其中一个实施例中，对应于同一所述激光信号的所述相位偏移量和所述测距值的关系为

其中，所述d为根据所述出射激光信号对应的测距值，c为光速，f为所述出射激光信号的调制频率，为所述相位偏移量。

上述激光雷达系统中，通过出射模块产生并发射调制频率不同的多个出射激光信号，然后通过发射光学系统将每一所述出射激光信号按照其对应的扫描角范围射向探测区域，使得出射激光信号出射后照亮整个所述探测区域，因此可实现利用调制频率较高的出射激光信号对近场的探测区域进行探测，以获得较高的近场探测区域的测距精度，同时利用调制频率较低的出射激光信号对远场的探测区域进行探测，以获得较大的激光雷达系统的测距量程，从而解决了激光雷达系统中测距精度和测距量程之间的制约关系，激光雷达系统同时具有较高的近场测距精度和较远的测距能力，消除单一的调制频率对测距效果的影响。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种激光雷达系统的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的一种激光雷达的工作模式示意图。

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。

请一并参见图1和图2，本申请实施例提供了一种激光雷达系统，所述激光雷达系统包括出射模块100、发射光学系统200、探测模块300和信号处理模块400。

所述出射模块100用于产生并发射调制频率不同的多个出射激光信号，且多个所述出射激光信号均为调频连续波。

所述发射光学系统200用于将每一所述出射激光信号按照其对应的扫描角范围射向探测区域，使得多个所述出射激光信号出射后照亮整个所述探测区域，其中所述扫描角范围指所述出射激光信号出射后覆盖的水平方向和竖直方向的角度范围。

所述探测模块300用于接收多个反射激光信号，并将多个所述反射激光信号分别转换成反射电信号，其中所述反射激光信号为所述出射激光信号被探测区域内的物体反射后返回的激光信号。

所述信号处理模块400用于接收多个所述反射电信号，根据每一所述反射电信号获取与之对应的所述出射激光信号和所述反射激光信号的相位偏移量，根据每一所述相位偏移量计算出测距值。

可以理解，基于连续波相位测量的falsh激光雷达相比于传统的脉冲TOF测距方案，具有更高的理论精度。根据其测距原理，测距精度与SNR(Signal to Noise Ratio，信噪比)和调制频率有直接关联。在信噪比一定的情况下，调制频率越高，测距量程越小；相反的，可以分辨的相位差异越小，测距精度越高。其中测距精度的公示表达为：

其中，σ为测距精度，Δd为测距量程，SNR为信噪比，c为光速，λ为出射激光信号的波长，f为出射激光信号的调制频率；σ值越小，所述激光雷达系统的测距精度越高。在光源选择合适功率的情况下，激光雷达系统的设计针对近场的探测需要，选择较高的调制频率，得到的测距精度较高，理论上室外环境下可以达到毫米量级，完全能够满足人脸识别甚至精细辨别精度要求；激光雷达系统的设计针对远场的探测需要，选择较低的调制频率，得到的测距量程较大，使其理论测距量程可以覆盖远场的测距需要。

因此，本实施例中通过出射模块100产生并发射调制频率不同的多个出射激光信号，并通过发射光学系统200将每一出射激光信号按照其对应的扫描角范围射向探测区域，使得多个激光信号出射后照亮整个探测区域；因此可实现利用调制频率较高的出射激光信号对近场的探测区域进行探测，以获得较高的近场探测区域的测距精度，同时利用调制频率较低的出射激光信号对远场的探测区域进行探测，以获得较大的激光雷达系统的测距量程，从而解决了激光雷达系统中测距精度和测距量程之间的制约关系，激光雷达系统同时具有较高的近场测距精度和较远的测距能力，以消除单一的调制频率对测距效果的制约和影响。

在其中一个实施例中，所述出射模块100分时出射多个所述出射激光信号，或者，所述出射模块同时出射多个所述出射激光信号。可以理解，多个出射激光信号，可以按照预设顺序分时出射至对应的扫描角范围，也可以同时出射至对应的扫描角范围。

在其中一个实施例中，所述出射模块100包括发射阵列110、调制器120和分频器130，请参见图3。

所述调制器120用于产生一级调制信号。

所述分频器130用于对所述一级调制信号进行分频处理，产生调制频率不同的多个二级调制信号，并分别发送。

所述发射阵列110包括多个光源，划分为多个出射区域111，每一所述出射区域111对应接收一所述二级调制信号，并通过所述二级调制信号调制后发射调制频率相同的多个所述出射激光信号，组成激光信号束。

本实施例中，通过所述调制器120产生一级调制信号，该一级调制信号中为调制信号波。该一级调制信号经过分频器130分频处理后，产生多个二级调制信号，每一二级调制信号对应一个调制频率，多个二级调制信号的调制频率不同。每一出射区域对应接收一二级调制信号，即该出射区域111的光源均由相同的二级调制信号调制后产生并发射出射激光信号；该出射区域111的光源通过二级调制信号调制后发射的调制频率相同的出射激光信号，组成激光信号束，即每一个激光信号束所包含的出射激光信号的调制频率相同；因此，每个出射区域111对应一个二级调制信号，同时也对应发射一个调制频率的激光信号束。发射阵列划分为多个出射区域111，每个出射区域111对应一个二级调制信号，即每个出射区域111的调制频率均不同，发射阵列110能够发射多个具有不同调制频率的激光信号束。此外，出射模块100还可以包括多个调制器120，调制器120与出射区域111一一对应，直接向与之对应的出射区域发送一级调制信号进行调制，形成激光信号束。由激光测距原理可知，测距量程与所述出射激光信号的调制频率成反比，因此通过所述二级调制信号调制后的出射激光能够达到的量程也不同。例如，多个所述二级调制信号的调制频率分别为f₀、1.3f₀、1.5f₀、1.8f₀、2f₀...等时，对应的出射激光信号的测量量程分别为S₀、S₀/1.3、S₀/1.5、S₀/1.8、S₀/2…等，后续激光雷达系统可通过将不同测量量程内获取的图像信息进行图像拼接，形成具有纵深的图像。

在其中一个实施例中，每一所述出射区域的光源同时发射所述出射激光信号。可以理解，位于同一出射区域的光源同时发射出射激光信号，使具有相同调制频率的激光信号束，能够同时发射并射向对应的视场角范围进行探测；并且，控制和驱动位于同一出射区域的光源同时开启或关闭，有利于简化发射电路设计。

在其中一个实施例中，多个所述出射区域分时发射所述激光信号束，或者，多个所述出射区域同时发射所述激光信号束。可以理解，每一二级调制信号对应一个调制频率，因此多个出射区域分别出射的激光信号束的调制频率均不相同，其分别能够达到的探测距离也不相同，因此无论是同时发射还是分时发射，都能使得激光雷达系统同时具有较高的近场测距精度和较远的测距能力，以消除单一的调制频率对测距效果的制约和影响。

在其中一个实施例中，多个所述出射区域的发射能量密度随对应的所述二级调制信号的调制频率减小而增大。工作过程中，激光雷达系统的出射功率必须足够大以保证有足够的光子到达远场的探测区域内的目标后返回到探测器能够被探测到。若发射阵列中的光源出射功率相同且排列均匀，使整个发射阵列的发射能量密度相同，为了满足远场的探测需求，发射阵列均需要发射较高的能量密度，即发射阵列需以较大的出射功率工作；这就导致近场的能量实际上是冗余的，增加了激光雷达系统的成本，降低了使用寿命。而本实施例中，对应的所述二级调制信号的调制频率较小时，所述出射区域发射的出射激光信号的探测距离越远，通过控制该出射区域具有较大的发射能量密度，以保证有足够的光子到达远场的探测区域内的目标后返回到探测器能够被探测到。当对应的所述二级调制信号的调制频率较大时，所述出射区域发射的出射激光信号的探测距离越近，对出射区域的发射能量密度要求也较低，通过控制该出射区域的发射能量密度，以达到在实现近场测量的同时，降低发射阵列的出射功率，以及改善发射阵列中的热集聚效应对光源量子效应的恶化。

具体结构中，可通过多种设计以实现对应于较小调制频率的二级调制信号的出射区域具有较高的发射能量密度，以及对应于较大调制频率的二级调制信号的出射区域具有较小的发射能量密度。例如：

方案一，如图3所示，所述发射阵列110包括多个所述出射区域111，因此可单独控制每一所述出射区域111的出射功率，例如，增大与远场探测区域对应的所述出射区域111中的光源的出射功率，降低与近场探测区域对应的所述出射区域111中的光源的出射功率，从而降低激光雷达系统的总功率，改善因热集聚效应致使光源量子化效率恶化的问题，进而提高了激光雷达系统的寿命。

方案二，在使用同一光源形成所述发射阵列时，出射区域内光源的排列密度越大，所述出射区域的发射能量密度越大，因此可通过单独设置每一出射区域中光源的排列密度，来改变所述出射区域的发射能量密度。例如，增大与远场探测区域对应的所述出射区域111中的光源的排列密度，降低与近场探测区域对应的所述出射区域111中的光源的排列密度，以保证有足够的光子到达远场的探测区域内的目标后返回到探测器能够被探测到，同时降低激光雷达系统的总功率。

方案三，不同类型的光源其发光特性也不相同，因此可通过为每一出射区域111单独选择一个或多个类型的光源，进而改变出射区域的发射能量密度。例如，VCSEL(VerticalCavity Surface Emitting Laser，垂直腔面发射激光器)光源和LED(Light EmittingDiode，发光二极管)光源均具有光特性较好、光束集中且能量密度高等优点，且其中VCSEL光源的发光特性更优，因此在与具有较小的调制频率的二级调制信号对应的出射区域内，可通过采用VCSEL和/或LED光源来提高该出射区域内的发射能量密度，具体可通过改变同一出射区域内的VCSEL光源和LED光源的数量比来改变该出射区域的发射能量密度。此外，VCSEL光源还具有响应速率快的优点，因此多适用于需要较高测距精度和空间分辨率的探测区域、或者对能量分布要求较高的特殊探测视场范围等。而LED光源还具有驱动电路设计难度低、硬件系统简单和成本低等优点，一定程度上可以兼顾性能和成本，一般多用于较远距离的探测区域或视场角范围较大的探测区域，例如实现较远探测距离的系统设计时，可优先考虑兼顾性价比的LED光源。当然也可以将以上两种光源配合使用，兼顾各自的优势和实际的系统性能需求。

在其中一个实施例中，位于同一所述出射区域111中的光源相同，均为LED光源或均为VCSEL光源。可以理解，由于LED光源和VCSEL光源的响应速度不同，因此需要不同的驱动电路进行驱动，而当同一所述出射区域111中的光源均为LED光源或均为VCSEL光源时，只需要使用一个驱动电路对该出射区域111中的光源进行驱动，有利于简化硬件设计。

在其中一个实施例中，当所述发射阵列110包括LED光源时，所述激光雷达系统还包括第一驱动电路，所述第一驱动电路与所述LED光源电连接，用于驱动所述LED光源发光；当所述发射阵列110包括VCSEL光源时，所述激光雷达系统还包括第二驱动电路，用于驱动所述VCSEL光源发光。可以理解，由于LED光源和VCSEL光源的响应速度不同、驱动电路不同，当所述发射阵列110中同时包括LED光源和VCSEL光源时，通过第一驱动电路驱动所述LED光源，以及通过第二驱动电路驱动所述VCSEL光源，可通过设置相应参数分别控制并调制VCSEL光源和所述LED光源发射出射激光信号，使发射阵列的控制更为准确，避免在发射模块引入误差。

在其中一个实施例中，多个所述调制频率中，最小调制频率为f，其它调制频率均为f的整数倍。本实施例中，激光雷达系统根据需要实现的最远测距能力选择合适的调制频率如f1，使其量程覆盖最远测距指标。根据确定的调制频率f1，同时设定系统的其它的几个调制频率，如f2，f3，....，f2和f3等这些调制频率相应的均为f1的整数倍，这样选择调制频率可降低系统硬件设计、频率加载和实时输入的复杂性，同时有利于降低不同频率的反射激光信号之间的串扰。

例如，激光雷达系统的出射模块100包括一个5×4的发射阵列，根据不同的测距能力要求，不同行的光源的二级调制信号的调制频率不同。假设第三行光源需要探测的距离S₀最远，此时第三行光源对应的二级调制信号的调制频率最低，即为f₀，第二行和第四行光源对应的二级调制信号的调制频率为2f₀，第一行和第五行光源对应的二级调制信号的调制频率为3f₀，则探测距离分别为S₀/2、S₀/3，使得调制得到的出射激光信号的理论测距量程可以覆盖系统整个探测区域内的测距要求。该激光雷达系统工作时，发射阵列110中的光源可以一次性出射将整个探测视场区域同时照亮，也可以逐行开启以扫描相应的视场区域。相应的，多个所述激光信号束的所述扫描角范围拼接后覆盖整个所述探测区域时，不同频率的反射激光信号被接收后各自解调，最后拼接得到完整的探测区域的空间点云信息。

在其中一个实施例中，所述出射模块还包括准直镜140，所述准直镜140与所述出射区域111一一对应，用于准直与之对应的所述出射区域发射的所述出射激光信号。本实施例中，用于准直所述出射激光信号的准直镜为透射式准直镜，一般采用一个准直透镜或者多个透镜组成的准直透镜组。所述出射激光信号在经过所述准直镜准直后，再通过所述发射光学系统200入射到所述探测区域内的物体上。

在其中一个实施例中，所述发射光学系统200包括多个发射光学子系统210，所述发射光学子系统210与所述出射区域一一对应。每一发射光学子系统210将与之对应的出射区域发射的激光信号束按照其对应的预设扫描角范围出射至探测区域。可以理解，每一出射区域发射的激光信号束，通过对应的发射光学子系统以预设扫描角范围射向探测区域，使发射阵列的多个出射区域发射的激光信号束，能够覆盖整个探测区域；且每个出射区域的发射能量密度和调制频率不同使得其探测性能不同，发射光学子系统将调制频率低、发射能量密度高的出射区域发射的激光信号束射向需要远场探测的扫描角范围，将调制频率高、发射能量密度低的出射区域发射的激光信号束射向需要近场探测的扫描角范围，使整个激光雷达系统具有较高的近场测距精度和较远的测距能力，同时降低整个激光雷达系统的能耗。

在其中一个实施例中，所述发射光学子系统210将与之对应的所述出射区域111发射的所述激光信号束朝向不同的所述扫描角范围；多个所述激光信号束的所述扫描角范围拼接后覆盖整个所述探测区域。例如，激光雷达系统的出射模块100包括一个5×4的发射阵列，激光雷达系统的探测视场角为40°×50°。通过设计合理的光学系统，每一行为一个出射区域，每一出射区域的光源负责一部分视场区域如40°×10°，即每一出射区域的扫描角范围均为40°×10°，使得这个发射阵列出射的5个激光信号束分别对应的扫描角范围拼接后覆盖探测视场角为40°×50°的探测区域。

此外，根据不同区域的测距能力要求，不同行的光源的调制频率不同。假设激光雷达系统对中心视场区域的探测要求最高，需要探测的距离最远，此时该中心视场区域对应的光源的调制频率最低为f₀，其余各行的光源根据对应视场区域的测距能力要求，确定调制频率为f₀的某整数倍的调制信号，使得调制得到的出射激光信号的理论测距量程可以覆盖系统在该视场区域的测距要求。

在其中一个实施例中，所述发射光学子系统将与之对应的所述出射区域发射的所述激光信号束朝向整个所述探测区域。例如，对于上述实施例中的5×4的发射阵列来说，通过设计合理的光学系统，每一行为一个出射区域，每一出射区域的扫描角范围均为40°×50°。当每个出射区域发生的激光信号束的扫描角范围均为整个视场角时，所述发射光学子系统将需要与之对应的所述出射区域发射的所述激光信号束朝向整个所述探测区域，以实现在不同测距范围内对整个探测区域的探测，以及提高近场探测区域的测距精度。

在其中一个实施例中，所述发射光学系统为整体式发射光学系统。本实施例中，多个所述出射区域发射激光信号束，并通过整体式发射光学系统发射到探测区域中对应的扫描角范围。

在其中一个实施例中，所述整体式发射光学系统将所述出射区域发射的所述激光信号束朝向不同的所述扫描角范围；多个所述激光信号束的所述扫描角范围拼接后覆盖整个所述探测区域。

在其中一个实施例中，所述激光雷达系统还包括接收光学系统500，所述接收光学系统500用于接收所述反射激光信号，并对所述反射激光信号进行会聚和整形处理，以使所述反射激光信号的光斑尺寸适应所述探测模块300的接收面尺寸。

在其中一个实施例中，所述接收光学系统500包括聚焦镜510和整形镜520，所述聚焦镜510用于会聚所述反射激光信号，所述整形镜520用于对会聚后的所述反射激光信号进行整形处理。本实施例中，所述聚焦镜510对反射激光信号进行会聚，会聚后的反射激光信号经过所述整形镜520整形处理，使得所述反射激光信号的光斑尺寸适应所述探测模块300的接收面尺寸，提高探测模块对反射激光信号的能量利用率；且反射激光信号以近似平面波的形式直接照射在接收模块的表面，以消除因探测区域不同和照度不同导致的像素点的差异，从而提高成像质量。

在其中一个实施例中，所述探测模块300包括探测阵列310，所述探测阵列310包括多个探测器，用于接收所述反射激光信号，并将所述反射激光信号转换成所述反射电信号。

在其中一个实施例中，所述探测器为CCD图像传感器或CMOS图像传感器。可以理解，由于CCD图像传感器有体积小、重量轻、分辨率高、灵敏度高、动态范围宽、光敏元的几何精度高、光谱响应范围宽、工作电压低、功耗小、寿命长、抗震性和抗冲击性好、不受电磁场干扰和可靠性高等一系列优点，因此可采用CCD图像传感器形成所述探测阵列310。CMOS图像传感器也具有上述图像传感器CCD图像传感器的优点，此外CMOS图像传感器还具有生成成本低、读出速率快等优点，因此也可以采用CMOS图像传感器形成所述探测阵列310。此外，还可以采用光电二极管、光电倍增管等光敏元件作为探测器，以形成所述探测阵列310。

在其中一个实施例中，所述探测模块300还包括读出阵列320，所述读出阵列320包括多个读出电路，所述读出电路与所述探测器一一对应，用于放大所述反射电信号，并对放大后的所述反射电信号进行降噪处理，得到放大降噪后的反射电信号，并发送给所述信号处理模块400。本实施例中，所述读出电路为ADC(Analog-to-Digital Converter，模数转化器)读出电路，因为ADC读出电路具有低功耗、电路设计简单等优点，因而更适合行列化的集成。可以理解，CCD图像传感器或CMOS图像传感器工作时，在光电转换、信号电荷存储和转移过程中都会产生噪声，噪声叠加在信号电荷上，形成对信号的干扰，降低了实际检测到的反射电信号精度，本实施例通过ADC读出电路可以在不损失图像细节的同时，让反射电信号随目标亮度线性变化，并同时尽可能降低各类噪声信号，提高反射电信号的信噪比。

上述任一实施例提供的激光雷达系统，其基本工作原理为：所述出射激光信号与所述反射激光信号的相位偏移量，与探测区域内的物体和所述探测模块300的距离(即出射信号的测距值)成正比，因此可根据所述相位偏移量计算所述探测区域内的物体的绝对距离。

假设调频连续波的出射激光信号为正弦波，其调制频率为f，根据所述相位偏移量计算所述出射激光信号的测距值的关系为

其中，所述d为所述出射激光信号的测距值，c为光速，为相位偏移量。

综上，本申请实施例提供的激光雷达系统中，通过出射模块100产生并发射调制频率不同的多个出射激光信号，并通过发射光学系统200将每一所述出射激光信号按照其对应的扫描角范围射向探测区域，使得所述多个出射激光信号出射后照亮整个所述探测区域，因此可实现利用频率较高的出射激光信号对近场探测区域进行探测，以提高近场探测区域的测距精度，以及利用频率较低的出射激光信号对远场探测区域进行探测，以提高雷达系统的测距量程，从而解决了flash激光雷达系统中测距精度和测距量程之间的制约关系，实现具有较高的近场测距精度和较远的测距能力。

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：

出射模块，用于产生并发射调制频率不同的多个出射激光信号，且多个所述出射激光信号均为调频连续波；

发射光学系统，用于将每一所述出射激光信号按照其对应的扫描角范围射向探测区域，使得多个所述出射激光信号出射后照亮整个所述探测区域，其中所述扫描角范围指所述出射激光信号出射后覆盖的水平方向和竖直方向的角度范围；

探测模块，用于接收多个反射激光信号，并将多个所述反射激光信号分别转换成反射电信号，其中所述反射激光信号为所述出射激光信号被探测区域内的物体反射后返回的激光信号；以及

信号处理模块，用于接收多个所述反射电信号，根据每一所述反射电信号获取与之对应的所述出射激光信号和所述反射激光信号的相位偏移量，根据每一所述相位偏移量计算出测距值；

所述出射模块包括：

调制器，用于产生一级调制信号；

分频器，用于对所述一级调制信号进行分频处理，产生调制频率不同的多个二级调制信号，并分别发送；以及

发射阵列，所述发射阵列包括多个光源，划分为多个出射区域，每一所述出射区域对应接收一所述二级调制信号，并通过所述二级调制信号调制后发射调制频率相同的多个所述出射激光信号，组成激光信号束；调制频率较高的出射激光信号用于对近场的探测区域进行探测，调制频率较低的出射激光信号用于对远场的探测区域进行探测。

2.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述出射模块分时出射多个所述出射激光信号，或者，所述出射模块同时出射多个所述出射激光信号。

3.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，每一所述出射区域的光源同时发射所述出射激光信号。

4.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，多个所述出射区域分时发射所述激光信号束，或者，多个所述出射区域同时发射所述激光信号束。

5.如权利要求1-4任一权项所述的激光雷达系统，其特征在于，多个所述出射区域的发射能量密度随对应的所述二级调制信号的调制频率减小而增大。

6.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，多个所述调制频率中，最小调制频率为f，其它调制频率均为f的整数倍。

7.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射光学系统包括多个发射光学子系统，所述发射光学子系统与所述出射区域一一对应。

8.如权利要求7所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射光学子系统将与之对应的所述出射区域发射的所述激光信号束朝向不同的所述扫描角范围；多个所述激光信号束的所述扫描角范围拼接后覆盖整个所述探测区域。

9.如权利要求7所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射光学子系统将与之对应的所述出射区域发射的所述激光信号束朝向整个所述探测区域。

10.如权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述发射阵列包括LED光源和/或VCSEL光源，位于同一所述出射区域中的光源相同，均为所述LED光源或均为所述VCSEL光源，通过改变同一所述出射区域内的VCSEL光源和LED光源的数量比来改变该出射区域的发射能量密度。