CN112835012A - 三维激光雷达探测装置及方法 - Google Patents

三维激光雷达探测装置及方法 Download PDF

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CN112835012A CN201911154595.5A CN201911154595A CN112835012A CN 112835012 A CN112835012 A CN 112835012A CN 201911154595 A CN201911154595 A CN 201911154595A CN 112835012 A CN112835012 A CN 112835012A
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Abstract

本发明实施例提供了一种激光雷达探测装置及方法。该装置包括:发射单元、一维MEMS扫描单元、接收单元和控制单元；一维MEMS扫描单元分别与发射单元和接收单元光路连接，控制单元分别与发射单元、一维MEMS扫描单元和接收单元电连接；发射单元，用于在控制单元的控制下发射调制激光信号；一维MEMS扫描单元，用于在控制单元的控制下将调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描；接收单元，用于接收预设探测区域内被测目标反射回的调制激光信号，并将反射回的调制激光信号转换为电信号；控制单元，用于接收并处理电信号以获得被测目标的距离信息。本发明的装置能够提高探测稳定性、取得更好的探测效果且降低装置成本。

Description

三维激光雷达探测装置及方法
技术领域
本发明实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种三维激光雷达探测装置及方法。
背景技术
激光雷达是通过发射激光束探测目标的速度、位置等特征量的雷达系统。随着激光雷达技术的迅速发展，激光雷达的应用市场和规模也日益扩大。
传统的三维激光雷达通常利用多组光电器件进行堆叠来获得预设探测区域的目标位置，即在预设探测区域内设置多组对应的激光器和探测器，将上述激光器和探测器进行拼接以完成对被测目标的激光扫描，通过对被测目标返回的激光信号的接收和处理获得被测目标的距离等信息。
然而，在扫描过程中由于对拼接的多组发射器和探测器的时序控制较难把握，且系统装调难度较高，因此现有技术中通过拼接的多组发射器和探测器来完成预设探测区域内被测目标的探测，存在探测稳定性不够高，探测效果不够好且装置成本较高的问题。
发明内容
本发明实施例提供一种三维激光雷达探测装置及方法，用以解决三维激光雷达中通过拼接的多组发射器和探测器来完成目标探测时探测稳定性不够高、探测效果不够好且装置成本较高的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供一种三维激光雷达探测装置，包括：
发射单元、一维MEMS(Microelectro Mechanical System)扫描单元、接收单元和控制单元；
所述一维MEMS扫描单元分别与所述发射单元和所述接收单元光路连接，所述控制单元分别与所述发射单元、所述一维MEMS扫描单元、所述接收单元电连接；
所述发射单元，用于在所述控制单元的控制下发射调制激光信号；
所述一维MEMS扫描单元，用于在所述控制单元的控制下将所述调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描；
所述接收单元，用于接收所述预设探测区域内被测目标反射回的调制激光信号，并将所述反射回的调制激光信号转换为电信号；
所述控制单元，用于接收并处理所述电信号以获得所述被测目标的距离信息。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测装置，还包括：旋转单元、基座和出光窗口；
所述发射单元，所述一维MEMS扫描单元和所述接收单元分别固定设置在所述旋转单元上方；所述旋转单元固定设置在所述基座的上方；所述出光窗口扣设在所述基座上；
所述旋转单元与所述控制单元电连接，所述旋转单元，用于在所述控制单元的控制下进行水平旋转。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测装置，所述一维MEMS扫描单元包括：
角度设置模块，用于设置所述一维MEMS扫描单元最大机械偏转角度α的范围，以使所述调制激光经所述一维MEMS扫描单元上位最大转角位置后与水平方向夹角不大于0°。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测装置，所述一维MEMS扫描单元最大机械偏转角度α的范围为1.5°≤α≤25°。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测装置，所述发射单元，具体用于在所述控制单元的控制下每个预设时间段发射对应频率的调制激光信号；
所述一维MEMS扫描单元，具体用于在所述控制单元的控制下将各对应频率的调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射,以形成对应区域的调制激光信号,所述所有对应频率的调制激光信号对应的区域为N个，N个区域内的角度分辨率分别为θ1，θ2，……，θN，且θ1<θ2……<θN。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测装置，所述三维激光雷达N个区域对应的垂直方向视场角W的取值范围为0°＜W＜90°。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测装置，所述角度分辨率θi满足0.05°≤θi≤6°。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测装置，所述接收单元包括：接收镜组和APD；
所述APD位于所述接收镜组焦平面上。
第二方面，本发明实施例提供一种三维激光雷达探测方法，包括：
发射单元在所述控制单元的控制下发射调制激光信号；
一维MEMS扫描单元在所述控制单元的控制下将所述调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描；
接收单元接收所述预设探测区域内被测目标反射回的调制激光信号，并将所述反射回的调制激光信号转换为电信号；
所述控制单元接收并处理所述电信号以获得所述被测目标的距离信息。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测方法，所述发射单元在控制单元的控制下发射调制激光信号，包括：
旋转单元在所述控制单元的控制下进行水平旋转。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测方法，在所述一维MEMS扫描单元用于所述控制单元的控制下将所述调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描前，还包括：
设置所述一维MEMS扫描单元最大机械偏转角度α的范围，以使所述调制激光经所述一维MEMS扫描单元上位最大转角位置后与水平方向夹角不大于0°。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测方法，所述一维MEMS扫描单元最大机械偏转角度α的范围为1.5°≤α≤25°。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测方法，所述发射单元在控制单元的控制下发射调制激光信号，包括；
发射单元在所述控制单元的控制下每个预设时间段发射对应频率的调制激光信号；
所述一维MEMS扫描单元在所述控制单元的控制下将所述调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描，包括：
所述一维MEMS扫描单元在所述控制单元的控制下将各对应频率的调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射,以形成对应区域的调制激光信号,所述所有对应频率的调制激光信号对应的区域为N个，N个区域内的角度分辨率分别为θ1，θ2，……，θN，且θ1<θ2……<θN。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测方法，N个区域对应的垂直方向视场角W的取值范围为0°＜W＜90°。
进一步地，如上所述的三维激光雷达探测方法，所述角度分辨率θi满足0.05°≤θi≤6°。
本发明实施例提供的三维激光雷达探测装置及方法，包括:发射单元、一维MEMS扫描单元、接收单元和控制单元；所述一维MEMS扫描单元分别与所述发射单元和所述接收单元光路连接，所述控制单元分别与所述发射单元、所述一维MEMS扫描单元、所述接收单元电连接；所述发射单元，用于在所述控制单元的控制下发射调制激光信号；所述一维MEMS扫描单元，用于在所述控制单元的控制下将所述调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描；所述接收单元，用于接收所述预设探测区域内被测目标反射回的调制激光信号，并将所述反射回的调制激光信号转换为电信号；所述控制单元，用于接收并处理所述电信号以获得所述被测目标的距离信息。本发明实施例通过控制单元控制发射单元发射调制激光信号，一维MEMS扫描单元将调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，接收单元接收被测目标返回的调制激光信号并将其转换为电信号，控制单元对该电信号进行处理得到被测目标的距离。由于使用一维MEMS扫描单元代替了堆叠的多组激光器和探测器，因此，三维激光雷达探测装置的探测稳定性得到提高，探测效果更好，且装置的成本降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的三维激光雷达探测装置的内部结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的三维激光雷达探测装置的外观结构示意图；
图3为本发明实施例三提供的三维激光雷达探测装置发射单元的结构示意图；
图4为本发明实施例四提供的三维激光雷达探测装置接收单元的结构示意图；
图5为本发明实施例五提供的三维激光雷达扫描光束排布示意图；
图6为本发明实施例六提供的三维激光雷达探测方法的流程示意图；
图7为本发明实施例七提供的三维激光雷达探测方法的流程示意图。
附图标记说明：
100：三维激光雷达探测装置；101：发射单元；1011：半导体激光器；1012：驱动单元；1013：整形单元；102：一维MEMS扫描单元；103：接收单元；1031：接收镜组；1032：APD；104：控制单元；105：旋转单元；106：基座；107：出光窗口；200：调制激光光束；201：上视场；2011：最上端光线；202：中视场；203：下视场；2032：最下端光线。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例一提供的三维激光雷达探测装置的内部结构示意图，如图1所示，该三维激光雷达探测装置包括：发射单元101，一维MEMS扫描单元102，接收单元103，控制单元104。
其中，一维MEMS扫描单元102分别与发射单元101和接收单元103光路连接，控制单元102分别与发射单元101、一维MEMS扫描单元102和接收单元103电连接。
本实施例中，发射单元101，用于在控制单元104的控制下发射调制激光信号。
具体地，发射单元101是指能够产生调制激光信号的单元。该发射单元101在产生调制激光信号的过程中，通过控制单元104发射时序脉冲控制信号对原始调制激光信号的频率进行控制，以得到具有不同频率的调制激光信号。
本实施例中，一维MEMS扫描单元102，用于在控制单元104的控制下将调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描；
具体地，一维MEMS扫描单元102，可以是一维MEMS微镜，该微镜采用光学MEMS技术制造，将微光反射镜与MEMS驱动器集成在一起形成光学MEMS器件。一维MEMS扫描单元102可以在水平或垂直方向进行振动，即实现一维视场角的水平或垂直方向的扫描，本实施例中通过控制单元104发送的时序脉冲控制信号设置一维MEMS扫描单元在垂直于水平面的垂直方向进行振动，在振动的过程中对接收的调制激光信号进行反射，以完成对垂直方向视场角的扫描。该垂直方向视场角是指一维MEMS扫描单元反射的调制激光信号与水平面的夹角。
本实施例中，接收单元103，用于接收预设探测区域内被测目标反射回的调制激光信号，并将反射回的调制激光信号转换为电信号。
具体地，接收单元103是指对预设探测区域内被测目标反射回的调制激光信号进行汇聚接收，并将汇聚接收的光信号转换为电信号的单元。接收单元103可以包括光学接收组件和APD(雪崩式光电二极管)以及放大器，其中，光学组件对被测目标反射回的调制激光信号进行汇聚接收，APD将接收的调制激光信号转化为光电流信号，放大器将光电流信号进行放大以便于后续计算处理。
本实施例中，控制单元104，用于接收并处理电信号以获得被测目标的距离信息。
具体地，控制单元104可以包括时刻鉴别电路和计时处理电路，其中时刻鉴别电路根据接收单元输出的电信号得到被测目标返回的调制激光信号到达接收单元的时刻，并产生到达时刻的回波信号；计时处理电路根据发射单元发射调制激光信号的发射时刻和接收单元接收调制激光信号的到达时刻的差值计算被测目标的距离。
本发明实施例通过控制单元控制发射单元发射调制激光信号，一维MEMS扫描单元将调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，接收单元接收被测目标返回的调制激光信号并将其转换为电信号，控制单元对该电信号进行处理得到被测目标的距离。由于使用一维MEMS扫描单元代替了堆叠的多组激光器和探测器，因此，三维激光雷达探测装置的探测稳定性得到提高，探测效果更好，且装置的成本降低。
图2为本发明实施例二提供的三维激光雷达探测装置的外观结构示意图，如图2所示，本实施例提供的三维激光雷达探测装置在图1所示实施例的基础上,该三维激光雷达探测装置还包括：基座106和出光窗口107，此外，如图1所示，该三维激光雷达探测装置100还包括旋转单元105。
其中，发射单元101，一维MEMS扫描单元102和接收单元103分别固定设置在旋转单元105上方；旋转单元105固定设置在基座106的上方；出光窗口107扣设在基座106上。
具体地，本实施例中，发射单元101，一维MEMS扫描单元102和接收单元103可以通过螺纹连接或卡扣连接等固定连接方式装配在旋转单元105上。例如：可以采用螺栓与螺纹孔的固定连接方式将发射单元101，一维MEMS扫描单元102和接收单元103固定安装在旋转单元105上。对于上述固定连接方式此处不做限定，只要满足旋转单元105在水平转动过程中带动发射单元101，一维MEMS扫描单元102和接收单元103相应转动即可。旋转单元105同样可以通过螺纹连接或卡扣连接等固定连接方式固定安装在基座106的上方，基座106对旋转单元起到固定支撑的作用。出光窗口107可以扣设在基座106的密封圈(图中未示出)上，与密封圈紧密结合以形成一个密闭空间，以使得三维激光雷达探测装置内部可以防水、防尘，进而提高装置的使用寿命。需要说明的是，出光窗口107的顶部与侧部可拆卸。
可选地，旋转单元105与控制单元104电连接，旋转单元105，用于在控制单元104的控制下进行水平旋转。
具体地，本实施例中，旋转单元105可以是电机，其与控制单元104电连接。控制单元104通过对旋转单元105下发控制信号来控制其在水平面上进行360°转动，相应地，发射单元101、一维MEMS扫描单元102和接收单元103也随旋转单元105转动。在转动过程中，一维MEMS扫描单元102接收发射单元101发射的调制激光信号并对其进行反射，反射后的调制激光信号通过出光窗口107的侧壁射出并照射在预设探测区域内，以完成对预设探测区域的水平方向视场角的扫描。同时，结合图1的说明可知，一维MEMS扫描单元102通过自身的振动可完成垂直方向视场角的扫描。因此，一维MEMS扫描单元102能够实现对预设探测区域水平和垂直方向的扫描。
本发明实施例采用固定连接的方式将发射单元，一维MEMS扫描单元和接收单元固定安装在旋转单元上，该固定连接方式易拆卸、方便更换，维护成本低，且发射单元、一维MEMS扫描单元和接收单元在随旋转单元转动的过程中能够完成对预设探测区域的水平视场角的扫描。
需要说明的是，上述固定连接方式也可以是焊接方式，采用该方式的优点是安装结构力学性能好，但不易拆卸造成维护成本高，实际使用中可根据需求选择适应的固定连接方式进行安装。
图3为本发明实施例三提供的三维激光雷达探测装置发射单元的结构示意图，如图3所示，发射单元101包括：半导体激光器1011，驱动单元1012和整形单元1013。其中，半导体激光器1011位于驱动单元1012和整形单元1013中间，且与驱动单元1012和整形单元1013固定连接。具体地，半导体激光器1011在驱动单元1012的驱动下产生原始调制激光信号，该原始调制激光信号经过整形单元1031的整形后，得到调制激光信号。
图4为本发明实施例四提供的三维激光雷达探测装置接收单元的结构示意图。如图4所示，接收单元103包括：接收镜组1031和APD 1032以及放大器(图中未示出)。其中，APD1032位于接收镜组1031的后方，一维MEMS扫描单元102与接收镜组1031光路连接。
可选地，一维MEMS扫描单元102包括：角度设置模块，用于设置一维MEMS扫描单元最大机械偏转角度α的范围，以使调制激光经一维MEMS扫描单元上位最大转角位置后与水平方向夹角不大于0°。
可选地，一维MEMS扫描单元102最大机械偏转角度α的范围为1.5°≤α≤25°。
具体地，图4提供的实施例中，一维MEMS扫描单元102在垂直方向的振动频率范围为500Hz(赫兹)～30KHZ(千赫兹)，通过对其最大机械偏转角度α的设置可以使得调制激光信号经一维MEMS扫描单元102反射后的最上端光线与水平方向的夹角小于或等于0°，也即垂直方向的视场角位于水平面以下。如图5所示，图5示意性地给出了三维激光雷达扫描光束排布图，图中调制激光反射后的最上端光线位于水平面或水平面以下。本实施例中，最大机械偏转角度α的范围为1.5°≤α≤25°，其中最大机械偏转角度α是一维MEMS扫描单元相对于其安装点所转动的角度。
可选地，发射单元101，具体用于在控制单元的控制下每个预设时间段发射对应频率的调制激光信号；一维MEMS扫描单元102，具体用于在控制单元的控制下将各对应频率的调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射,以形成对应区域的调制激光信号,所有对应频率的调制激光信号对应的区域为N个，N个区域内的角度分辨率分别为θ1，θ2，……，θN，且θ1<θ2……<θN。
具体地，图3-图4提供的实施例中，控制单元104通过向驱动单元1012下发时序脉冲控制信号来控制半导体激光器1011在不同的预设时间段内发射对应频率的原始调制激光信号，该原始调制激光信号的频率范围为20KHz～1.6MHz(兆赫兹)。上述原始调制激光信号经过整形单元1013的整形后得到调制激光信号。一维MEMS扫描单元102接收该调制激光信号并在垂直于水平面方向对其进行反射，如图2和图5所示，反射后的调制激光信号通过出光窗口107照射在预设探测区域内，每个预设时间段内发射的对应频率的调制激光信号对应预设探测区域的一个子区域，因此可以得到每个子区域内的角度分辨率。假设一维MEMS扫描单元102在某个位置时，反射的调制激光信号的参考向量为R，在一个扫描周期内，半导体激光器1011发射原始调制激光信号N次，经过整形后，得到N个调制激光信号，上述N个调制激光信号随着一维MEMS扫描单元102的振动在一维MEMS扫描单元102上对应有N条反射光线，记为N1,N2,……,NN，上述N条反射光线与参考向量R的夹角分别记为B1,B2,……,BN，BN＝α.cos(2πftN)，其中，f为一维MEMS扫描单元的扫描频率，α为最大机械偏转角度，tN为半导体激光器发射激光的任意时刻，则预设探测区域的N个子区域的角度分辨率为Ni＝|BN-BN-1|，1≤i≤N。
例如，图5中，三维激光雷达探测装置100的垂直方向视场角W由反射后的调制激光光束200的最上端光线2011和最下端光线2032构成，最上端光线2011沿水平方向出射，通过在三个不同的预设时间段内发射不同频率的调制激光可以将W划分为三个子区域，分别是上视场201、中视场202以及下视场203。假设w＝85.5°，则最下端光线2032与垂直基准线之间的夹角为4.5°。上视场201的视场角大小为w1＝7.5°，主要用于测量远距离的物体信息，测量范围约为100米～200米，其对应的角度分辨率为θ1＝0.3°。中视场202的视场角大小为w2＝14°，主要用于测量中等距离的物体信息，测量范围约为50米～100米，其对应的角度分辨率为θ2＝1°。下视场203的视场角大小为w3＝64°，主要用于测量近距离的物体信息，测量范围约为0米～50米，其对应的角度分辨率为θ3＝4°。
或者，假设w＝45°，则最下端光线2032与垂直基准线之间的夹角为45°。上视场201的视场角大小为w1＝10°，主要用于测量远距离的物体信息，测量范围约为100米～200米，其对应的角度分辨率为θ1＝0.15°。中视场202的视场角大小为w2＝15°，主要用于测量中等距离的物体信息，测量范围约为50米～100米，其对应的角度分辨率为θ2＝2°。下视场203的视场角大小为w3＝20°，主要用于测量近距离的物体信息，测量范围约为0米～50米，其对应的角度分辨率为θ3＝3°。
又或者，假设w＝2.5°，则最下端光线2032与垂直基准线之间的夹角为87.5°。上视场201的视场角大小为w1＝0.5°，主要用于测量远距离的物体信息，测量范围约为100米～200米，其对应的角度分辨率为θ1＝0.05°。中视场202的视场角大小为w2＝0.8°，主要用于测量中等距离的物体信息，测量范围约为50米～100米，其对应的角度分辨率为θ2＝0.1°。下视场203的视场角大小为w3＝1.2°，主要用于测量近距离的物体信息，测量范围约为0米～50米，其对应的角度分辨率为θ3＝0.15°。
需要说明的是，上视场、中视场和下视场的测量范围可以通过调节激光雷达的安装高度以及垂直方向视场角W与水平方向的夹角来实现。
可选地，N个区域对应的垂直方向视场角W的取值范围为0°＜W＜90°。
具体地，图5提供的实施例中，三维激光雷达垂直方向视场角W即激光雷达探测装置100能够探测的垂直方向的角度范围，该W的取值范围为0°＜W＜90°，由于W的下限可以接近0°，因此可以减小三维激光雷达探测下视场的盲区。
可选地，所述角度分辨率θi满足0.05°≤θi≤6°。
具体地，图5提供的实施例中，三维激光雷达垂直方向的角度分辨率θ是指照射在探测区域内调制激光的两条光线之间的夹角，该角度分辨率θi的取值范围为0.05°≤θi≤6°，其中，i的取值范围为1≤i≤N，且i为正整数。
可选地，接收单元103包括：接收镜组1031和APD 1032；APD 1032位于接收镜组1031焦平面上。
具体地，如图4所示，APD位于接收镜组1031的焦平面上，接收镜组1031接收被测目标反射回的调制激光信号以使反射回的调制激光信号汇聚到APD 1032上，接收镜组1031可以是一块非球面镜，也可以是至少两块球面镜，且两块球面镜共轴连接。APD 1032将上述反射回的调制激光信号转换为光电流信号，并将其输入至放大器，放大器将光电流信号转变为电压信号，该放大器可以为跨阻放大器，此处不做限定。如图2所示，控制单元104对跨阻放大器输出的电压信号进行后续处理，该控制单元104包括时刻鉴别电路(图中未示出)和计时电路(图中未示出)，时刻鉴别电路对跨阻放大器输出的电压信号进行鉴别，确定被测目标反射回来的调制激光信号到达APD1032的时刻，并产生到达时刻的回波信号。时刻鉴别主要有三种方式：前沿时刻鉴别、恒定比值时刻鉴别和高通时刻鉴别，此处不做限制。计时电路根据被测目标反射回来的调制激光信号到达APD 1032的时刻与半导体激光器1011发射的原始调制激光信号的发射时刻的差值计算被测目标的距离。
如图3-图5提供的本发明的实施例，通过旋转单元的水平转动和控制单元控制发射单元在不同的预设时间段内发射对应频率的调制激光信号以及一维MEMS扫描单元将各对应频率的调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射,以形成具有不同角度分辨率的区域，且距离三维激光雷达探测装置越远的远端区域角度分辨率越小，因此，远端区域内的被测目标能够接受并反射更多的调制激光信号，使得控制单元能够根据上述反射的更多的调制激光信号计算被测目标的距离，由此获得更好的探测效果。此外，由于使用一维MEMS扫描单元代替了堆叠的多组激光器和探测器，因此，提高了三维激光雷达探测装置的探测稳定性，降低了装置的成本。
图6为本发明实施例六提供的三维激光雷达探测方法的流程示意图，如图6所示，本实施例提供的三维激光雷达探测方法，包括以下步骤：
步骤101，发射单元在控制单元的控制下发射调制激光信号。
步骤102，一维MEMS扫描单元在控制单元的控制下将调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描。
步骤103，接收单元接收预设探测区域内被测目标反射回的调制激光信号，并将反射回的调制激光信号转换为电信号。
步骤104，控制单元接收并处理电信号以获得被测目标的距离信息。
本实施例提供的激光雷达探测方法与图1所示的三维激光雷达探测装置相对应，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
图7为本发明实施例七提供的三维激光雷达探测方法的流程示意图，本实施例在三维激光雷达探测方法实施例六的基础上，对其进行细化。
进一步地，如图1和2所示，本实施例提供的三维激光雷达探测方法，使用该方法的装置还包括：旋转单元，基座和出光窗口，则本实施例提供的方法包括以下步骤：
步骤200，旋转单元在控制单元的控制下进行水平旋转。
步骤201，发射单元在控制单元的控制下发射调制激光信号。
可选地，发射单元在控制单元的控制下每个预设时间段发射对应频率的调制激光信号。需要说明的是，步骤200和步骤201可以同步执行，没有先后顺序。
步骤202，设置一维MEMS扫描单元最大机械偏转角度α的范围。
具体地，将一维MEMS扫描单元最大机械偏转角度α的范围设置为1.5°≤α≤25°。
步骤203，一维MEMS扫描单元在控制单元的控制下将调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描。
具体地，本实施例中，一维MEMS扫描单元在控制单元的控制下将各对应频率的调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射,以形成对应区域的调制激光信号,所有对应频率的调制激光信号对应的区域为N个，N个区域内的角度分辨率分别为θ1，θ2，……，θN，且θ1<θ2……<θN。
可选地，N个区域对应的垂直方向视场角W的取值范围为0°＜W＜90°。
可选地，所述角度分辨率θi满足0.05°≤θi≤6°。
步骤204，接收单元接收预设探测区域内被测目标反射回的调制激光信号，并将反射回的调制激光信号转换为电信号。
步骤205，控制单元接收并处理电信号以获得被测目标的距离信息。
本实施例提供的三维激光雷达探测方法与图3-图5中所示的三维激光雷达探测装置相对应，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。
在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种三维激光雷达探测装置，其特征在于，包括：发射单元、一维MEMS扫描单元、接收单元和控制单元；
所述一维MEMS扫描单元分别与所述发射单元和所述接收单元光路连接，所述控制单元分别与所述发射单元、所述一维MEMS扫描单元、所述接收单元电连接；
所述发射单元，用于在所述控制单元的控制下发射调制激光信号；
所述一维MEMS扫描单元，用于在所述控制单元的控制下将所述调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描；
所述接收单元，用于接收所述预设探测区域内被测目标反射回的调制激光信号，并将所述反射回的调制激光信号转换为电信号；
所述控制单元，用于接收并处理所述电信号以获得所述被测目标的距离信息。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括：旋转单元、基座和出光窗口；
所述发射单元，所述一维MEMS扫描单元和所述接收单元分别固定设置在所述旋转单元上方；所述旋转单元固定设置在所述基座的上方；所述出光窗口扣设在所述基座上；
所述旋转单元与所述控制单元电连接，所述旋转单元，用于在所述控制单元的控制下进行水平旋转。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述一维MEMS扫描单元包括：
角度设置模块，用于设置所述一维MEMS扫描单元最大机械偏转角度α的范围，以使所述调制激光经所述一维MEMS扫描单元上位最大转角位置后与水平方向夹角不大于0°。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述一维MEMS扫描单元最大机械偏转角度α的范围为1.5°≤α≤25°。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述发射单元，具体用于在所述控制单元的控制下每个预设时间段发射对应频率的调制激光信号；
所述一维MEMS扫描单元，具体用于在所述控制单元的控制下将各对应频率的调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射,以形成对应区域的调制激光信号,所述所有对应频率的调制激光信号对应的区域为N个，N个区域内的角度分辨率分别为θ1，θ2，……，θN，且θ1<θ2……<θN。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，N个区域对应的垂直方向视场角W的取值范围为0°＜W＜90°。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述角度分辨率θi满足0.05°≤θi≤6°。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述接收单元包括：接收镜组和APD；
所述APD位于所述接收镜组焦平面上。
9.一种三维激光雷达探测方法，其特征在于，包括：
发射单元在所述控制单元的控制下发射调制激光信号；
一维MEMS扫描单元在所述控制单元的控制下将所述调制激光信号在垂直于水平面方向进行反射，完成预设探测区域的垂直方向的激光扫描；
接收单元接收所述预设探测区域内被测目标反射回的调制激光信号，并将所述反射回的调制激光信号转换为电信号；
所述控制单元接收并处理所述电信号以获得所述被测目标的距离信息。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发射单元在控制单元的控制下发射调制激光信号，包括：
旋转单元在所述控制单元的控制下进行水平旋转。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113820720A (zh) * 2021-11-22 2021-12-21 成都星宇融科电力电子股份有限公司 基于多参考基点的三维激光中心测距方法、系统及终端

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002311155A (ja) * 2001-04-13 2002-10-23 Rikogaku Shinkokai 探査レーダおよび探査方法
CN106772407A (zh) * 2016-12-02 2017-05-31 深圳市镭神智能系统有限公司 基于mems微镜扫描的激光雷达系统
CN107219532A (zh) * 2017-06-29 2017-09-29 西安知微传感技术有限公司 基于mems微扫描镜的三维激光雷达及测距方法
CN107643516A (zh) * 2017-09-27 2018-01-30 北京因泰立科技有限公司 一种基于mems微镜的三维扫描激光雷达
CN207457508U (zh) * 2017-08-08 2018-06-05 上海禾赛光电科技有限公司 基于二维扫描振镜的激光雷达系统
CN108279420A (zh) * 2018-02-07 2018-07-13 北京大学 同步获取地物信息的激光扫描多维近距遥感系统及方法
CN208013431U (zh) * 2018-03-01 2018-10-26 深圳市镭神智能系统有限公司 一种激光雷达
CN109116367A (zh) * 2018-06-27 2019-01-01 上海禾赛光电科技有限公司 一种激光雷达
CN109444855A (zh) * 2018-12-29 2019-03-08 森思泰克河北科技有限公司 激光雷达及其扫描方法
CN109565497A (zh) * 2016-09-28 2019-04-02 华为技术有限公司 环境感知方法以及基站
CN109884610A (zh) * 2019-03-14 2019-06-14 深圳市镭神智能系统有限公司 一种激光雷达扫描方法和激光雷达

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002311155A (ja) * 2001-04-13 2002-10-23 Rikogaku Shinkokai 探査レーダおよび探査方法
CN109565497A (zh) * 2016-09-28 2019-04-02 华为技术有限公司 环境感知方法以及基站
CN106772407A (zh) * 2016-12-02 2017-05-31 深圳市镭神智能系统有限公司 基于mems微镜扫描的激光雷达系统
CN107219532A (zh) * 2017-06-29 2017-09-29 西安知微传感技术有限公司 基于mems微扫描镜的三维激光雷达及测距方法
CN207457508U (zh) * 2017-08-08 2018-06-05 上海禾赛光电科技有限公司 基于二维扫描振镜的激光雷达系统
CN107643516A (zh) * 2017-09-27 2018-01-30 北京因泰立科技有限公司 一种基于mems微镜的三维扫描激光雷达
CN108279420A (zh) * 2018-02-07 2018-07-13 北京大学 同步获取地物信息的激光扫描多维近距遥感系统及方法
CN208013431U (zh) * 2018-03-01 2018-10-26 深圳市镭神智能系统有限公司 一种激光雷达
CN109116367A (zh) * 2018-06-27 2019-01-01 上海禾赛光电科技有限公司 一种激光雷达
CN109444855A (zh) * 2018-12-29 2019-03-08 森思泰克河北科技有限公司 激光雷达及其扫描方法
CN109884610A (zh) * 2019-03-14 2019-06-14 深圳市镭神智能系统有限公司 一种激光雷达扫描方法和激光雷达

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113820720A (zh) * 2021-11-22 2021-12-21 成都星宇融科电力电子股份有限公司 基于多参考基点的三维激光中心测距方法、系统及终端
CN113820720B (zh) * 2021-11-22 2022-01-25 成都星宇融科电力电子股份有限公司 基于多参考基点的三维激光中心测距方法、系统及终端

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