CN114814883A - 一种雷达系统和车辆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达系统和车辆，其中雷达系统TOF雷达模块，被配置为发射第一激光光束；FMCW雷达模块，被配置为发射第二激光光束，第一激光光束和第二激光光束的波长不同；扫描模块，分别与TOF雷达模块和FMCW雷达模块连接，扫描模块用于将第一激光光束和第二激光光束进行合束处理，输出合束激光光束，第一激光光束和第二激光光束对应的扫描轨迹重合，并且将合束激光光束到达障碍物表面反射回的与第一激光光束波长对应的第一回波光束输入至TOF雷达模块，与第二激光光束波长对应的第二回波光束输入至FMCW雷达模块。因此，本发明实施例能够实现通过一套扫描单元来实现TOF雷达和FMCW雷达的扫描。

Description

一种雷达系统和车辆

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种雷达系统和车辆。

背景技术

激光雷达(LiDAR)是一种通过脉冲激光照射目标来测量目标距离或速度的设备。目前，在车辆中可以使用激光雷达来探测和回避障碍物，提高车辆行驶的安全性。

现有技术中的车辆中安装有TOF(Time of flight，飞行时间)雷达，和FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave，调频连续波)雷达，但每个雷达的扫描单元一般都是独立的，两套独立的扫描单元使得系统结构冗余复杂。

发明内容

本发明提供了一种雷达系统和车辆，以实现通过一套扫描单元来实现TOF雷达和FMCW雷达的扫描。

为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种雷达系统，包括：TOF雷达模块、FMCW雷达模块和扫描模块；

所述TOF雷达模块，被配置为发射第一激光光束；

所述FMCW雷达模块，被配置为发射第二激光光束，所述第一激光光束和所述第二激光光束的波长不同；

所述扫描模块，分别与所述TOF雷达模块和所述FMCW雷达模块连接，所述扫描模块用于将所述第一激光光束和所述第二激光光束进行合束处理，输出合束激光光束，所述第一激光光束和所述第二激光光束对应的扫描轨迹重合，并且将所述合束激光光束到达障碍物表面反射回的与所述第一激光光束波长对应的第一回波光束输入至所述TOF雷达模块，与所述第二激光光束波长对应的第二回波光束输入至所述FMCW雷达模块。

根据本发明的一个实施例，所述扫描模块包括：

波分复用器、光束处理器和扫描单元；

所述波分复用器分别与所述TOF雷达模块、所述FMCW雷达模块和所述光束处理器连接，所述光束处理器还与所述扫描单元连接；

在激光发射过程，所述波分复用器用于接收所述第一激光光束和所述第二激光光束并进行合束处理，输出所述合束激光光束至所述光束处理器，所述光束处理器用于处理所述合束激光光束并输出至所述扫描单元，所述扫描单元用于控制所述合束激光光束以预设出射角度出射至探测空间中；

在激光接收过程，所述扫描单元用于将所述合束激光光束到达障碍物表面反射回的合束回波光束反射至所述光束处理器或者用于将所述合束回波光束分别反射至所述TOF雷达模块和所述光束处理器；所述光束处理器用于处理所述合束回波光束并输出至所述波分复用器；所述波分复用器用于将所述合束回波光束分为所述第一回波光束和所述第二回波光束，并将所述第一回波光束输入至所述TOF雷达模块，将所述第二回波光束输入至所述FMCW雷达模块，或者，用于将所述合束回波光束中的所述第二回波光束输入至所述FMCW雷达模块。

根据本发明的一个实施例，所述光束处理器包括扩束器或准直器，所述扫描单元包括扫描振镜。

根据本发明的一个实施例，还包括信号处理模块，所述信号处理模块分别与所述TOF雷达模块、所述FMCW雷达模块及所述扫描模块连接，用于获取所述TOF雷达模块基于所述第一回波光束得到的第一点云数据和所述FMCW雷达模块基于所述第二回波光束得到的第二点云数据，根据所述第二点云数据计算每个点对应的速度信息，并将所述速度信息赋予对应点的所述第一点云数据生成扫描点云数据，其中，所述扫描点云数据包括所述障碍物的位姿信息和速度信息。

根据本发明的一个实施例，所述TOF雷达模块包括：第一激光发射单元、第一激光接收单元和同轴收发单元；所述同轴收发单元的第一端与所述第一激光发射单元的一端连接，所述同轴收发单元的第二端与所述扫描模块连接，所述同轴收发单元的第三端与所述第一激光接收单元的一端连接；

所述第一激光发射单元用于发射所述第一激光光束；

所述同轴收发单元用于将所述第一激光光束输出至所述扫描模块，以及将所述扫描模块反射回的所述第一回波光束输出至所述第一激光接收单元；

所述第一激光接收单元用于接收并处理所述第一回波光束。

根据本发明的一个实施例，所述同轴收发单元为第一光环形器。

根据本发明的一个实施例，所述TOF雷达模块包括：第一激光发射单元、第一激光接收单元和离轴接收单元；

所述第一激光发射单元与所述扫描模块连接，用于发射所述第一激光光束；

所述离轴接收单元与所述第一激光接收单元连接，所述离轴接收单元用于接收所述扫描模块返回的所述合束回波光束，并将所述合束回波光束输出至所述第一激光接收单元；

所述第一激光接收单元用于接收并处理所述合束回波光束。

根据本发明的一个实施例，所述离轴接收单元为接收镜头。

根据本发明的一个实施例，所述第一激光发射单元包括：第一激光器和第一光纤放大器；

所述第一激光器用于出射所述第一激光光束；

所述第一光纤放大器与所述第一激光器连接，用于对所述第一激光光束进行放大；

所述第一激光接收单元包括：第一滤光片、接收器和第一模数转换单元；

所述第一滤光片位于沿所述第一回波光束入射至所述接收器的光束路径的前方，所述接收器与所述第一模数转换单元连接；

所述第一滤光片用于滤除与环境光信号，通过所述第一回波光束；

所述接收器用于接收所述第一回波光束，并对所述第一回波光束的光信号进行光电转换形成模拟电信号，发送至所述第一模数转换单元；

所述第一模数转换单元用于将所述模拟电信号转换为数字信号。

根据本发明的一个实施例，所述FMCW雷达模块包括：第二激光发射单元、第二激光接收单元和第二光环形器；

所述第二激光发射单元用于出射所述第二激光光束；

所述第二环形器的第一端与所述第二激光发射单元连接，所述第二环形器的第二端与所述第二激光接收单元连接，所述第二环形器的第三端与所述扫描模块连接，所述第二环形器用于将所述第二激光光束输出至所述扫描模块，以及将所述扫描模块反射回的所述第二回波光束输出至所述第二激光接收单元；

所述第二激光接收单元用于接收并处理所述第二回波光束。

根据本发明的一个实施例，所述第二激光发射单元包括：驱动器、第二激光器、光分束器、第二光纤放大器；

所述驱动器的一端与所述第二激光器的一端连接，所述第二激光器的另一端与所述光分束器的输入端连接，所述光分束器的第一输出端与所述第二光纤放大器的一端连接，所述光分束器的第二输出端与所述第二激光接收单元连接，所述第二光纤放大器的另一端与所述第二光环形器的第一端连接；

所述驱动器用于驱动所述第二激光器出射所述第二激光光束，所述第二激光光束为线性调频连续波；

所述光分束器用于将所述第二激光光束分为第三激光光束和第四激光光束，并将所述第三激光光束从所述光分束器的第一输出端输出，所述第四激光光束从所述光分束器的第二输出端输出，所述第四激光光束为本振信号；

所述第二光纤放大器用于对所述第三激光光束进行放大；

所述第二激光接收单元包括:耦合器、第二滤光片、探测器和第二模数转换单元；

所述耦合器的第一输入端与所述第二光环形器的第二端连接，所述耦合器的第二输入端与所述光分束器的第二输出端连接，所述耦合器的输出端通过所述第二滤光片与所述探测器的一端连接，所述第二滤光片位于沿所述第二回波光束入射所述探测器的光束路径的前方，所述探测器的另一端与所述第二模数转换单元连接；

所述耦合器用于耦合从所述第二环形器的第三端输入，从所述第二光环形器的第二端输出的所述第二回波光束和所述光分束器的第二输出端输出的第四激光光束，形成混频光束；

所述第二滤光片用于滤除与环境光信号，通过所述混频光束；

所述探测器用于接收所述混频光束，并将所述混频光束的混频信号转换为拍频信号；

所述第二模数转换单元用于将所述拍频信号转换为数字信号。

为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种车辆，包括如前所述的雷达系统。

根据本发明实施例提出的雷达系统和车辆，其中雷达系统，包括：TOF雷达模块、FMCW雷达模块和扫描模块，TOF雷达模块，被配置为发射第一激光光束；FMCW雷达模块，被配置为发射第二激光光束，第一激光光束和第二激光光束的波长不同；扫描模块，分别与TOF雷达模块和FMCW雷达模块连接，扫描模块用于将第一激光光束和第二激光光束进行合束处理，输出合束激光光束，第一激光光束和第二激光光束对应的扫描轨迹重合，并且将合束激光光束到达障碍物表面反射回的与第一激光光束波长对应的第一回波光束输入至TOF雷达模块，与第二激光光束波长对应的第二回波光束输入至FMCW雷达模块。因此，本发明实施例可以实现通过一套扫描单元来实现TOF雷达和FMCW雷达的扫描。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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是本发明实施例提出的雷达系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提出的雷达系统中速度与距离的计算示意图；

图3是本发明一个实施例提出的雷达系统的结构示意图；

图4是本发明另一个实施例提出的雷达系统的结构示意图；

图5是本发明又一个实施例提出的雷达系统的结构示意图；

图6是本发明实施例提出的车辆的方框示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

相关技术中，TOF雷达和FMCW雷达基本都使用两套独立的扫描单元，这样既不能保证两个雷达出射的激光光束具有相同的扫描轨迹，进而无法对同一目标在较短的时间内同时既获取速度又获取距离。并且独立的扫描单元造成系统冗余，结构复杂，成本高。

图1是本发明实施例提出的雷达系统的结构示意图。如图1所示，该雷达系统100，包括：TOF雷达模块101、FMCW雷达模块102和扫描模块103。

TOF雷达模块101，被配置为发射第一激光光束。

FMCW雷达模块102，被配置为发射第二激光光束，第一激光光束和第二激光光束的波长不同。

需要说明的是，第一激光光束和第二激光光束的波长不同，可避免由于第一激光光束和第二激光光束波长一致或差异较小导致发生干涉现象，从而导致TOF雷达模块101和FMCW雷达模块102和的测量精度降低。从而可得，设置第一激光光束和第二激光光束的波长不同可提升TOF雷达与FMCW雷达集成系统的性能。

扫描模块103，分别与TOF雷达模块101和FMCW雷达模块102连接，扫描模块103用于将第一激光光束和第二激光光束进行合束处理，输出合束激光光束，第一激光光束和第二激光光束对应的扫描轨迹重合，并且将合束激光光束到达障碍物表面反射回的与第一激光光束波长对应的第一回波光束输入至TOF雷达模块101，与第二激光光束波长对应的第二回波光束输入至FMCW雷达模块102。

需要说明的是，TOF雷达模块101出射的第一激光光束和FMCW雷达模块102出射的第二激光光束，经过扫描模块103后，具有重合的扫描轨迹至障碍物，其中，在一个测距周期内，第一激光光束的扫描轨迹为多个连续的点，第二激光光束的扫描轨迹为一条线，多个连续的点的轨迹与一条线的轨迹重合。

本发明实施例提供的雷达系统包括TOF雷达模块、FMCW雷达模块以及分别与TOF雷达模块和FMCW雷达模块连接的扫描模块，通过扫描模块将波长不同的第一激光光束和第二激光光束进行合束处理，输出合束激光光束，第一激光光束和第二激光光束对应的扫描轨迹重合，并且将合束激光光束到达障碍物表面反射回的与第一激光光束波长对应的第一回波光束输入至TOF雷达模块，与第二激光光束波长对应的第二回波光束输入至FMCW雷达模块，基于此，本发明实施例通过一套扫描单元即可实现两种不同类型的TOF雷达和FMCW雷达的同步扫描。

进一步的，该雷达系统100还包括信号处理模块104，信号处理模块104分别与TOF雷达模块101、FMCW雷达模块102及扫描模块103连接，用于获取TOF雷达模块101基于第一回波光束得到的第一点云数据和FMCW雷达模块102基于第二回波光束得到的第二点云数据，根据第二点云数据计算每个点对应的速度信息，并将速度信息赋予对应点的第一点云数据生成扫描点云数据，其中，扫描点云数据包括障碍物的位姿信息和速度信息。

换言之，雷达系统100根据TOF雷达模块101和FMCW雷达模块102的扫描点云，可得到包括障碍物的位姿信息和速度信息的四维点云。

在本申请中，信号处理模块104通过第一回波光束计算距离的频率大于通过第二回波光束计算速度的频率，从而可以在计算一次速度的时间内，将利用第二回波光束计算的速度对应于利用第一回波光束计算的多个距离上。

举例来说，如图2所示，FMCW雷达模块102和TOF雷达模块101共用一个扫描模块103，两者扫描的视场完全重合。相同时间内TOF雷达模块101扫描轨迹是多个离散的光斑点(如图2中的圆圈)，而FMCW雷达模块102是一段连续的光斑线(如图2中的矩形)，相同时间内TOF雷达模块101可以计算10次距离，而FMCW雷达模块102只能计算1次距离，但是FMCW雷达模块102可以计算其与障碍物的相对速度。而TOF雷达模块101通常需要2帧到3帧数据才能计算出障碍物的运动速度。图2中TOF雷达模块101测距周期是2us，FMCW雷达模块102测距、测速周期是20us。每次FMCW雷达模块102测量周期结束后就将FMCW雷达模块102计算所得的速度值赋予与其同时扫描的10个TOF雷达模块101中的点云。从而，本申请提供的雷达系统100相较于FMCW雷达模块102测距周期有所缩短，相较于TOF雷达模块101测速周期有所缩短，从而可在较短时间内同时获取障碍物的距离和速度。

根据本发明的一个实施例，如图3、图4和图5所示，扫描模块103包括：波分复用器8、光束处理器9、扫描单元10。

波分复用器8分别与TOF雷达模块101、FMCW雷达模块102和光束处理器9连接，光束处理器9还与扫描单元10连接。

在激光发射过程，波分复用器8用于接收第一激光光束和第二激光光束并进行合束处理，输出合束激光光束至光束处理器9，光束处理器9用于处理合束激光光束并输出至扫描单元10，扫描单元10用于控制合束激光光束以预设出射角度出射至探测空间中；

在激光接收过程，扫描单元10用于将合束激光光束到达障碍物表面反射回的合束回波光束反射至光束处理器9或者用于将合束回波光束分别反射至TOF雷达模块101和光束处理器9；光束处理器9用于处理合束回波光束并输出至波分复用器8；波分复用器8用于将合束回波光束分为第一回波光束和第二回波光束，并将第一回波光束输入至TOF雷达模块101，将第二回波光束输入至FMCW雷达模块102，或者用于将合束回波光束中的第二回波光束输入至FMCW雷达模块102。

其中，光束处理器9可以为扩束器或准直器，扫描单元10包括扫描振镜。

需要说明的是，本申请通过设置TOF雷达模块101与FMCW雷达模块102共用一组波分复用器8、光束处理器9以及扫描单元10，实现了TOF雷达和FMCW雷达的扫描，且减少了一组光学器件的使用，使得雷达系统100的尺寸可大幅减小；同时，扫描单元10的共用也可以保证TOF雷达模块101与FMCW雷达模块102同一时刻发射激光光束的光斑总是打在相同位置，即第一激光光束和第二激光光束对应的扫描轨迹重合，利于后续第一点云数据和第二点云数据的点相关。

下面详细说明TOF雷达模块101的同轴和离轴的布置方案，以及FMCW雷达模块102的具体结构。

根据本发明的一个实施例，如图3所示，TOF雷达模块101包括：第一激光发射单元1、第一激光接收单元2和同轴收发单元3。

其中，同轴收发单元3的第一端与第一激光发射单元1连接，同轴收发单元3的第二端与扫描模块103连接，同轴收发单元3的第三端与第一激光接收单元2连接；第一激光发射单元1和第一激光接收单元2还分别与信号处理模块104连接。

具体的，信号处理模块104用于控制第一激光发射单元1出射第一激光光束至同轴收发单元3；同轴收发单元3用于将第一激光光束输出至扫描模块103，以及将扫描模块103反射回的第一回波光束输出至第一激光接收单元2；第一激光接收单元2用于接收并处理第一回波光束，并将处理数据发送至信号处理模块104。

其中，第一激光发射单元1包括第一激光器11和第一光纤放大器12。第一激光器11用于出射第一激光光束，第一光纤放大器12与第一激光器11连接，用于对第一激光光束进行放大。第一激光器11还与信号处理模块104连接，通过信号处理模块104控制第一激光器11出射第一激光光束。

其中，第一激光接收单元2包括：第一滤光片23、接收器21和第一模数转换单元22。第一滤光片23位于沿第一回波光束入射至接收器21的光束路径的前方，接收器21与第一模数转换单元22连接，第一模数转换单元22还与信号处理模块104连接。在一些实施例中，第一滤光片23可以设置在接收器21中。

具体的，第一滤光片23用于滤除与环境光信号，通过第一回波光束；接收器21用于接收第一回波光束，并对第一回波光束的光信号进行光电转换形成模拟电信号，发送至第一模数转换单元22；第一模数转换单元22用于将模拟电信号转换为数字信号，并发送至信号处理模块104。

可选地，同轴收发单元3为第一光环形器。

综上，同轴TOF雷达模块101的工作流程如下：信号处理模块104控制第一激光器11(1550nm光纤脉冲激光器)以脉冲方式发射第一激光光束，经第一光纤放大器12放大后获得很高的峰值能量，第一激光光束具有较低的发散角，第一激光光束通过同轴收发单元3发射到扫描模块103，扫描模块103将第一激光光束与第二激光光束合束后以一个确定的角度射出。扫描模块103将从合束回波光束中分束得到第一回波光束以一个确定的角度入射至同轴收发单元3，同轴收发单元3将第一回波光束发送至第一滤光片23，经过第一滤光片23处理后的第一回波光束被接收器22接收，接收器22进行光电转换形成模拟电信号，模拟电信号通过第一模数转换单元21进行模数转换得到数字信号(即第一点云数据)，并发送给信号处理模块104进行测距计算。其中，第一激光光束从发射到接收的时间就是脉冲飞行时间t，t/2乘以光速即可得到TOF雷达模块101到目标障碍物的距离值。同时，可以从扫描模块103获得合束激光光束发射瞬间的出光角度值(俯仰角和方位角)，利用坐标信息(俯仰角，方位角，距离)即可定义目标障碍物与TOF雷达模块101之间的三维位置关系。

同轴TOF雷达模块101的结构可简化如图5所示，在激光发射过程，第一激光发射单元1与第二激光发射单元2分别通过对应的第一光环形器3和第二光环形器7将第一激光光束和第二激光光束通过光纤传输至波分复用器8，利用波分复用器8进行合束处理，输出合束激光光束，并将合束激光光束发送至光束处理器9，进行扩束/准直处理后输出至扫描单元10，扫描单元10将合束激光光束发送至探测空间中。在激光接收过程，合束激光光束返回至扫描单元10，扫描单元10将合束激光光束反射回至光束处理器9，进行扩束/准直处理后输出至波分复用器8，波分复用器8将其分束为与第一激光光束波长对应的第一回波光束和与第二激光光束波长对应的第二回波光束，并将第一回波光束通过第一光环形器3返回第一激光接收单元2，将第二回波光束通过第二光环形器7返回第二激光接收单元6。可见，TOF雷达模块101与FMCW雷达模块102共用一组波分复用器8、光束处理器9和扫描单元10进行扫描，且TOF雷达模块101与FMCW雷达模块102的发射与接收过程独立，互不干扰。

根据本发明的一个实施例，如图4所示，TOF雷达模块101包括：第一激光发射单元1、第一激光接收单元2和离轴接收单元4。

其中，第一激光发射单元1与扫描模块103连接，用于发射第一激光光束；离轴接收单元4与第一激光接收单元2连接，离轴接收单元4用于接收扫描模块103返回的合束回波光束，并将合束回波光束输出至第一激光接收单元2；第一激光接收单元2用于接收并处理合束回波光束。在本申请中，第一激光发射单元1和第一激光接收单元2还分别与信号处理模块104连接，信号处理模块104用于控制第一激光发射单元1出射第一激光光束，及接收第一激光接收单元2发送的数字信号(即第一点云数据)。

可选地，离轴接收单元4为接收镜头。

如图4所示，第一激光发射单元1包括：第一激光器11和第一光纤放大器12。

其中，第一激光器11用于出射第一激光光束，第一光纤放大器12与第一激光器11连接，用于对第一激光光束进行放大。

如图4所示，第一激光接收单元2包括：第一滤光片23、接收器21和第一模数转换单元22。第一滤光片23位于沿第一回波光束入射至接收器21的光束路径的前方，接收器21与第一模数转换单元22连接，第一模数转换单元22还与信号处理模块104连接。

在一些实施例中，第一滤光片23可以设置在接收器21中。

具体的，第一滤光片23用于滤除与环境光信号，通过第一回波光束；接收器21用于接收第一回波光束，并对第一回波光束的光信号进行光电转换形成模拟电信号，发送至第一模数转换单元22；第一模数转换单元22用于将模拟电信号转换为数字信号；第一模数转换单元22用于将模拟电信号转换为数字信号，并发送至信号处理模块104。

综上，离轴TOF雷达模块101工作流程如下：信号处理模块104控制第一激光器11(1550nm光纤脉冲激光器)以脉冲方式发射第一激光光束，经第一光纤放大器12放大后获得很高的峰值能量。第一激光光束具有较低的发散角，放大后的第一激光光束发射到扫描模块103，扫描模块103将第一激光光束与FMCW雷达模块102发射的第二激光光束合束后以一个确定的角度射出。扫描模块103将从合束回波光束以一个确定的角度入射至离轴接收单元4，离轴接收单元4将合束回波光束发射至第一滤光片23，经过第一滤光片23处理后得到的第一回波光束被接收器22接收，接收器22进行光电转换形成模拟电信号，模拟电信号通过第一模数转换单元21进行模数转换得到数字信号(即第一点云数据)，并发送信号处理模块104进行测距计算。

根据本发明的一个实施例，如图3和图4所示，FMCW雷达模块102包括：第二激光发射单元5、第二激光接收单元6和第二光环形器7。

其中，第二激光发射单元5用于出射第二激光光束。

其中，第二环形器7的第一端与第二激光发射单元5连接，第二环形器7的第二端与第二激光接收单元6连接，第二环形器7的第三端与扫描模块103连接，第二环形器7用于将第二激光光束输出至扫描模块103，以及将扫描模块103反射回的第二回波光束输出至第二激光接收单元6。

其中，第二激光接收单元6用于接收并处理第二回波光束。

在本申请中，第二激光发射单元5和第二激光接收单元6还分别与信号处理模块104连接，信号处理模块104用于控制第二激光发射单元5出射第二激光光束至第二光环形器7，及接收第二激光接收单元6发送的数字信号(即第二点云数据)。

如图3和图4所示，第二激光发射单元5包括：驱动器51、第二激光器52、光分束器53、第二光纤放大器54。

其中，驱动器51的一端与第二激光器52的一端连接，第二激光器52的另一端与光分束器53的输入端连接，光分束器53的第一输出端与第二光纤放大器54的一端连接，光分束器53的第二输出端与第二激光接收单元6连接，第二光纤放大器54的另一端与第二光环形器7的第一端连接。

具体的，驱动器51用于驱动第二激光器出射第二激光光束，第二激光光束为线性调频连续波；光分束器53用于将第二激光光束分为第三激光光束和第四激光光束，并将第三激光光束从光分束器53的第一输出端输出，第四激光光束从光分束器53的第二输出端输出，第四激光光束为本振信号；第二光纤放大器54用于对第三激光光束进行放大。

其中，第二激光接收单元6包括:耦合器61、第二滤光片64、探测器62和第二模数转换单元63。其中，耦合器61的第一输入端与第二光环形器7的第二端连接，耦合器61的第二输入端与光分束器53的第二输出端连接，耦合器61的输出端通过第二滤光片64与探测器62的一端连接，第二滤光片64位于沿第二回波光束入射探测器62的光束路径的前方，探测器62的另一端与第二模数转换单元连接。在一些实施例中，第二滤光片64可以设置于探测器62。

具体的，耦合器61用于耦合从第二环形器7的第三端输入，从第二光环形器7的第二端输出的第二回波光束和光分束器53的第二输出端输出的第四激光光束，形成混频光束；第二滤光片64用于滤除与环境光信号，通过混频光束；探测器62用于接收混频光束，并将混频光束的混频信号转换为拍频信号；第二模数转换单元63用于将拍频信号转换为数字信号。

综上，FMCW雷达模块102工作流程如下：信号处理模块104控制驱动器51产生连续线性变化的电流信号，电流信号的变化使第二激光器52输出线性调频的第二激光光束，第二激光光束经光分束器53分束得到第三激光光束和第四激光光束(本振信号)，第三激光光束从光分束器53的第一输出端输出至第二光纤放大器54，第四激光光束(本振信号)从光分束器53的第二输出端输出至耦合器61的第二输入端，第三激光光束经第二光纤放大器54进行放大处理后，从第二光环形器7的第一端输入从第二光环形器7的第三端输出至扫描模块103；相应的，扫描模块103返回的第二回波光束从第二光环形器7的第三端输入从第二环形器7的第二端输出，并输入至耦合器61的第一输入端，第四激光光束(本振信号)与第二回波光束在耦合器61中进行混频处理，得到混频光束，并从耦合器61的输出端输出，混频光束通过第二滤光片64的滤光处理后被探测器62接收，并将混频光束的混频信号转换为拍频信号，拍频信号输入至第二模数转换单元63中进行FFT变换得到数字信号(第二点云数据)，信号处理模块104根据FFT变换得到数字信号(第二点云数据)可计算出目标障碍物的距离和速度信息。

图6是本发明实施例提出的车辆的方框示意图。如图6所示，该车辆200包括如上任一实施例所述的雷达系统100。可以理解，本申请实施例提供的车辆200可实现通过一套扫描单元来实现TOF雷达和FMCW雷达的扫描，未在车辆实施方式中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施方式所提供的雷达系统100。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。

Claims (12)

1.一种雷达系统，其特征在于，包括：TOF雷达模块、FMCW雷达模块和扫描模块；

所述TOF雷达模块，被配置为发射第一激光光束；

所述FMCW雷达模块，被配置为发射第二激光光束，所述第一激光光束和所述第二激光光束的波长不同；

所述扫描模块，分别与所述TOF雷达模块和所述FMCW雷达模块连接，所述扫描模块用于将所述第一激光光束和所述第二激光光束进行合束处理，输出合束激光光束，所述第一激光光束和所述第二激光光束对应的扫描轨迹重合，并且将所述合束激光光束到达障碍物表面反射回的与所述第一激光光束波长对应的第一回波光束输入至所述TOF雷达模块，与所述第二激光光束波长对应的第二回波光束输入至所述FMCW雷达模块。

2.根据权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述扫描模块包括：波分复用器、光束处理器和扫描单元，所述波分复用器分别与所述TOF雷达模块、所述FMCW雷达模块和所述光束处理器连接，所述光束处理器还与所述扫描单元连接；

在激光发射过程，所述波分复用器用于接收所述第一激光光束和所述第二激光光束并进行合束处理，输出所述合束激光光束至所述光束处理器，所述光束处理器用于处理所述合束激光光束并输出至所述扫描单元，所述扫描单元用于控制所述合束激光光束以预设出射角度出射至探测空间中；

在激光接收过程，所述扫描单元用于将所述合束激光光束到达障碍物表面反射回的合束回波光束反射至所述光束处理器或者用于将所述合束回波光束分别反射至所述TOF雷达模块和所述光束处理器；所述光束处理器用于处理所述合束回波光束并输出至所述波分复用器；所述波分复用器用于将所述合束回波光束分为所述第一回波光束和所述第二回波光束，并将所述第一回波光束输入至所述TOF雷达模块，将所述第二回波光束输入至所述FMCW雷达模块，或者用于将所述合束回波光束中的所述第二回波光束输入至所述FMCW雷达模块。

3.根据权利要求2所述的雷达系统，其特征在于，所述光束处理器包括扩束器或准直器，所述扫描单元包括扫描振镜。

4.根据权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，还包括信号处理模块，所述信号处理模块分别与所述TOF雷达模块、所述FMCW雷达模块及所述扫描模块连接，用于获取所述TOF雷达模块基于所述第一回波光束得到的第一点云数据和所述FMCW雷达模块基于所述第二回波光束得到的第二点云数据，根据所述第二点云数据计算每个点对应的速度信息，并将所述速度信息赋予对应点的所述第一点云数据生成扫描点云数据，其中，所述扫描点云数据包括所述障碍物的位姿信息和速度信息。

5.根据权利要求2所述的雷达系统，其特征在于，所述TOF雷达模块包括：第一激光发射单元、第一激光接收单元和同轴收发单元，所述同轴收发单元的第一端与所述第一激光发射单元连接，所述同轴收发单元的第二端与所述扫描模块连接，所述同轴收发单元的第三端与所述第一激光接收单元连接；

所述第一激光发射单元用于发射所述第一激光光束；

所述同轴收发单元用于将所述第一激光光束输出至所述扫描模块，以及将所述扫描模块反射回的所述第一回波光束输出至所述第一激光接收单元；

所述第一激光接收单元用于接收并处理所述第一回波光束。

6.根据权利要求5所述的雷达系统，其特征在于，所述同轴收发单元为第一光环形器。

7.根据权利要求2所述的雷达系统，其特征在于，所述TOF雷达模块包括：第一激光发射单元、第一激光接收单元和离轴接收单元；

所述第一激光发射单元与所述扫描模块连接，用于发射所述第一激光光束；

所述离轴接收单元与所述第一激光接收单元连接，所述离轴接收单元用于接收所述扫描模块返回的所述合束回波光束，并将所述合束回波光束输出至所述第一激光接收单元；

所述第一激光接收单元用于接收并处理所述合束回波光束。

8.根据权利要求7所述的雷达系统，其特征在于，所述离轴接收单元为接收镜头。

9.根据权利要求5或7所述的雷达系统，其特征在于，

所述第一激光发射单元包括：第一激光器和第一光纤放大器；

所述第一激光器用于出射所述第一激光光束；

所述第一光纤放大器与所述第一激光器连接，用于对所述第一激光光束进行放大；

所述第一激光接收单元包括：第一滤光片、接收器和第一模数转换单元；

所述第一滤光片位于沿所述第一回波光束入射至所述接收器的光束路径的前方，所述接收器与所述第一模数转换单元连接；

所述第一滤光片用于滤除与环境光信号，通过所述第一回波光束；

所述接收器用于接收所述第一回波光束，并对所述第一回波光束的光信号进行光电转换形成模拟电信号，发送至所述第一模数转换单元；

所述第一模数转换单元用于将所述模拟电信号转换为数字信号。

10.根据权利要求1所述的雷达系统，其特征在于，所述FMCW雷达模块包括：第二激光发射单元、第二激光接收单元和第二光环形器；

所述第二激光发射单元用于出射所述第二激光光束；

所述第二环形器的第一端与所述第二激光发射单元连接，所述第二环形器的第二端与所述第二激光接收单元连接，所述第二环形器的第三端与所述扫描模块连接，所述第二环形器用于将所述第二激光光束输出至所述扫描模块，以及将所述扫描模块反射回的所述第二回波光束输出至所述第二激光接收单元；

所述第二激光接收单元用于接收并处理所述第二回波光束。

11.根据权利要求10所述的雷达系统，其特征在于，所述第二激光发射单元包括：驱动器、第二激光器、光分束器、第二光纤放大器；

所述驱动器与所述第二激光器的一端连接，所述第二激光器的另一端与所述光分束器的输入端连接，所述光分束器的第一输出端与所述第二光纤放大器的一端连接，所述光分束器的第二输出端与所述第二激光接收单元连接，所述第二光纤放大器的另一端与所述第二光环形器的第一端连接；

所述驱动器用于驱动所述第二激光器出射所述第二激光光束，所述第二激光光束为线性调频连续波；

所述光分束器用于将所述第二激光光束分为第三激光光束和第四激光光束，并将所述第三激光光束从所述光分束器的第一输出端输出，所述第四激光光束从所述光分束器的第二输出端输出，所述第四激光光束为本振信号；

所述第二光纤放大器用于对所述第三激光光束进行放大；

所述第二激光接收单元包括:耦合器、第二滤光片、探测器和第二模数转换单元；

所述耦合器的第一输入端与所述第二光环形器的第二端连接，所述耦合器的第二输入端与所述光分束器的第二输出端连接，所述耦合器的输出端通过所述第二滤光片与所述探测器的一端连接，所述第二滤光片位于沿所述第二回波光束入射所述探测器的光束路径的前方，所述探测器的另一端与所述第二模数转换单元连接；

所述耦合器用于耦合从所述第二环形器的第三端输入，从所述第二光环形器的第二端输出的所述第二回波光束和所述光分束器的第二输出端输出的第四激光光束，形成混频光束；

所述第二滤光片用于滤除与环境光信号，通过所述混频光束；

所述探测器用于接收所述混频光束，并将所述混频光束的混频信号转换为拍频信号；

所述第二模数转换单元用于将所述拍频信号转换为数字信号。

12.一种车辆，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的雷达系统。

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