CN116660917A - 激光雷达 - Google Patents
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Abstract
一种激光雷达，激光雷达包括至少一个激光传输探测通道，激光传输探测通道包括：光发射/接收端，配置为发射合束探测激光，合束探测激光包括第一探测激光、第二探测激光以及第三探测激光，合束探测激光遇到障碍物后反射产生合束反射激光，光发射/接收端还配置为接收合束反射激光；探测波长分束器，将合束反射激光分为第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光；以及探测装置，包括第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置，分别接收第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光并执行探测，基于第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置的探测信息确定探测结果，提高了测量检测概率，增加了测试点密度。
Description
技术领域
本发明涉及激光雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达。
背景技术
激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达现在广泛部署在包括自动车辆在内的不同的场景中。激光雷达可以在扫描场景时主动估计到环境特征的距离及速度，并生成指示环境场景的三维形状的点位置云。
发明内容
本发明一些实施例提供一种激光雷达，所述激光雷达包括至少一个激光传输探测通道，
所述激光传输探测通道包括：
光发射/接收端，配置为发射合束探测激光，所述合束探测激光包括第一探测激光、第二探测激光以及第三探测激光，所述第一探测激光、第二探测激光和第三探测激光中的至少两个为调频激光且具有相同扫频周期，在任意扫频周期内，所述第一探测激光、第二探测激光和第三探测激光中的一个具有升频段，另一个具有降频段，再一个具有恒频段，所述合束探测激光遇到障碍物后反射产生合束反射激光，所述光发射/接收端还配置为接收所述合束反射激光；
探测波长分束器，将所述合束反射激光分为第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光；以及
探测装置，包括第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置，所述第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置分别接收第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光并执行探测，基于所述第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置的探测信息确定探测结果。
在一些实施例中，所述激光传输探测通道还包括：
偏振旋转分束器，设置光发射/接收端与探测波长分束器之间，配置为：
接收进入激光传输探测通道的所述合束探测激光，并将所述合束探测激光传输至所述光发射/接收端；以及
接收来自所述光发射/接收端的所述合束反射激光，改变所述合束反射激光的偏振方向，使得所述合束反射激光传输至所述探测波长分束器。
在一些实施例中，所述第一探测激光、第二探测激光以及第三探测激光的中心频率各不相同。
在一些实施例中，所述探测结果包括障碍物的相对于所述激光雷达的距离和/或速度。
在一些实施例中，所述障碍物的相对于所述激光雷达的距离R由以下公式组确定：
其中，C0为光速，T0为扫频周期，fBW为扫频带宽，fd为距离引起的拍频，Δf1为所述升频段的升频拍频，Δf2为所述降频段的降频拍频，Δf3为所述恒频段的恒频拍频。
在一些实施例中，所述障碍物的相对于所述激光雷达的速度v由以下公式组确定：
其中，C0为光速，f0为激光中心频率，fv为速度引起的拍频，fd为距离引起的拍频，Δf1为所述升频段的升频拍频，Δf2为所述降频段的降频拍频，Δf3为所述恒频段的恒频拍频。
在一些实施例中，所述激光雷达还包括：
波长合束器，配置为接收第一激光、第二激光以及第三激光并将所述第一激光、第二激光以及第三激光合束为合束激光；以及
分光器，配置为将所述合束激光分为合束探测激光以及合束本振激光；以及
本振波长分束器，配置为接收所述合束本振激光，并将所述合束本振激光分为第一本振激光、第二本振激光以及第三本振激光，
所述第一探测装置接收所述第一反射激光以及第一本振激光，并探测所述第一反射激光与第一本振激光的拍频输出第一探测信息；所述第二探测装置接收所述第二反射激光以及第二本振激光，并探测所述第二反射激光与第二本振激光的拍频输出第二探测信息；所述第三探测装置接收所述第三反射激光以及第三本振激光，并探测所述第三反射激光与第三本振激光的拍频输出第三探测信息，所述第一探测信息、第二探测信息以及第三探测信息构成所述探测信息。
在一些实施例中，所述激光雷达还包括：
第一激光光源，配置为发射第一激光；
第二激光光源，配置为发射第二激光；以及
第三激光光源，配置为发射第三激光。
在一些实施例中，所述激光雷达还包括：
第一分光器，配置为接收第一激光并将第一激光分为第一探测激光与第一本振激光；
第二分光器，配置为接收第二激光并将第二激光分为第二探测激光与第二本振激光；
第三分光器，配置为接收第三激光并将第三激光分为第三探测激光与第三本振激光；
波长合束器配置为接收第一探测激光、第二探测激光以及第三探测激光并将所述第一探测激光、第二探测激光以及第三探测激光合束为合束探测激光；
所述第一探测装置接收所述第一反射激光以及第一本振激光，并探测所述第一反射激光与第一本振激光的拍频输出第一探测信息；所述第二探测装置接收所述第二反射激光以及第二本振激光，并探测所述第二反射激光与第二本振激光的拍频输出第二探测信息；所述第三探测装置接收所述第三反射激光以及第三本振激光，并探测所述第三反射激光与第三本振激光的拍频输出第三探测信息，所述第一探测信息、第二探测信息以及第三探测信息构成所述探测信息。
在一些实施例中，所述激光雷达还包括：
第一激光光源，配置为发射第一激光；
第二激光光源，配置为发射第二激光；以及
第三激光光源，配置为发射第三激光本发明实施例的上述方案与相关技术相比，至少具有以下有益效果：
本发明采用合束探测激光对障碍物进行探测，合束探测激光在任一扫频周期中包括分别具有升频段、降频段以及恒频段的三条测试激光，合束探测激光经障碍物反射回来的合束反射激光被分为第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光，并对第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光分别进行探测获取探测信息，进而确定探测结果，提高了测量检测概率，且增加了测试点密度。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。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为相关技术中采用常规的FWCW扫频方式的发射光束与接收光束的波形图。
图2为本发明一些实施例提供的激光雷达的结构示意图；
图3为本发明一些实施例提供的激光雷达的合束探测激光与合束反射激光的频率变化波形图，其中纵轴表示归一化频率；
图4为本发明一些实施例提供的激光雷达的合束探测激光的波形图，其中纵轴表示实际频率；
图5为本发明一些实施例中提供的激光雷达的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅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它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些不应限于这些术语。这些术语仅用来将区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。
还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
在相关技术中，现有的激光雷达以测距方式为依据主要包括以下两个技术路线：ToF(Time of Flight，飞行时间法)与FMCW(Frequency-Modulated Continuous Wave，调频连续波)。
ToF的测距原理是，用光脉冲在目标物与激光雷达间的飞行时间乘以光速来测算距离，ToF激光雷达采用了脉冲振幅调制技术。与ToF路线不同，FMCW主要通过发送和接收连续激光束，把回光和本地光做干涉，并利用混频探测技术来测量发送和接收的频率差异，再通过频率差换算出目标物的距离。简言之，ToF使用时间来测量距离，而FMCW使用频率来测量距离。
FMCW相较于ToF具有以下优势：ToF的光波容易受环境光干扰，而FMCW的光波抗干扰能力很强；ToF的信噪比过低，而FMCW的信噪比很高，ToF的速度维数据质量低，而FMCW可获取每个像素点的速度维数据。
采用FMCW这一技术路线的激光雷达具有很好的技术优势，但其实际应用中存在以下问题：
对于传统的FMCW激光雷达而言，探测激光为单一中心波长的扫频激光，其频率周期性的变化，为了实现对障碍物相对于的FMCW激光雷达的距离和/或速度的测量，单一中心波长的扫频激光的每个频率变化周期通常需要包括升频段、恒频段以及降频段。图1为相关技术中采用常规的FWCW扫频方式的发射光束与接收光束的波形图，如图1所述，实线表示发射光束，虚线表示接收光束，每个频率变化周期Tc作为一个测量点，每个测量点需要完全接收到接收光束的升频段、恒频段以及降频段才可以作为有效测量点，来实现对障碍物相对于FMCW激光雷达的距离和/或速度的测量。
然而对于单一中心波长的扫频激光，其并非在每个测量点都能接收到全部升频段、恒频段以及降频段，其存在一定的丢失率。若单一中心波长的扫频激光的每个频率变化周期Tc中的各频段的检测概率为50％，则该频率变化周期Tc对应的测量点成为有效测量点的概率为12.5％，导致测量效果差。
本发明提供一种激光雷达，所述激光雷达包括至少一个激光传输探测通道，所述激光传输探测通道包括：光发射/接收端，配置为发射合束探测激光，所述合束探测激光包括第一探测激光、第二探测激光以及第三探测激光，所述第一探测激光、第二探测激光和第三探测激光中的至少两个为调频激光且具有相同扫频周期，在任意扫频周期内，所述第一探测激光、第二探测激光和第三探测激光中的一个具有升频段，另一个具有降频段，再一个具有恒频段，所述合束探测激光遇到障碍物后反射产生合束反射激光，所述光发射/接收端还配置为接收所述合束反射激光；探测波长分束器，将所述合束反射激光分为第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光；以及探测装置，包括第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置，所述第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置分别对第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光执行探测，基于所述第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置的探测信息确定探测结果。
本发明采用合束探测激光对障碍物进行探测，合束探测激光在任一扫频周期中包括分别具有升频段、降频段以及恒频段的三条测试激光，合束探测激光经障碍物反射回来的合束反射激光被分为第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光，并对第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光分别进行探测获取探测信息，进而确定探测结果，提高了测量检测概率，且增加了测试点密度。
下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
图2为本发明一些实施例提供的激光雷达的结构示意图，其仅示出了一个激光传输探测通道，图3为本发明一些实施例提供的激光雷达的合束探测激光与合束反射激光的频率变化波形图，其中纵轴表示归一化频率，图4为本发明一些实施例提供的激光雷达的合束探测激光的波形图，其中纵轴表示实际频率。如图2至图4所示，本发明一些实施例提供一种激光雷达1000，所述激光雷达10包括至少一个激光传输探测通道100。尽管图2中仅示出了一个激光传输探测通道100，本领域技术人员可以理解的是，激光雷达1000可以包括多个并行设置激光传输探测通道100，每个激光传输探测通道100都可以独立地执行测量工作，其发出的探测激光分别对应障碍物的不同位置。
对于任一个激光传输探测通道100来说，激光传输探测通道100包括光发射/接收端10、探测波长分束器20以及探测装置30。
光发射/接收端10配置为发射合束探测激光，所述合束探测激光包括第一探测激光L1、第二探测激光L2以及第三探测激光L3，所述第一探测激光L1、第二探测激光L2和第三探测激光L3中的至少两个为调频激光且具有相同扫频周期T0，在任意扫频周期T0内，所述第一探测激光L1、第二探测激光L2和第三探测激光L3中的一个具有升频段，另一个具有降频段，再一个具有恒频段，所述合束探测激光遇到障碍物后反射产生合束反射激光，所述光发射/接收端10还配置为接收所述合束反射激光。本实施例中，光发射/接收端10为单一结构器件，可以实现合束探测激光和合束反射激光的共轴收发，在其他实施例中，光发射/接收端10可以分为独立的光发射端和光接收端，此时两者不能共轴收发。
探测波长分束器20将所述合束反射激光分为第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3。在一些实施例中，合束探测激光中的第一探测激光L1、第二探测激光L2和第三探测激光L3遇到障碍物后分别反射产生第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3，第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3分别保持了第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3的中心频率以及频率变化规律，它们相较于第一探测激光L1、第二探测激光L2和第三探测激光L3分别存在延时。第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3以合束反射激光的形式被光发射/接收端10接收，探测波长分束器20可以将合束反射激光中的第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3分开，以分别对第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3进行探测。
探测装置30包括第一探测装置31、第二探测装置32以及第三探测装置33，所述第一探测装置31、第二探测装置32以及第三探测装置33分别对第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3执行探测，基于所述第一探测装置31、第二探测装置32以及第三探测装置33的探测信息确定探测结果。所述探测结果例如包括障碍物的相对于所述激光雷达的距离和/或速度。第一探测装置31、第二探测装置32以及第三探测装置33中的每一个例如为相干探测装置。
如图3和图4所示，在一些实施例中，第一探测激光L1为周期性的升频波形，第二探测激光L2为周期性的降频波形，第三探测激光L3为恒频波形。第一探测激光L1和第二探测激光L2的扫频周期相同，例如均具有扫频周期T0。如图3及图4所示，在任一扫频周期T0中，第一探测激光L1的升频段、第二探测激光L2的降频段以及第三探测激光L3的恒频段同时存在，如此每个扫频周期T0可以作为一个测量点。相较于图1示出的相关技术，图3和图4中的扫频周期T0为图1中的频率变化周期Tc的1/3，因此本发明实施例相较于相关技术测试点密度增加了2倍。并且鉴于一扫频周期T0中均存在，第一探测激光L1的升频段、第二探测激光L2的降频段以及第三探测激光L3的恒频段同时探测物体上的同一点，假设每个扫频周期T0中的各频段的检测概率为50％，扫频周期T0对应的测量点成为有效测量点的概率为50％，提升测量效果。
本发明采用合束探测激光对障碍物进行探测，合束探测激光在任一扫频周期中包括分别具有升频段、降频段以及恒频段的三条探测激光，合束探测激光经障碍物反射回来的合束反射激光被分为第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光，并对第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光分别进行探测获取探测信息，进而确定探测结果，提高了测量检测概率，且增加了测试点密度。
在一些实施例中，如图2所示，所述激光传输探测通道100还包括偏振旋转分束器40，偏振旋转分束器40设置光发射/接收端10与探测波长分束器20之间，偏振旋转分束器40用于接收进入激光传输探测通道100的所述合束探测激光，并将所述合束探测激光传输至所述光发射/接收端10；并且接收来自所述光发射/接收端10的所述合束反射激光，改变合束反射激光的偏振方向，例如将TM模式的合束反射激光转为TE模式的合束反射激光。使得所述合束反射激光传输至所述探测波长分束器20。通过设置偏振旋转分束器40可以减少合束探测激光与合束反射激光之间的干扰，保证同轴返回的合束反射激光可以传输至探测波长分束器20。
在一些实施例中，所述第一探测激光L1、第二探测激光L2以及第三探测激光L3的中心频率各不相同。在FMCW激光雷达领域中，通常的线性扫频激光的扫频带宽通常在2GHz以内，其通常以扫频激光的中心频率为中心在扫频带宽范围内线性扫频。为了便于后续的合束反射激光的分束，第一探测激光L1、第二探测激光L2以及第三探测激光L3的中心频率需要设置的各不相同，且三者相差较小。例如如图3和图4所示，第一探测激光L1的中心频率例如为193.3THz、第二探测激光L2的中心频率例如为193.4THz，第三探测激光L3的中心频率例如为193.5THz，如此第一探测激光L1、第二探测激光L2以及第三探测激光L3经障碍物T反射产生的第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3的中心频率亦分别为193.3THz、193.4THz以及193.5THz，第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3以合束反射激光的形式被光发射/接收端10接收。当包括第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3的合束反射激光入射至探测波长分束器20时可以根据波长方便准确的将第一反射激光RL1、第二反射激光RL2以及第三反射激光RL3分开。在一些实施例中，第一探测激光L1与第二探测激光L2例如具有相同的扫频带宽fBW，如图3所示。
图3中为了便于同时体现合束探测激光与合束反射激光以及它们中各中心波长激光的相对关系，纵轴采用了归一化频率F’，横轴为时间轴t，图3并不是表示第一探测激光L1、第二探测激光L2以及第三探测激光L3的真实中心频率。图4中纵轴表示实际频率，体现了第一探测激光L1、第二探测激光L2以及第三探测激光L3的真实频率，横轴为时间轴t。如图4可以看出，第一探测激光L1、第二探测激光L2以及第三探测激光L3的中心频率相差较小。
在一些实施例中，利用激光雷达1000探测障碍物T的探测结果包括障碍物T相对于所述激光雷达1000的距离和/或速度。在一些实施例中，所述障碍物T相对于所述激光雷达1000的距离R由以下公式组确定：
其中，C0为光速，T0为扫频周期，fBW为扫频带宽，fd为距离引起的拍频，Δf1为所述升频段的升频拍频，例如为在一扫频周期T0中第一探测激光L1与第一反射激光RL1的拍频，Δf2为所述降频段的降频拍频，例如为在一扫频周期T0中第二探测激光L2与第二反射激光RL2的拍频，Δf3为所述恒频段的恒频拍频，例如为在一扫频周期T0中第三探测激光L3与第三反射激光RL3的拍频。
在一些实施例中，所述障碍物T相对于所述激光雷达1000的速度v由以下公式组确定：
其中，C0为光速，f0为激光中心频率，fv为速度引起的拍频，fd为距离引起的拍频，Δf1为所述升频段的升频拍频，例如为在一扫频周期T0中第一探测激光L1与第一反射激光RL1的拍频，Δf2为所述降频段的降频拍频，例如为在一扫频周期T0中第二探测激光L2与第二反射激光RL2的拍频，Δf3为所述恒频段的恒频拍频，例如为在一扫频周期T0中第三探测激光L3与第三反射激光RL3的拍频，由于各探测激光频率的不同相对他们中心频率较小，由此引入的速度拍频的差别也非常小，可以忽略，上述公式在此近似条件下得，激光中心频f0可以为第一探测激光L1的中心频率、第二探测激光L2的中心频率、以及第三探测激光L3的中心频率中的任一个，或者为第一探测激光L1的中心频率、第二探测激光L2的中心频率、以及第三探测激光L3的中心频率的平均值。
在一些实施例中，如图2所示，所述激光雷达1000还包括波长合束器50、分光器60以及本振波长分束器70。波长合束器50配置为接收具有不同中心频率的第一激光、第二激光以及第三激光并将所述第一激光、第二激光以及第三激光合束为合束激光。分光器60配置为将所述合束激光分为合束探测激光以及合束本振激光。分光器60例如为1×n分光器，n大于等于2，将合束激光分为至少一条合束探测激光和至少一条合束本振激光，合束探测激光与合束本振激光例如可以相同，两者均包括第一激光、第二激光以及第三激光中每一个的一部分。在一些实施例中，分光器60可以将合束激光分为多条合束探测激光和多条合束本振激光，并将多条合束探测激光和多条合束本振激光分别传输至多个激光传输探测通道100，每个激光传输探测通道100接收一条合束探测激光和一条合束本振激光。
本振波长分束器70配置为接收所述合束本振激光，并将所述合束本振激光分为第一本振激光Lo1、第二本振激光Lo2以及第三本振激光Lo3。第一本振激光Lo1、第二本振激光Lo2以及第三本振激光Lo3分别与第一探测激光L1、第二探测激光L2和第三探测激光L3具有相同的中心频率、相位、调频等。第一本振激光Lo1、第二本振激光Lo2以及第三本振激光Lo3的中心频率各不相同，且相差较小，采用本振波长分束器70可以方便准确的将第一本振激光Lo1、第二本振激光Lo2以及第三本振激光Lo3分开。
在一些实施例中，本振波长分束器70设置在激光传输探测通道100中，每个激光传输探测通道100包括一个波长分束器70。
在一些实施例中，如图2所示，所述第一探测装置31，例如为相干探测装置，接收所述第一反射激光RL1以及第一本振激光Lo1，并探测所述第一反射激光RL1与第一本振激光Lo1的拍频输出第一探测信息。所述第二探测装置32接收所述第二反射激光RL2以及第二本振激光Lo2，并探测所述第二反射激光RL2与第二本振激光Lo2的拍频输出第二探测信息；所述第三探测装置33接收所述第三反射激光RL3以及第三本振激光Lo3，并探测所述第三反射激光RL3与第三本振激光Lo3的拍频输出第三探测信息，所述第一探测信息、第二探测信息以及第三探测信息构成所述探测信息。
在一些实施例中，如图2所示，第一探测装置31包括第一混频器311以及第一检测器312，第一混频器311接收第一反射激光RL1以及第一本振激光Lo1，并对第一反射激光RL1以及第一本振激光Lo1执行混频操作输出第一混频光束，第一检测器312接收第一混频光束并执行拍频操作输出第一探测信息，第一探测信息例如为第一拍频信息。
在一些实施例中，如图2所示，第二探测装置32包括第二混频器321以及第二检测器322，第二混频器321接收第二反射激光RL2以及第二本振激光Lo2，并对第二反射激光RL2以及第二本振激光Lo2执行混频操作输出第二混频光束，第二检测器322接收第二混频光束并执行拍频操作输出第二探测信息，第二探测信息例如为第二拍频信息。
在一些实施例中，如图2所示，第三探测装置33包括第三混频器331以及第三检测器332，第三混频器331接收第三反射激光RL3以及第三本振激光Lo3，并对第三反射激光RL3以及第三本振激光Lo3执行混频操作输出第三混频光束，第三检测器332接收第三混频光束并执行拍频操作输出第三探测信息，第三探测信息例如为第三拍频信息。
在一些实施例中，第一混频器311、第二混频器321以及第三混频器331中的任一个例如为2x2耦合器，90度混频器等，第一检测器312、第二检测器322以及第三检测332中的任一个例如为光电探测器，平衡探测器等。
在一些实施例中，如图2所示，激光雷达1000还包括采集处理装置80，采集处理装置80接收来自探测装置30的探测信息，例如包括第一探测信息、第二探测信息以及第三探测信息，并对对该探测信息进行采集并处理，确定探测的障碍物T相对于激光雷达1000的距离与速度。采集处理装置80例如包括采集器及处理器，采集器可以将为模拟信号的探测信息转换为数字信号，例如为模数转换器，处理器对所述数字信号进行处理，进而确定探测的障碍物T相对于激光雷达1000的距离与速度，处理器例如为现场可编程逻辑门阵列(FPGA)，数字信号处理(DSP)等。
在一些实施例中，如图2所示，所述激光雷达还包括第一激光光源91、第二激光光源92以及第三激光光源93，第一激光光源91配置为发射第一激光，第一激光为周期性的升频波形，可以参考图3和图4中第一探测激光L1的波形；第二激光光源92配置为发射第二激光，第二激光为周期性的降频波形，可以参考图3和图4中第二探测激光L2的波形；第三激光光源92配置为发射第三激光，第三激光为恒频波形，可以参考图3和图4中第三探测激光L3的波形。第一激光光源91、第二激光光源92以及第三激光光源93中的任一个例如为固态激光器、半导体激光器等，具体可以为分布式反馈激光器(DFB)，垂直腔面发射激光器(VCSEL)，外腔激光器等。
在一些实施例中，如图2所示，所述激光雷达1000还包括：透镜组件L。透镜组件L设置在所述光发射/接收端10与障碍物T之间，配置为对所述光发射/接收端10出射的合束探测激光执行准直，以及对所述合束反射激光执行聚焦以耦合进入所述光发射/接收端10。
在一些实施例中，所述激光雷达1000还包括光束扫描引导装置，设置在透镜组件L与障碍物T之间，以实现光的偏转及扫描。
图5为本发明一些实施例中提供的激光雷达的结构示意图，其中仅示出了一个激光传输探测通道。图5所示的实施例与图2所示的实施例大致相同，两者相同之处在此不再赘述，以下仅针对两者的不同之处进行描述。
与图2所示的实施例不同的是，本实施例中的激光雷达1000未设置本振波长分束器70以及分光器60，而是分别对应第一激光、第二激光以及第三激光增设了第一分光器71、第二分光器72以及第三分光器73。
具体地，参见图5，第一分光器71配置为接收第一激光并将第一激光分为第一探测激光L1与第一本振激光Lo1；第二分光器72配置为接收第二激光并将第二激光分为第二探测激光L2与第二本振激光Lo2；第三分光器73配置为接收第三激光并将第三激光分为第三探测激光L3与第三本振激光Lo3。
波长合束器50配置为接收第一探测激光L1、第二探测激光L2以及第三探测激光L3并将所述第一探测激光L1、第二探测激光L2以及第三探测激光合束L3为合束探测激光，合束探测激光入射至激光传输探测通道100中。
第一本振激光Lo1、第二本振激光Lo2以及第三本振激光Lo3分别直接传输至第一探测装置31、第二探测装置32以及第三探测装置33。
如图5所示，所述第一探测装置31接收所述第一反射激光RL1以及第一本振激光Lo1，并探测所述第一反射激光RL1与第一本振激光Lo1的拍频输出第一探测信息。所述第二探测装置32接收所述第二反射激光RL2以及第二本振激光Lo2，并探测所述第二反射激光RL2与第二本振激光Lo2的拍频输出第二探测信息；所述第三探测装置33接收所述第三反射激光RL3以及第三本振激光Lo3，并探测所述第三反射激光RL3与第三本振激光Lo3的拍频输出第三探测信息，所述第一探测信息、第二探测信息以及第三探测信息构成所述探测信息。
在一些实施例中，如图5所示，所述激光雷达还包括第一激光光源91、第二激光光源92以及第三激光光源93，第一激光光源91配置为发射第一激光，第一激光为周期性的升频波形，可以参考图3和图4中第一探测激光L1的波形；第二激光光源92配置为发射第二激光，第二激光为周期性的降频波形，可以参考图3和图4中第二探测激光L2的波形；第三激光光源92配置为发射第三激光，第三激光为恒频波形，可以参考图3和图4中第三探测激光L3的波形。第一激光光源91、第二激光光源92以及第三激光光源93中的任一个例如为固态激光器、半导体激光器等，具体可以为分布式反馈激光器(DFB)，垂直腔面发射激光器(VCSEL)，外腔激光器等。
本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
最后应说明的是：本说明书中各个实施例采用举例的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
以上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精神和范围。
Claims (10)
1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括至少一个激光传输探测通道，
所述激光传输探测通道包括：
光发射/接收端，配置为发射合束探测激光，所述合束探测激光包括第一探测激光、第二探测激光以及第三探测激光，所述第一探测激光、第二探测激光和第三探测激光中的至少两个为调频激光且具有相同扫频周期，在任意扫频周期内，所述第一探测激光、第二探测激光和第三探测激光中的一个具有升频段，另一个具有降频段，再一个具有恒频段，所述合束探测激光遇到障碍物后反射产生合束反射激光，所述光发射/接收端还配置为接收所述合束反射激光；
探测波长分束器，将所述合束反射激光分为第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光；以及
探测装置，包括第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置，所述第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置分别接收第一反射激光、第二反射激光以及第三反射激光并执行探测，基于所述第一探测装置、第二探测装置以及第三探测装置的探测信息确定探测结果。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其中，所述激光传输探测通道还包括：
偏振旋转分束器，设置光发射/接收端与探测波长分束器之间，配置为：
接收进入激光传输探测通道的所述合束探测激光，并将所述合束探测激光传输至所述光发射/接收端；以及
接收来自所述光发射/接收端的所述合束反射激光，改变所述合束反射激光的偏振方向，使得所述合束反射激光传输至所述探测波长分束器。
3.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中，所述第一探测激光、第二探测激光以及第三探测激光的中心频率各不相同。
4.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中，所述探测结果包括障碍物的相对于所述激光雷达的距离和/或速度。
5.根据权利要求4所述的激光雷达，其中，所述障碍物的相对于所述激光雷达的距离R由以下公式组确定：
其中，C0为光速，T0为扫频周期，fBW为扫频带宽，fd为距离引起的拍频，Δf1为所述升频段的升频拍频，Δf2为所述降频段的降频拍频，Δf3为所述恒频段的恒频拍频。
6.根据权利要求4所述的激光雷达，其中，所述障碍物的相对于所述激光雷达的速度v由以下公式组确定：
其中，C0为光速，f0为激光中心频率，fv为速度引起的拍频，fd为距离引起的拍频，Δf1为所述升频段的升频拍频，Δf2为所述降频段的降频拍频，Δf3为所述恒频段的恒频拍频。
7.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中，所述激光雷达还包括：
波长合束器，配置为接收第一激光、第二激光以及第三激光并将所述第一激光、第二激光以及第三激光合束为合束激光；以及
分光器，配置为将所述合束激光分为合束探测激光以及合束本振激光；以及
本振波长分束器，配置为接收所述合束本振激光，并将所述合束本振激光分为第一本振激光、第二本振激光以及第三本振激光，
所述第一探测装置接收所述第一反射激光以及第一本振激光，并探测所述第一反射激光与第一本振激光的拍频输出第一探测信息；所述第二探测装置接收所述第二反射激光以及第二本振激光，并探测所述第二反射激光与第二本振激光的拍频输出第二探测信息；所述第三探测装置接收所述第三反射激光以及第三本振激光，并探测所述第三反射激光与第三本振激光的拍频输出第三探测信息，所述第一探测信息、第二探测信息以及第三探测信息构成所述探测信息。
8.根据权利要求7所述的激光雷达，其中，所述激光雷达还包括：
第一激光光源，配置为发射第一激光；
第二激光光源，配置为发射第二激光；以及
第三激光光源，配置为发射第三激光。
9.根据权利要求1或2所述的激光雷达，其中，所述激光雷达还包括：
第一分光器，配置为接收第一激光并将第一激光分为第一探测激光与第一本振激光；
第二分光器，配置为接收第二激光并将第二激光分为第二探测激光与第二本振激光；
第三分光器，配置为接收第三激光并将第三激光分为第三探测激光与第三本振激光；
波长合束器配置为接收第一探测激光、第二探测激光以及第三探测激光并将所述第一探测激光、第二探测激光以及第三探测激光合束为合束探测激光；
所述第一探测装置接收所述第一反射激光以及第一本振激光，并探测所述第一反射激光与第一本振激光的拍频输出第一探测信息；所述第二探测装置接收所述第二反射激光以及第二本振激光，并探测所述第二反射激光与第二本振激光的拍频输出第二探测信息；所述第三探测装置接收所述第三反射激光以及第三本振激光，并探测所述第三反射激光与第三本振激光的拍频输出第三探测信息，所述第一探测信息、第二探测信息以及第三探测信息构成所述探测信息。
10.根据权利要求9所述的激光雷达，其中，所述激光雷达还包括：
第一激光光源，配置为发射第一激光；
第二激光光源，配置为发射第二激光；以及
第三激光光源，配置为发射第三激光。
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