CN116879912A - 全固态激光雷达 - Google Patents

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CN116879912A CN202310891032.4A CN202310891032A CN116879912A CN 116879912 A CN116879912 A CN 116879912A CN 202310891032 A CN202310891032 A CN 202310891032A CN 116879912 A CN116879912 A CN 116879912A
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Abstract

本申请提供了一种全固态激光雷达，涉及雷达技术领域，该全固态激光雷达包括：激光发射装置、激光接收装置和处理模块，全固态激光雷达单次测距时，处理模块通过N个不同的预设时间(激光发射装置发射的激光波束的脉宽结束时刻与激光接收装置的首曝光像素的结束曝光时刻之间的时间差)分N次控制激光发射装置发射激光，即将全固态激光雷达的整个测距范围划分为N段进行测量，其中N≥1，单次激光测量N段中的一段，并将N次激光测量的结果融合成全固态激光雷达的测距信息；本申请扩大了全固态激光雷达的测距范围，提升了测距能力，扩宽了全固态激光雷达的应用范围。

Description

全固态激光雷达
技术领域
本申请涉及雷达技术领域，并且更具体地，涉及雷达技术领域中一种全固态激光雷达。
背景技术
随着技术进步，激光雷达在自动驾驶、导航避障(AutoNated Guided Vehicle，AGV)、港口、矿山、交通等领域已得到广泛应用。传统的机械式激光雷达，因为存在旋转部件，导致其长期工作的可靠性以及恶劣环境的适应性明显不足。为解决上述问题，全固态激光雷达应运而生。全固态激光雷达采用全固态设计，即激光雷达内没有基于电机的旋转部件，也没有微机电系统(Nicro-Electro-Nechanical SysteNs，MEMS)等微机电部件，其长期工作的可靠性以及恶劣环境的适应性较传统的机械式激光雷达和半固态激光雷达大幅提高。全固态激光雷达技术路线主要包括FLASH固态激光雷达方案和OPA(Optical PhasedArray)固态激光雷达方案，其中FLASH固态激光雷达方案因技术成熟，已成为当前全固态激光雷达主流方案。
FLASH固态激光雷达方案分为ITOF(Indirect TiNe-of-Flight)和DTOF(DirectTiNe-of-Flight)两种技术原理，两种技术原理互有优缺点，各自有适用的场景。例如，基于ITOF原理的全固态激光雷达由一组光源组件、一组接收组件和主控芯片及其外围电路组成。光源组件一般由激光器及其准直整形镜头组成，光源组件响应主控芯片发出的激光驱动信号，发出激光，一般为矩形面激光；激光传输过程中遇到被测物体产生漫反射，漫反射的光回波信号由接收组件接收。接收组件由ITOF传感器及其接收镜头组成，接收镜头将漫反射的光回波信号汇聚至ITOF传感器感光面，ITOF传感器通过全局曝光将汇聚后的光回波信号转换成电信号供主控芯片采集和处理。由于基于ITOF原理的全固态激光雷达的光源组件发出的激光具有一定发散角，发散角大小一般要与接收组件的接收视场角相等或相近；随着激光传播距离的增加，激光面将急剧扩大，单位面积的光功率急剧下降，造成被测物体单位面积漫反射回来的光能量急剧下降，接收组件接收不到足够的漫反射光回波能量，导致基于ITOF原理的全固态激光雷达无法实现远距离测距，降低了雷达的测距能力。
发明内容
本申请提供了一种全固态激光雷达，该全固态激光雷达能够扩大测距范围，提升雷达的测距能力。
本申请提供的一种全固态激光雷达包括：激光发射装置，用于发射激光；
激光接收装置，用于接收所述激光的回波信号；
处理模块，用于执行分段测距策略，采用多个不同的预设时间分次控制所述激光发射装置发射所述激光，所述激光接收装置分次接收到的所述激光的回波信号由所述处理模块计算得到多个分段距离信息，所述处理模块再将所述多个分段距离信息融合成所述全固态激光雷达的测距信息；
其中，每次控制所述激光发射装置发射所述激光，采用的所述预设时间不同，所述预设时间为所述激光发射装置发射的激光波束的脉宽结束时间与所述激光接收装置的首曝光像素的结束曝光时间之间的时间差。
一种可能的实现方式中，所述处理模块还用于：响应于参数设置指令，根据所述参数设置指令调整所述全固态激光雷达的工作参数，并根据调整后的所述工作参数控制所述激光发射装置发射所述激光以及控制所述激光接收装置接收所述激光的回波信号，以扩大所述目标物体的测距范围；其中，所述工作参数包括以下参数中的至少一个：
所述激光发射装置发射所述激光的脉宽；
所述激光接收装置的首曝光像素的曝光时间；
所述激光接收装置的次曝光像素的曝光时间；
多个不同的所述预设时间。
一种可能的实现方式中，扩大后的所述目标物体的测距范围在内；其中，c为光在空气中的传播速度，Ts为所述预设时间，Ta为所述首曝光像素的曝光时间。
一种可能的实现方式中，所述激光发射装置包括N个，N大于或者等于1；所述处理模块还用于：控制N个所述激光发射装置中的部分激光发射装置同时发射所述激光；对于每个所述激光发射装置，所述激光发射装置包括激光光源组件和驱动电路，所述激光光源组件与所述驱动电路电连接，所述驱动电路与所述处理模块电连接；其中，所述激光光源组件包括激光器和光学整形透镜，所述光学整形透镜包括第一镜片，所述第一镜片的个数为单个或者多个。
一种可能的实现方式中，所述处理模块还用于：控制N个所述激光发射装置各自同时或者分时发射所述激光。
一种可能的实现方式中，N个所述激光发射装置各自发射所述激光的第一视场角相同，所述第一视场角与所述激光接收装置接收回波信号的第二视场角之间的第一差异值小于第一预设值。
一种可能的实现方式中，N个所述激光发射装置包括X个具有第一水平视场角和第一垂直视场角的第一激光发射装置以及Y个具有第二水平视场角和第二垂直视场角的第二激光发射装置，X+Y＝N；所述第一水平视场角与所述第二水平视场角不同，和/或，所述第一垂直视场角与所述第二垂直视场角不同；所述第一水平视场角与所述激光接收装置接收回波信号的第三水平视场角之间的第二差异值小于第二预设值，和/或，所述第一垂直视场角与所述激光接收装置接收回波信号的第三垂直视场角之间的第三差异值小于第三预设值；所述第二水平视场角小于所述激光接收装置接收回波信号的第三水平视场角，和/或，所述第二垂直视场角小于所述激光接收装置接收回波信号的第三垂直视场角。
一种可能的实现方式中，所述激光接收装置包括M个，M大于或者等于1；在所述M＝1的情况下，所述激光接收装置用于接收N个所述激光发射装置各自发射的所述激光的回波信号；在所述M＝N的情况下，每个所述激光发射装置对应一个所述激光接收装置，对于每个所述激光接收装置，所述激光接收装置用于接收其对应的所述激光发射装置发射的所述激光的回波信号。
一种可能的实现方式中，对于每个所述激光接收装置，所述激光接收装置包括光电转换传感器和光学接收镜头，所述光电转换传感器与所述处理模块电连接；其中，所述光学接收镜头设有滤光片，所述光学接收镜头包括第二镜片，所述第二镜片的个数为单个或者多个。
一种可能的实现方式中，所述激光接收装置和所述处理模块集成或者封装为一个模块。
本申请的实施例所提供的一种全固态激光雷达，具备以下技术效果：
本申请提供的全固态激光雷达包括：激光发射装置、激光接收装置和处理模块，全固态激光雷达单次测距时，处理模块执行分段测距策略，采用多个不同的预设时间分次控制激光发射装置发射激光，激光接收装置分次接收到的激光的回波信号由处理模块计算得到多个分段距离信息，处理模块再将多个分段距离信息融合成全固态激光雷达的测距信息，即得到目标物体的测量距离，优化了既有的ITOF原理测距方法，实现了目标物体的距离的分段测量，能够在较小的激光波束的脉宽下，使得全固态激光雷达具有较大的测距范围，扩大了全固态激光雷达的测距范围，提升了测距能力，扩宽了全固态激光雷达的应用范围。
附图说明
图1示出了基于ITOF原理的全固态激光雷达的外观示意图；
图2示出了本申请实施例提供的一种全固态激光雷达的系统框图；
图3示出了本申请的全固态激光雷达分段测距的测距示意图；
图4示出了激光接收装置的首曝光像素和次曝光像素的时序图；
图5示出了激光发射装置和激光接收装置的布置示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义为，包括三个并列的方案，以“A和/或B为例”，包括A方案，或B方案，或A和B同时满足的方案。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。
随着技术进步，激光雷达在自动驾驶、AGV导航避障、港口、矿山、交通等领域已得到广泛应用。传统的机械式激光雷达，因为存在旋转部件，导致其长期工作的可靠性以及恶劣环境的适应性明显不足。为解决上述问题，全固态激光雷达应运而生。全固态激光雷达采用全固态设计，即激光雷达内没有基于电机的旋转部件，也没有MEMS等微机电部件，其长期工作的可靠性以及恶劣环境的适应性较传统的机械式激光雷达和半固态激光雷达大幅提高。全固态激光雷达技术路线主要包括FLASH固态激光雷达方案和OPA(Optical PhasedArray)固态激光雷达方案，其中FLASH固态激光雷达方案因技术成熟，已成为当前全固态激光雷达主流方案。
FLASH固态激光雷达方案分为ITOF(Indirect TiNe-of-Flight)和DTOF(DirectTiNe-of-Flight)两种技术原理，两种技术原理互有优缺点，各自有适用的场景。但相较于传统的机械式激光雷达，全固态激光雷达也有明显的不足，诸如测量距离较短、视场角一般较小等，极大限制的全固态激光雷达的应用前景。
一方面，如图1所示，图1示出了基于ITOF原理的全固态激光雷达的外观示意图，基于ITOF原理的全固态激光雷达由一组光源组件1、一组接收组件2和主控芯片及其外围电路组成。光源组件1一般由激光器及其准直整形镜头组成，光源组件1响应主控芯片发出的激光驱动信号，发出激光，一般为矩形面激光；激光传输过程中遇到被测物体产生漫反射，漫反射的光回波信号由接收组件接收。接收组件2由ITOF传感器及其接收镜头组成，接收镜头将漫反射的光回波信号汇聚至ITOF传感器感光面，ITOF传感器通过全局曝光将汇聚后的光回波信号转换成电信号供主控芯片采集和处理。由于基于ITOF原理的全固态激光雷达的光源组件发出的激光具有一定发散角，发散角大小一般要与接收组件的接收视场角相等或相近；随着激光传播距离的增加，激光面将急剧扩大，单位面积的光功率急剧下降，造成被测物体单位面积漫反射回来的光能量急剧下降，接收组件2接收不到足够的漫反射光回波能量，导致基于ITOF原理的全固态激光雷达无法实现远距离测距，降低了雷达的测距能力。另外，基于ITOF原理的全固态激光雷达的限测距范围一般受其发出的激光的脉宽或相位限制，无法实现远距离测距。
另一方面，基于DTOF原理的全固态激光雷达的设计外观与基于DTOF原理的全固态激光雷达的设计外观相似，如图1所示，基于DTOF原理的全固态激光雷达同样由一组光源组件1、一组接收组件2和主控芯片及其外围电路组成。光源组件1一般由线光源激光器或点阵激光器及其准直整形镜头组成，光源组件1响应全固态激光雷达的主控芯片发出的激光驱动信号，发出线激光或点阵激光；线激光或点阵激光传输过程中遇到被测物体产生漫反射，漫反射的光回波信号由接收组件2接收。接收组件2由DTOF传感器及其接收镜头组成，接收镜头将漫反射的光回波信号汇聚至DTOF传感器感光面，DTOF传感器通过Rolling曝光将汇聚后的光回波信号转换成电信号供主控芯片采集和处理。对于基于DTOF原理的全固态激光雷达存在的缺点，一是受半导体工艺能力限制，DTOF原理的传感器像素尺寸较大，相同感光面积下，DTOF原理传感器的像素数量要明显少于ITOF原理传感器，导致在相同视场角下，基于DTOF原理的全固态激光雷达的角分辨率要明显低于基于ITOF原理的全固态激光雷达。二是，DTOF原理的传感器的成本远高于ITOF原理的传感器，在成本敏感的产品领域无法大规模使用。
基于ITOF原理的全固态激光雷达和基于DTOF原理的全固态激光雷达所存在的问题，本申请实施例提供了一种全固态激光雷达，以解决上述两种原理的全固态激光雷达所存在问题。
以下为本申请实施例提供的一种全固态激光雷达的一实施例。
图2示出了本申请实施例提供的一种全固态激光雷达的系统框图，如图2所示，本申请实施例提供的全固态激光雷达包括激光发射装置100、激光接收装置200和处理模块300；激光发射装置100和激光接收装置200均与处理模块300通信连接，激光发射装置100用于发射激光，该激光可以是面激光，也可以是线激光，也可以是散点激光，激光接收装置200用于接收激光发射装置100发射的激光的回波信号，处理模块300用于执行分段测距策略，即采用多个不同的预设时间分次控制激光发射装置100发射激光，激光接收装置200分次接收到的激光的回波信号由处理模块300计算得到多个分段距离信息，处理模块300再将多个分段距离信息融合成全固态激光雷达的测距信息，即得到目标物体的测量距离。
处理模块300具有根据回波信号计算距离的功能以及求和计算的功能，执行分段测距策略期间，激光发射装置100每次发射激光之后，处理模块300根据激光接收装置200每次接收到的激光的回波信号计算出一个分段距离信息，激光发射装置100发射激光多次之后，处理模块300会计算出多个分段距离信息，处理模块300然后将这多个分段距离信息进行相加，得到全固态激光雷达的测距信息，从而实现目标物体距离的测量。其中，每次控制激光发射装置发射激光，采用的预设时间不同，预设时间为激光发射装置发射的激光波束的脉宽结束时间与激光接收装置的首曝光像素的结束曝光时间之间的时间差，多个不同的预设时间可以是用户设置的，设置完成之后，全固态激光雷达按照设置的多个不同的预设时间进行分段测距，从而得到目标物体的测量距离。
可以理解的是，处理模块300执行分段测距策略以实现测量目标物体的测量距离的原理是：将全固态激光雷达与目标物体之间的距离的测量次数划分为了K次，第1次采用一个预设时间控制激光发射装置100发射激光，并获取激光接收装置200第1次接收到的激光的回波信号，然后第2次采用一个预设时间控制激光发射装置100发射激光，并获取激光接收装置200第2次接收到的激光的回波信号，接着第3次采用一个预设时间控制激光发射装置100发射激光，并获取激光接收装置200第3次接收到的激光的回波信号，依次类推，第K次采用一个预设时间控制激光发射装置100发射激光，并获取激光接收装置200第K次接收到的激光的回波信号，从而得到激光接收装置200第1次接收到的激光的回波信号、激光接收装置200第2次接收到的激光的回波信号、激光接收装置200第3次接收到的激光的回波信号、...、激光接收装置200第K次接收到的激光的回波信号，即可以获取到K个激光的回波信号。其中，处理模块300在第1次、第2次、第3次、...、第K次分别控制激光发射装置100发射激光所采用的预设时间是不同的，且下一次采用的预设时间大于上一次采用的预设时间，例如第1次对应的是第1预设时间，第2次对应的是第2预设时间，第3次对应的是第3预设时间,...,第K次对应的是第K预设时间，那么第1预设时间<第2预设时间<第3预设时间,...,<第K预设时间。
由于多个预设时间不相同，且处理模块300下一次控制激光发射装置100发射激光所采用的预设时间大于上一次控制激光发射装置100发射激光所采用的预设时间，那么处理模块300下一次控制激光发射装置100发射激光所对应的测距范围大于上一次控制激光发射装置100发射激光所对应的测距范围。当处理模块300执行完成分段测距策略之后，获取到K个激光的回波信号，然后通过每个激光的回波信号计算出距离数据，得到多个距离数据，进而将多个距离数据进行相加得到目标物体的测量距离，如此全固态激光雷达与目标物体之间的距离测量完成。其中，将多个距离数据进行相加得到目标物体的测量距离过程为：如果通过获取到的K个激光的回波信号都计算出了距离数据，表示目标物体在每次控制激光发射装置100发射激光所对应的测距范围之内，则计算多个距离数据的平均值，得到目标物体的测量距离。如果只通过获取到的K个激光的回波信号中的第K个激光的回波信号计算出了距离数据，表示前K-1个激光的回波信号都无法计算出距离数据，表示目标物体在前K-1次控制激光发射装置100发射激光所对应的测距范围之外，而在第K次控制激光发射装置100发射激光所对应的测距范围之内，则将第1次至第K次计算得到的距离数据相加，得到目标物体的测量距离。
如图3所示，图3示出了本申请的全固态激光雷达分段测距的测距示意图，图3中H1表示全固态激光雷，H2表示目标物体，例如K＝3，即测量目标物体的距离需要分段测量3次，假设3个预设时间分别是Ts1、Ts2和Ts3，Ts1<Ts2<Ts3，处理模块300第1次采用Ts1控制激光发射装置100发射激光，并获取激光接收装置200第1次接收到的激光的回波信号；第2次采用Ts2控制激光发射装置100发射激光，并获取激光接收装置200第2次接收到的激光的回波信号；第3次采用Ts3控制激光发射装置100发射激光，并获取激光接收装置200第3次接收到的激光的回波信号。其中，第1次采用Ts1控制激光发射装置100发射激光之后，激光从P0点飞行到了P1点，飞行的距离为D1，即第1次采用Ts1控制激光发射装置100发射激光所对应的测距范围为0～D1；第2次采用Ts2控制激光发射装置100发射激光之后，激光从P0点飞行到了P2点，飞行的距离为D1+D2，即第2次采用Ts2控制激光发射装置100发射激光所对应的测距范围为D2；第3次采用Ts3控制激光发射装置100发射激光之后，激光从P0点飞行到了P3点，飞行的距离为D1+D2+D3，即第3次采用Ts3控制激光发射装置100发射激光所对应的测距范围为D3。其中，P0点为激光发射装置100的出光侧，P3点在目标物体上。当处理模块300执行完成分段测距策略之后，获取到3个激光的回波信号，然后通过每个激光的回波信号计算出距离数据，得到3个距离数据，进而将3个距离数据进行相加得到目标物体的测量距离，即为D1+D2+D3。
本申请的全固态激光雷达单次测距时，处理模块执行分段测距策略，采用多个不同的预设时间分次控制激光发射装置发射激光，激光接收装置分次接收到的激光的回波信号由处理模块计算得到多个分段距离信息，处理模块再将多个分段距离信息融合成全固态激光雷达的测距信息，即得到目标物体的测量距离，优化了既有的ITOF原理测距方法，实现了目标物体的距离的分段测量，能够在较小的激光波束的脉宽下，使得全固态激光雷达具有较大的测距范围，扩大了全固态激光雷达的测距范围，提升了测距能力，扩宽了全固态激光雷达的应用范围。
一种可能的实现方式中，处理模块300还用于：响应于参数设置指令，根据参数设置指令调整全固态激光雷达的工作参数，并根据调整后的工作参数控制激光发射装置发射激光以及控制激光接收装置接收激光的回波信号，以扩大目标物体的测距范围。其中，工作参数包括以下参数中的至少一个：
激光发射装置100发射激光的脉宽，表示为Tx；
激光接收装置200的首曝光像素A的曝光时间，表示为Ta；
激光接收装置200的次曝光像素B的曝光时间，表示为Tb；
多个不同的预设时间Ts。
参数设置指令由用户触发，用户触发参数设置指令之后，可以对Tx、Ta、Tb以及多个Ts中的至少一个进行调整，也就是根据实际的测距需求对Tx、Ta、Tb以及多个Ts中的至少一个进行设置。如图4所示，图4示出了激光接收装置的首曝光像素和次曝光像素的时序图，t0为激光波束的脉冲Tx的起始时间，t2为激光波束的脉冲Tx的结束时间，即上述激光发射装置100发射的激光波束的脉宽结束时间，t1为首曝光像素A的曝光起始时刻，t3为首曝光像素A的曝光结束时刻，t4为次曝光像素B的曝光结束时刻，Ts＝t3-t2，首曝光像素A的曝光结束时刻与次曝光像素B曝光的起始时刻相同，即t3为首曝光像素A的曝光结束时刻，也为次曝光像素B曝光的起始时刻。
用户对Tx、Ta、Tb以及多个Ts中的至少一个进行设置之后，处理模块300响应参数设置指令，根据参数设置指令调整全固态激光雷达的工作参数，并根据调整后的工作参数控制激光发射装置100发射激光以及控制激光接收装置200接收激光的回波信号。由于Ts包括多个，通过设置不同的Ts，并根据调整后的Tx和/或Ts控制激光发射装置100发射激光，以及根据调整后的Ta和/或Tb控制激光接收装置200接收激光的回波信号，可以扩大目标物体的测距范围，从而有利于提高全固态激光雷达的测距能力。
当Ta＝Tx，扩大后的目标物体的测距范围在内；其中，c为光在空气中的传播速度，Ts为预设时间，Ta为首曝光像素A的曝光时间。
一种可能的实现方式中，激光发射装置包括N个，N大于或者等于1，处理模块300还用于控制N个激光发射装置100中的部分激光发射装置同时发射激光。例如当需要扩大全固态激光雷达接收信号的动态范围时，可以根据被测目标的距离和反射率，控制N个激光发射装置中的L个激光发射装置同时发射激光，L<N，如此可提激光的发射频率，也可扩大全固态激光雷达接收信号的动态范围。
一种可能的实现方式中，处理模块300还用于控制N个激光发射装置各自同时或者分时发射激光。例如，当需要测量的目标物体距离较远或反射率较低时，控制控制N个激光发射装置各自同时发射激光；当需要提高激光的发射频率时，控制N个激光发射装置各自分时发射激光。
一种可能的实现方式中，N个激光发射装置各自发射激光的第一视场角相同，第一视场角与激光接收装置接收回波信号的第二视场角之间的第一差异值小于第一预设值，即N个激光发射装置各自发射激光的第一视场角相同表示N个激光发射装置各自发射激光的水平视场角是相同的，以及各自发射激光的垂直视场角也是相同的，第一视场角与激光接收装置接收回波信号的第二视场角之间的第一差异值小于第一预设值，表示N个激光发射装置各自发射激光的水平视场角与激光接收装置接收回波信号的水平视场角可以相同或者相近，和/或，N个激光发射装置各自发射激光的垂直视场角与激光接收装置接收回波信号的垂直视场角也可以相同或者相近，从而可以提高激光光源的光功率利用率。
一种可能的实现方式中，N个激光发射装置包括X个具有第一水平视场角和第一垂直视场角的第一激光发射装置以及Y个具有第二水平视场角和第二垂直视场角的第二激光发射装置，X+Y＝N；
第一水平视场角与第二水平视场角不同，和/或，第一垂直视场角与第二垂直视场角不同；
第一水平视场角与激光接收装置接收回波信号的第三水平视场角之间的第二差异值小于第二预设值，和/或，第一垂直视场角与激光接收装置接收回波信号的第三垂直视场角之间的第三差异值小于第三预设值；
第二水平视场角小于激光接收装置接收回波信号的第三水平视场角，和/或，第二垂直视场角小于激光接收装置接收回波信号的第三垂直视场角。
N个激光发射装置包括X个具有第一水平视场角和第一垂直视场角的第一激光发射装置以及Y个具有第二水平视场角和第二垂直视场角的第二激光发射装置，表示N个激光发射装置中不仅包括了具有第一水平视场角和第一垂直视场角的第一部分激光发射装置，还包括了具有第二水平视场角和第二垂直视场角的第二部分激光发射装置。
第一水平视场角与第二水平视场角不同，和/或，第一垂直视场角与第二垂直视场角不同，表示第一部分激光发射装置发射激光的水平视场角与第二部分激光发射装置发射激光的水平视场角不同，和/或，第一部分激光发射装置发射激光的垂直视场角与第二部分激光发射装置发射激光的垂直视场角也不同。
第一水平视场角与激光接收装置接收回波信号的第三水平视场角之间的第二差异值小于第二预设值，和/或，第一垂直视场角与激光接收装置接收回波信号的第三垂直视场角之间的第三差异值小于第三预设值，表示第一部分激光发射装置发射激光的水平视场角与激光接收装置接收回波信号的水平视场角相同或相近，和/或，第一部分激光发射装置发射激光的垂直视场角与激光接收装置接收回波信号的垂直视场角相同或相近。
第二水平视场角小于激光接收装置接收回波信号的第三水平视场角，和/或，第二垂直视场角小于激光接收装置接收回波信号的第三垂直视场角，表示第二部分激光发射装置发射激光的水平视场角小于激光接收装置接收回波信号的水平视场角，和/或，第二部分激光发射装置发射激光的垂直视场角小于激光接收装置接收回波信号的垂直视场角。
通过设置部分激光发射装置发射激光的水平视场角和垂直视场角与激光接收装置接收回波信号的水平视场角和垂直视场角相同或相近，设置部分激光发射装置发射激光的水平视场角和垂直视场角小于激光接收装置接收回波信号对应的水平视场角和垂直视场角，能够在确保激光接收装置接收回波信号的水平视场角和垂直视场角范围内均有激光光源照射的前提下，提高激光接收装置的接收视场内特定视场角范围内的光功率密度，提高回波信号的信噪比，提升全固态激光雷达对该特定视场角范围内的目标发现能力。其中，特定视场角范围小于激光接收装置的接收视场。
一种可能的实现方式中，对于每个激光发射装置，激光发射装置包括激光光源组件和驱动电路，激光光源组件与驱动电路电连接，驱动电路与处理模块电连接；其中，激光光源组件包括激光器和光学整形透镜，光学整形透镜包括第一镜片，第一镜片的个数为单个或者多个，即光学整形透镜可以是单片透镜，也可以是多片透镜组成的透镜组，透镜材料包括但不限于玻璃、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PolymethylMethacrylate，PMMA)等，有利于提高光学整形透镜设计的灵活性。
处理模块包括处理器和外围电路，处理模块用于控制激光发射装置发射激光，以及采集和处理激光接收装置接收的回波信号，还用于根据用户触发的参数设置指令调整全固态激光雷达的工作参数。
处理器通过控制驱动电路，驱动电路驱动激光光源组件中的激光器发射激光，激光器发射的激光经过光学整形透镜射向外界环境。其中，激光器包括但不限于边发射激光器(Edge-Emitting Laser，EEL)、垂直腔面发射激光器(Vertical-cavity Surface-emitting Laser，VCSEL)、固体激光器以及光纤激光器等，如此可以提高激光器选择的灵活性。激光器发射的激光的波长包括但不限于808nm、850nm、905nm、940nm等，有利于拓宽激光器的应用场景。
一种可能的实现方式中，激光接收装置包括M个，M大于或者等于1；在M＝1的情况下，激光接收装置用于接收N个激光发射装置各自发射的激光的回波信号；在M＝N的情况下，每个激光发射装置对应一个激光接收装置，对于每个激光接收装置，激光接收装置用于接收其对应的激光发射装置发射的激光的回波信号。
应理解的是，如果M＝1，N个激光发射装置各自发射的激光的回波信号都通过该1个激光接收装置接收，如图5所示，图5示出了激光发射装置和激光接收装置的布置示意图，图5中的左图，示出了N个激光发射装置和1个激光接收装置的一种排布位置，R表示激光接收装置，G1、G2、...、GN均表示激光接收装置。
如果M＝N，即每个激光发射装置对应一个激光接收装置，对于每个激光接收装置，激光接收装置用于接收其对应的激光发射装置发射的激光的回波信号，图5中的右图，示出了N个激光发射装置和M个激光接收装置的一种排布位置，R1、R2、...、RM均表示激光接收装置，G1、G2、...、GN均表示激光接收装置。R1接收G1发射的激光的回波信号，R2接收G2发射的激光的回波信号，..，RM接收GN发射的激光的回波信号。本申请对于至少1个激光发射装置和至少1个激光接收装置的排布位置无特殊要求，在确保光路无遮挡的前提下，至少1个激光发射装置和至少1个激光接收装置的排布位置可以根据实际需求布置，有利于提高激光发射装置和激光接收装置布置的灵活性。
一种可能的实现方式中，对于每个激光接收装置，激光接收装置包括光电转换传感器和光学接收镜头，光电转换传感器与处理模块电连接；其中，激光的回波信号经过光学接收镜头之后，光电转换传感器采集到激光的回波信号，将回波信号转换成电信号，并将电信号发送给处理模块，即处理模块获取到激光的回波信号。
光学接收镜头设有滤光片，滤光片能够对激光以外的其他杂光进行过滤，有利于提高测距的精度。光学接收镜头包括第二镜片，第二镜片的个数为单个或者多个，即光学接收镜头可以是单片透镜，也可以是多片透镜组成的透镜组，透镜材料包括但不限于玻璃、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯等，有利于提高光学接收镜头设计的灵活性。
一种可能的实现方式中，激光接收装置200和处理模块300集成或者封装为一个模块，如此设计可以节省全固态激光雷的内部空间，以及降低全固态激光雷的体积。
以上仅为本申请的优选实施例，并非因此限制本申请的专利范围，凡是在本申请的发明构思下，利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种全固态激光雷达，其特征在于，所述全固态激光雷达包括：
激光发射装置，可用于发射激光；
激光接收装置，用于接收所述激光的回波信号；
处理模块，用于执行分段测距策略，采用多个不同的预设时间分次控制所述激光发射装置发射所述激光，所述激光接收装置分次接收到的所述激光的回波信号由所述处理模块计算得到多个分段距离信息，所述处理模块再将所述多个分段距离信息融合成所述全固态激光雷达的测距信息；
其中，每次控制所述激光发射装置发射所述激光，采用的所述预设时间不同，所述预设时间为所述激光发射装置发射的激光波束的脉宽结束时刻与所述激光接收装置的首曝光像素的结束曝光时刻之间的时间差。
2.根据权利要求1所述的全固态激光雷达，其特征在于，所述处理模块还用于：响应于参数设置指令，根据所述参数设置指令调整所述全固态激光雷达的工作参数，并根据调整后的所述工作参数控制所述激光发射装置发射所述激光以及控制所述激光接收装置接收所述激光的回波信号，以扩大所述目标物体的测距范围；
其中，所述工作参数包括以下参数中的至少一个：
所述激光发射装置发射所述激光的脉宽；
所述激光接收装置的首曝光像素的曝光时间；
所述激光接收装置的次曝光像素的曝光时间；
多个不同的所述预设时间。
3.根据权利要求2所述的全固态激光雷达，其特征在于，扩大后的所述目标物体的测距范围在内；其中，c为光在空气中的传播速度，Ts为所述预设时间，Ta为所述首曝光像素的曝光时间。
4.根据权利要求1至3任意一项所述的全固态激光雷达，其特征在于，所述激光发射装置包括N个，N大于或者等于1；
所述处理模块还用于：控制N个所述激光发射装置中的部分激光发射装置同时发射所述激光；
对于每个所述激光发射装置，所述激光发射装置包括激光光源组件和驱动电路，所述激光光源组件与所述驱动电路电连接，所述驱动电路与所述处理模块电连接；
其中，所述激光光源组件包括激光器和光学整形透镜，所述光学整形透镜包括第一镜片，所述第一镜片的个数为单个或者多个。
5.根据权利要求4所述的全固态激光雷达，其特征在于，所述处理模块还用于：控制N个所述激光发射装置各自同时或者分时发射所述激光。
6.根据权利要求4所述的全固态激光雷达，其特征在于，N个所述激光发射装置各自发射所述激光的第一视场角相同，所述第一视场角与所述激光接收装置接收回波信号的第二视场角之间的第一差异值小于第一预设值。
7.根据权利要求4所述的全固态激光雷达，其特征在于，N个所述激光发射装置包括X个具有第一水平视场角和第一垂直视场角的第一激光发射装置以及Y个具有第二水平视场角和第二垂直视场角的第二激光发射装置，X+Y＝N；
所述第一水平视场角与所述第二水平视场角不同，和/或，所述第一垂直视场角与所述第二垂直视场角不同；
所述第一水平视场角与所述激光接收装置接收回波信号的第三水平视场角之间的第二差异值小于第二预设值，和/或，所述第一垂直视场角与所述激光接收装置接收回波信号的第三垂直视场角之间的第三差异值小于第三预设值；
所述第二水平视场角小于所述激光接收装置接收回波信号的第三水平视场角，和/或，所述第二垂直视场角小于所述激光接收装置接收回波信号的第三垂直视场角。
8.根据权利要求4所述的全固态激光雷达，其特征在于，所述激光接收装置包括M个，M大于或者等于1；
在所述M＝1的情况下，所述激光接收装置用于接收N个所述激光发射装置各自发射的所述激光的回波信号；
在所述M＝N的情况下，每个所述激光发射装置对应一个所述激光接收装置，对于每个所述激光接收装置，所述激光接收装置用于接收其对应的所述激光发射装置发射的所述激光的回波信号。
9.根据权利要求8所述的全固态激光雷达，其特征在于，对于每个所述激光接收装置，所述激光接收装置包括光电转换传感器和光学接收镜头，所述光电转换传感器与所述处理模块电连接；
其中，所述光学接收镜头设有滤光片，所述光学接收镜头包括第二镜片，所述第二镜片的个数为单个或者多个。
10.根据权利要求1至3任意一项所述的全固态激光雷达，其特征在于，所述激光接收装置和所述处理模块集成或者封装为一个模块。
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