CN117872322A - 一种调频连续波激光雷达和雷达导航系统 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种调频连续波激光雷达和雷达导航系统，涉及雷达探测技术领域。本申请通过主控单元驱动调频连续波光源产生调频连续波光信号，并控制发射扫描组件将调频连续波光信号投射到待测对象上进行激光扫描，同时主控单元通过组件位置不同的多个回波接收组件分别接收由待测对象反射调频连续波光信号形成的回波光信号，以将单个发射扫描组件发射的调频连续波光信号作为位置不同的多个回波接收组件各自接收到的回波光信号共同的发射波信号，来确保基于单个光波发射方向上的调频连续波光信号和不同回波接收方向上的回波光信号测量出的三维运动速度信息满足实时性要求，从而在简化激光雷达架构的同时，针对待测对象实现三维速度实时测量功能。

Description

一种调频连续波激光雷达和雷达导航系统

技术领域

本申请涉及雷达探测技术领域，具体而言，涉及一种调频连续波激光雷达和雷达导航系统。

背景技术

随着科学技术的不断发展，激光雷达技术因其具有分辨率高、方向性好、抗干扰能力强、测距精度高、响应速度快、不受地面杂波影响等优势，被广泛应用于汽车自动驾驶、机器人巡航、安防监控、高精度测绘等领域，其中调频连续波（Frequency ModulatedContinuous Wave，FMCW）激光雷达技术便是当今激光雷达技术的一项重要研究方向。在调频连续波激光雷达的实际使用过程中，通常需要激光雷达发射对应频率随时间周期性变化的调频连续波光信号，并接收经被探测物体反射的回波光信号，而后解析发射波（即调频连续波光信号）和接收到的反射波（即回波光信号）之间的信号相干状况，来得到被探测物体相对于对应激光雷达的距离、运动速度等信息。

而值得注意的是，目前常规调频连续波激光雷达针对被探测物体测量到运动速度信息实质属于被探测物体在激光发射方向上的速度信息，无法有效测量出被探测物体在三维层面任意方向上的速度信息，不利于支撑对被测物体的准确判断操作和后续导航规避操作。因此，如何提供一种结构简单且能够针对被探测物体实现三维速度实时测量功能的调频连续波激光雷达便是当今调频连续波激光雷达技术的一项亟需解决的重要问题。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供一种调频连续波激光雷达和雷达导航系统，能够将单个发射扫描组件发射的调频连续波光信号同时作为位置不同的多个回波接收组件各自接收到的回波光信号所对应的发射波信号，使多个回波接收组件各自对应的发射波信号在待测对象上的实际扫描时机保持一致，来确保最终针对待测对象测量出的三维运动速度信息满足实时性要求，从而在简化激光雷达架构的同时，针对被探测物体实现三维速度实时测量功能，便于前述调频连续波激光雷达所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的导航定位功能，提高设备系统的安全性能。

为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：

第一方面，本申请提供一种调频连续波激光雷达，所述激光雷达包括主控单元、调频连续波光源、发射扫描组件和多个回波接收组件，其中多个所述回波接收组件各自的实际组件位置互不相同；

所述主控单元与所述调频连续波光源和所述发射扫描组件分别电性连接，用于驱动所述调频连续波光源产生调频连续波光信号，并控制所述发射扫描组件将所述调频连续波光信号投射到待测对象上进行激光扫描；

多个所述回波接收组件分别与所述主控单元光路耦合，并将接收到的由所述待测对象反射的回波光信号传输给所述主控单元，其中所述主控单元还用于根据所述调频连续波光信号与多个所述回波接收组件各自对应的回波光信号，基于多普勒效应计算所述待测对象到所述发射扫描组件的实际距离信息，以及所述待测对象的三维运动速度信息。

由此，本申请通过将单个发射扫描组件发射的调频连续波光信号同时作为位置不同的多个回波接收组件各自接收到的回波光信号所对应的发射波信号，使多个回波接收组件各自对应的发射波信号在待测对象上的实际扫描时机保持一致，来确保基于单个光波发射方向上的调频连续波光信号和不同回波接收方向上的回波光信号测量出的三维运动速度信息满足实时性要求，从而在简化激光雷达架构的同时，针对被探测物体实现三维速度实时测量功能，便于前述调频连续波激光雷达所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的导航定位功能，提高设备系统的安全性能。

此外，本申请通过对调频连续波激光雷达的光束产生、发射、扫描、接收、探测功能等功能进行分布式功能器件拆解，并通过多个回波接收组件共用同一发射扫描组件对外发射相同的发射波信号（即调频连续波光信号），有效降低激光雷达光路复杂度，便于压缩激光雷达尺寸，从而有效提升调频连续波激光雷达的可拓展性及可安装性。

在可选的实施方式中，所述回波接收组件的组件总数目大于或等于3，多个所述回波接收组件各自的接收视场范围分别与所述发射扫描组件的扫描视场范围至少部分重叠。

由此，本申请可通过上述实施方式针对多个回波接收组件各自与发射扫描组件的视场范围重叠状况的具体限定内容，确保多个回波接收组件均能够在经发射扫描组件发射出的调频连续波光信号投射到待测对象上时始终接收到由该待测对象反射的回波光信号，使多个回波接收组件共用同一发射扫描组件对外发射相同的发射波信号。

在可选的实施方式中，与多个所述回波接收组件对应的至少一个组件位置平面的平面法线方向与所述发射扫描组件在对应扫描视场范围内的实际投射方向互不垂直，其中每个所述组件位置平面由多个所述回波接收组件中的任意三个目标接收组件各自的实际组件位置确定，所述任意三个目标接收组件各自的实际组件位置不处于同一直线。

由此，本申请可通过上述实施方式针对多个回波接收组件的实际组件位置的具体限定内容，确保多个回波接收组件各自在回波接收方向上与待测对象的相对速度矢量能够尽可能地不在同一平面内，便于提高针对待测对象计算出的三维运动速度信息的信息准确度。

在可选的实施方式中，所述主控单元包括控制解算模块、混频探测模块和信息融合模块；

所述控制解算模块与所述调频连续波光源电性连接，用于向所述调频连续波光源发送驱动控制信号，以驱动所述调频连续波光源产生调频连续波光信号；

所述控制解算模块还与所述发射扫描组件电性连接，用于向所述发射扫描组件发送扫描控制信号，以调整所述发射扫描组件针对所述调频连续波光信号的实际投射方向；

所述混频探测模块与所述调频连续波光源和多个所述回波接收组件分别光路耦合，用于将所述调频连续波光源产生的所述调频连续波光信号作为本振信号地对多个所述回波接收组件各自接收到的回波光信号进行混频光电平衡探测，得到多个所述回波接收组件各自针对所述待测对象的运动探测电信号；

所述控制解算模块与所述混频探测模块电性连接，用于对多个所述回波接收组件各自对应的运动探测电信号进行探测信息解算，得到多个所述回波接收组件各自与所述待测对象的相对距离信息和相对速度矢量信息；

所述信息融合模块与所述控制解算模块电性连接，用于根据多个所述回波接收组件各自的实际组件位置，对多个所述回波接收组件各自的相对距离信息进行信息融合测距，得到所述待测对象到所述发射扫描组件的实际距离信息，并根据多个所述回波接收组件各自的实际组件位置，对多个所述回波接收组件各自的相对速度矢量信息进行矢量融合分解，得到所述待测对象的三维运动速度信息。

由此，本申请可通过上述实施方式针对主控单元的具体组成内容，确保该主控单元具备光束产生控制能力、对外扫描控制能力、回波信号探测能力、相对距离求解能力和三维速度计算能力，便于上述调频连续波激光雷达具备结构简单且能够针对被探测物体实现三维速度实时测量功能的特性。

在可选的实施方式中，所述调频连续波光源通过分束器与所述混频探测模块光路耦合，其中所述分束器的光束入射端与所述调频连续波光源的光信号输出端耦合，所述混频探测模块的本振输入端与所述分束器的第一光束输出端耦合，所述发射扫描组件设置在所述分束器的第二光束输出端的出光光路上。

由此，本申请可通过上述实施方式提及的分束器的具体设置方式，确保调频连续波光源输出的调频连续波光信号能够在被作为发射波信号的同时，充当不同回波接收方向上的回波光信号的本振信号进行混频探测。

在可选的实施方式中，多个所述回波接收组件各自通过光纤与所述混频探测模块的一个回波输入端光路耦合，其中所述混频探测模块的回波输入端总数目与所述回波接收组件的组件总数目保持一致。

由此，本申请可通过上述实施方式提及的回波接收组件和混频探测模块的连接方式，便于在主控单元、调频连续波光源和发射扫描组件集成在一个封闭结构内的情况下，使多个回波接收组件能够相对于该封闭结构外置，来提升调频连续波激光雷达的可拓展性及可安装性。

在可选的实施方式中，所述混频探测模块包括多路混频光电探测组件，其中每路所述混频光电探测组件对应耦合一个所述回波接收组件，每路所述混频光电探测组件用于对接收到的本振信号和对应耦合得到的回波光信号进行混频光电平衡探测；

多路所述混频光电探测组件各自的本振信号端相互耦合形成所述混频探测模块的本振输入端，每路所述混频光电探测组件的回波信号端作为所述混频探测模块的一个回波输入端；

每路所述混频光电探测组件的信号输出端与所述控制解算模块电性连接，用于将对应探测得到的运动探测电信号传输给所述控制解算模块进行探测信息解算。

由此，本申请可通过上述实施方式提及的混频探测模块的具体组成内容，确保不同回波接收组件各自对应的运动探测电信号的混频探测独立性。

在可选的实施方式中，所述调频连续波光源采用分布式反馈DFB激光器、分布式布拉格反射DBR激光器、取样光栅分布式布拉格反射SG-DBR激光器、数字超模分布式布拉格反射DS-DBR激光器、硅基窄线宽激光器、硅基自注入反馈激光器、基于Littrow结构的可调谐外腔半导体激光器、基于Littman结构的可调谐外腔半导体激光器和基于Etalon标准具的可调谐外腔半导体激光器中的任意一种激光器实现。

由此，本申请可通过上述实施方式，拓展对应调频连续波光源的激光器实现方式。

在可选的实施方式中，所述发射扫描组件采用二维转镜、微机电系统MEMS微振镜、光学相控阵OPA器件、光开关焦平面阵列FPSA器件、楔形镜中的任意一种光学器件实现。

由此，本申请可通过上述实施方式，拓展对应发射扫描组件的扫描功能实现方式。

第二方面，本申请提供一种雷达导航系统，所述雷达导航系统包括前述实施方式中任意一项所述的调频连续波激光雷达。

由此，本申请可通过上述实施方式，确保对应调频连续波激光雷达所在的雷达导航系统能够具备良好的探测精准度和导航精准度，并确保前述雷达导航系统所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的自动化功能和/或导航定位功能，提高设备系统的安全性能。

第三方面，本申请提供一种终端设备，该终端设备包括上述第一方面所对应的任意一项可能的实施方式中的调频连续波激光雷达。

第四方面，本申请提供一种终端设备，该终端设备包括上述第二方面所对应的任意可能的实施方式中的雷达导航系统。

其中，上述终端设备可以是车辆、无人机、路边交通设备、智能手机、智能家居设备、智能制造设备或机器人等设备；上述三方面和上述第四方面各自可以达到的技术效果可以参照上文针对第一/二方面的有益效果描述，此处不再重复赘述。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本申请实施例提供的调频连续波激光雷达的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的调频连续波激光雷达的组成示意图之一；

图3为本申请实施例提供的调频连续波激光雷达的组成示意图之二；

图4为本申请实施例提供的混频探测模块的组成示意图。

图标：10-调频连续波激光雷达；11-主控单元；12-调频连续波光源；13-发射扫描组件；14-回波接收组件；111-控制解算模块；112-混频探测模块；113-信息融合模块。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。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。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

在本申请的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

此外，在本申请的描述中，可以理解的是，术语“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，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过程、方法、物品或者设备所固有的要素。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过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

目前，在对被探测物体的三维速度进行测量时通常可采用如下几种形式实现：

（1）采用多个调频连续波激光雷达相互配合实现：多个调频连续波激光雷达放置在不同位置，每个调频连续波激光雷达单独负责测量被探测物体在自身激光发射方向上的速度信息，而后对所有调频连续波激光雷达各自测量出的速度信息进行信息聚合处理，得到该被探测物体的三维速度信息。

其中，值得注意的是，单个激光雷达在对三维空间信息进行探测时需要不断改变发射波信号的发射方向来探测对应发射方向上是否有物体存在，多个调频连续波激光雷达各自的运行控制相互独立，即使多个调频连续波激光雷达可以协同作业，但当某个激光雷达探测到物体的潜在位置时，需要延时至少一个测量周期之后才能基于探测到的潜在位置调整配套的其他雷达的光波发射方向，使其他雷达可以测量到该物体。其中，需要默认该物体在测量周期内未产生明显移动，来保证配套的其他雷达能够测量到物体的速度信息。因此，采用多个调频连续波激光雷达相互配合的实现方式存在一个明显缺陷，即很难确保多个调频连续波激光雷达各自的发射波信号能够在同一时刻打到同一物体上，致使无法针对被探测物体有效保证三维运动速度信息的测量实时性和测量准确性。

（2）采用分布式的调频连续波激光雷达体系实现：通过将光源产生功能与回波信号检测功能集成在一个模块组件上，并设置多个同时具有光束发射功能、扫描方向调整功能和回波接收功能的模块组件，而后将这多个具有光束收发功能的模块组件和具有光源产生功能的模块组件连在一起，进而在采用一个光源时，通过光分束或光路调整器件将光送到多个具有光束收发功能的模块组件分别进行雷达探测，或者在采用多个光源时，需确保每个光源单独向一个具有光束收发功能的模块组件提供光束，使多个具有光束收发功能的模块组件分别进行雷达探测，来实现分布式的多雷达探测效果。

其中，值得注意的是，采用分布式调频连续波激光雷达体系的实现方式与采用多个调频连续波激光雷达相互配合的实现方式各自的实现原理类似，同样存在一个明显缺陷，即多个具有光束收发功能的模块组件各自的发射波信号很难在同一时刻汇聚到同一物体上，致使无法针对被探测物体有效保证三维运动速度信息的测量实时性和测量准确性。

在此情况下，为解决上述问题，本申请实施例通过提供一种调频连续波激光雷达和雷达导航系统，以通过将单个发射扫描组件发射的调频连续波光信号同时作为位置不同的多个回波接收组件各自接收到的回波光信号所对应的发射波信号，使多个回波接收组件各自对应的发射波信号在待测对象上的实际扫描时机保持一致，来确保基于单个光波发射方向上的调频连续波光信号和不同回波接收方向上的回波光信号测量出的三维运动速度信息能够满足实时性要求，从而在简化激光雷达架构的同时，针对被探测物体实现三维速度实时测量功能，便于前述调频连续波激光雷达所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的导航定位功能和/或自动化功能，提高设备系统的安全性能。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合。

请结合参照图1和图2，其中图1是本申请实施例提供的调频连续波激光雷达10的结构示意图，图2是本申请实施例提供的调频连续波激光雷达10的组成示意图之一。在本申请实施例中，所述调频连续波激光雷达10可以包括主控单元11、调频连续波光源12、发射扫描组件13和多个回波接收组件14，其中多个所述回波接收组件14各自的实际组件位置互不相同，且能够有效接收所述发射扫描组件13发射出的光信号被待测对象反射形成的回波光信号。

在本申请实施例中，所述主控单元11与所述调频连续波光源12电性连接，用于向所述调频连续波光源12发送驱动控制信号，以驱动所述调频连续波光源12根据所述驱动控制信号所表征的调频连续波信号要求产生对应线性的调频连续波光信号。

其中，所述调频连续波光源12的核心光束产生器件可以是，但不限于，分布式反馈（Distributed Feedback，DFB）激光器、分布式布拉格反射（Distributed BraggReflector，DBR）激光器、取样光栅分布式布拉格反射（Sampled Grating DistributedBragg Reflector，SG-DBR）激光器、数字超模分布式布拉格反射（Digital SupermodeDistributed Bragg Reflector，DS-DBR）激光器、硅基窄线宽激光器、硅基自注入反馈激光器、基于Littrow结构的可调谐外腔半导体激光器、基于Littman结构的可调谐外腔半导体激光器和基于Etalon标准具的可调谐外腔半导体激光器等激光器中的任意一种激光器实现。在本实施例的一种实施方式中，所述调频连续波光源12采用硅基自注入反馈激光器实现。

在本申请实施例中，所述主控单元11还与所述发射扫描组件13电性连接，用于向所述发射扫描组件13发送扫描控制信号，以控制所述发射扫描组件13将所述调频连续波光源12产生的调频连续波光信号按照预设的水平扫描角度和垂直扫描角度各自关于时间的角度变化曲线发射到外界空间中，来调整所述发射扫描组件13针对所述调频连续波光信号的实际投射方向，使被投射到外界空间内的所述调频连续波光信号能够对应投射到待测对象上进行激光扫描。

其中，所述发射扫描组件13可采用二维转镜、微机电系统（Micro-Electro-Mechanical System，MEMS）微振镜、光学相控阵（Optical Phased Array，OPA）器件、光开关焦平面阵列（Focal Plane Switch Array，FPSA）器件、楔形镜等光学器件中的任意一种光学器件实现。在本实施例的一种实施方式中，所述发射扫描组件13采用二维转镜实现。

在本申请实施例中，多个所述回波接收组件14分别与所述主控单元11光路耦合，用于接收由所述待测对象反射所述调频连续波光信号形成的回波光信号，并将接收到的回波光信号传输给所述主控单元11，使所述主控单元11得以针对多个回波接收组件14中的每个回波接收组件14，根据所述调频连续波光信号和该回波接收组件14接收到的回波光信号，基于多普勒效应计算该回波接收组件14在对应回波光信号所属的回波接收方向上与所述待测对象的相对距离信息和相对速度矢量信息，而后通过对多个回波接收组件14各自对应的相对距离信息和相对速度矢量信息进行信息聚合分析，来有效求解出所述待测对象到所述发射扫描组件13的实际距离信息，以及所述待测对象的三维运动速度信息，其中所述三维运动速度信息可以包括所述待测对象在三维空间内的不同方向上的实际速度信息。

在此过程中，对于单个回波接收组件14来说，基于所述调频连续波光信号和该回波接收组件14接收到的回波光信号计算所述待测对象的相对距离信息和相对速度矢量信息的公式可表示为：

；

其中，用于表示该回波接收组件14在对应回波光信号所属的回波接收方向上到所述待测对象的相对距离信息，/>用于表示该回波接收组件14在对应回波光信号所属的回波接收方向上与所述待测对象的相对速度矢量信息，/>用于表示所述调频连续波光信号的频率变化周期，/>用于表示光速，/>用于表示所述调频连续波光信号的频率变化带宽，/>用于表示所述调频连续波光信号的初始激光频率，/>用于表示所述调频连续波光信号与该回波接收组件14接收到的回波光信号在频率上行周期内的拍频值，/>用于表示所述调频连续波光信号与该回波接收组件14接收到的回波光信号在频率下行周期内的拍频值。其中，若/>为正数，即表明该回波接收组件14在对应回波接收方向上与所述待测对象相互靠近；若/>为负数，即表明该回波接收组件14在对应回波接收方向上与所述待测对象相互远离。

由此，本申请可通过将单个发射扫描组件13发射的调频连续波光信号同时作为位置不同的多个回波接收组件14各自接收到的回波光信号所对应的发射波信号，使多个回波接收组件14各自对应的发射波信号在待测对象上的实际扫描时机保持一致，来确保基于单个光波发射方向上的调频连续波光信号和不同回波接收方向上的回波光信号测量出的三维运动速度信息能够有效满足实时性要求和精准度需求，从而在简化激光雷达架构的同时，针对被探测物体实现三维速度实时测量功能，便于前述调频连续波激光雷达10所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的导航定位功能和/或自动化功能，提高设备系统的安全性能。

此外，本申请通过对调频连续波激光雷达10的光束产生、发射、扫描、接收、探测功能等功能进行分布式功能器件拆解，并通过多个回波接收组件14共用同一发射扫描组件13对外发射的相同发射波信号（即调频连续波光信号），有效降低激光雷达光路复杂度，便于压缩激光雷达尺寸，从而有效提升调频连续波激光雷达10的可拓展性及可安装性。

可选地，在本申请实施例中，所述调频连续波激光雷达10包括的回波接收组件14的组件总数目大于或等于3，多个所述回波接收组件14各自的接收视场范围分别与所述发射扫描组件13的扫描视场范围至少部分重叠，以在经所述发射扫描组件13发射出的调频连续波光信号被投射到待测对象上时，多个所述回波接收组件14均能够始终接收到由该待测对象反射所述调频连续波光信号形成的回波光信号，确保多个回波接收组件14通过共用同一发射扫描组件13在同一时刻探测到相同物体（即待测对象），来针对待测对象有效保证三维运动速度信息的测量实时性。

可选地，在本申请实施例中，所述调频连续波激光雷达10包括的多个所述回波接收组件14中存在至少三个回波接收组件14各自的实际组件位置不处于同一直线，不处于同一直线上的任意三个回波接收组件14（即目标接收组件）各自的实际组件位置可直接确定一个组件位置平面，其中与多个所述回波接收组件14对应的所有组件位置平面中存在至少一个目标组件位置平面，该目标组件位置平面的平面法线方向与所述发射扫描组件13在对应扫描视场范围内的实际投射方向互不垂直，以确保多个回波接收组件14各自在回波接收方向上与待测对象的相对速度矢量能够尽可能地不在同一平面内，便于提高针对待测对象计算出的三维运动速度信息的信息准确度，即针对待测对象有效保证三维运动速度信息的测量精准度。

在此过程中，随着所述发射扫描组件13在对应扫描视场范围内的实际投射方向发生变化，与多个所述回波接收组件14对应的目标组件位置平面的平面总数目可以动态变化，与多个所述回波接收组件14对应的所有目标组件位置平面的平面组成也可以动态变化。

可选地，请参照图3，图3是本申请实施例提供的调频连续波激光雷达10的组成示意图之二。在本申请实施例中，所述主控单元11可以包括控制解算模块111、混频探测模块112和信息融合模块113。

在本实施例中，所述控制解算模块111与所述调频连续波光源12电性连接，用于向所述调频连续波光源12发送驱动控制信号，以驱动所述调频连续波光源12产生调频连续波光信号。

所述控制解算模块111还与所述发射扫描组件13电性连接，用于向所述发射扫描组件13发送扫描控制信号，以调整所述发射扫描组件13针对所述调频连续波光源12产生的调频连续波光信号的实际投射方向，使所述发射扫描组件13能够将所述调频连续波光信号对外投射到待测对象上进行激光扫描。

在本实施例中，所述混频探测模块112与所述调频连续波光源12光路耦合，用于接收所述调频连续波光源12产生的调频连续波光信号，并将接收到的所述调频连续波光信号作为所述混频探测模块112的本振信号。

所述混频探测模块112还与多个所述回波接收组件14分别光路耦合，同时所述控制解算模块111与所述混频探测模块112电性连接，用于向混频探测模块112发送偏压控制信号，以驱动所述混频探测模块112基于耦合的多个所述回波接收组件14分别进行回波信号探测。

在本实施例中，当所述混频探测模块112接收到所述调频连续波光源12产生的所述调频连续波光信号及多个所述回波接收组件14各自接收到的回波光信号后，会针对每个回波接收组件14，将所述调频连续波光信号作为本振信号地对该回波接收组件14的回波光信号进行相干光混频，再基于光电平衡探测原理实现光信号与电信号之间的转换处理，来得到多个所述回波接收组件14各自在回波接收方向上针对所述待测对象的运动探测电信号，实现对该回波接收组件14接收到的回波光信号的混频光电平衡探测效果，其中所述运动探测电信号包括有对应回波接收组件14在对应回波接收方向上针对所述待测对象的运动探测信息。

在本实施例中，所述混频探测模块112在得到单个所述回波接收组件14所对应的运动探测电信号后，会直接将该运动探测电信号传输给所述控制解算模块111参照上文中的计算公式进行探测信息解算，使所述控制解算模块111对应计算出该回波接收组件14在对应回波接收方向上与所述待测对象的相对距离信息和相对速度矢量信息。

在本实施例中，所述信息融合模块113与所述控制解算模块111电性连接，用于接收所述控制解算模块111针对多个所述回波接收组件14分别计算出的相对距离信息，并根据多个所述回波接收组件14各自的实际组件位置，对多个所述回波接收组件14各自的相对距离信息进行信息融合测距，得到所述待测对象到所述发射扫描组件13的实际距离信息。在本实施例的一种实施方式中，所述信息融合模块113可基于多路三角测距法对多个所述回波接收组件14各自的相对距离信息进行信息融合测距，来提升所述调频连续波激光雷达10的雷达测距精准度。

此外，所述信息融合模块113还用于接收所述控制解算模块111针对多个所述回波接收组件14分别计算出的相对速度矢量信息，并根据多个所述回波接收组件14各自的实际组件位置和所述调频连续波激光雷达10当前的实际速度矢量，对多个所述回波接收组件14各自的相对速度矢量信息进行矢量融合分解，得到所述待测对象的三维运动速度信息。在本实施例的一种实施方式中，所述信息融合模块113可基于矢量合成方式和矢量分解方式对多个所述回波接收组件14各自的相对速度矢量信息进行矢量融合分解，来实时测量待测对象在三维空间内任意方向上的速度信息（即三维运动速度信息）。

在本实施例的一种实施方式中，为确保所述调频连续波光源12产生的调频连续波光信号能够被传输给所述混频探测模块112和所述发射扫描组件13，本申请可通过分束器实现所述调频连续波光源12同时与所述混频探测模块112和所述发射扫描组件13光路耦合，其中所述分束器的光束入射端与所述调频连续波光源12的光信号输出端耦合，所述混频探测模块112的本振输入端与所述分束器的第一光束输出端耦合，所述发射扫描组件13设置在所述分束器的第二光束输出端的出光光路上，以便通过所述分束器将所述调频连续波光源12产生的调频连续波光信号分成两组激光光束，使一组激光光束经第一光束输出端注入到所述混频探测模块112中作为本振信号，另外一组激光光束经第二光束输出端注入到所述发射扫描组件13进行对外投射扫描。

在本实施例的一种实施方式中，多个所述回波接收组件14各自通过光纤与所述混频探测模块112的一个回波输入端光路耦合，其中所述混频探测模块112的回波输入端总数目与所述回波接收组件14的组件总数目保持一致，以便在所述调频连续波激光雷达10所包括的主控单元11、调频连续波光源12和发射扫描组件13集成在一个如图1中所示的封闭结构内时，多个所述回波接收组件14均能够相对于该封闭结构外置，来提升所述调频连续波激光雷达10的可拓展性及可安装性。其中，当所述主控单元11、调频连续波光源12和发射扫描组件13集成在一个封闭结构内时，可通过在该封闭结构上预留一些光纤接口，使每个所述回波接收组件14可直接通过光纤与该封闭结构连接，便于多个所述回波接收组件14的灵活部署，同时便于压缩激光雷达尺寸。

可选地，请参照图4，图4是本申请实施例提供的混频探测模块112的组成示意图。在本实施例中，所述混频探测模块112可以包括多路混频光电探测组件，其中每路所述混频光电探测组件对应耦合一个所述回波接收组件14，每路所述混频光电探测组件用于对接收到的本振信号（即所述调频连续波光源12传输给所述混频探测模块112的调频连续波光信号）和对应耦合得到的回波光信号进行混频光电平衡探测。

其中，多路所述混频光电探测组件各自的本振信号端（如图4中的IN1端所示）可相互耦合形成所述混频探测模块112的本振输入端，以便每路所述混频光电探测组件经本振信号端接收到由所述调频连续波光源12传输的用于作为本振信号的调频连续波光信号。

每路所述混频光电探测组件的回波信号端（如图4中的IN2端所示）作为所述混频探测模块112的一个回波输入端，并与一个所述回波接收组件14光路耦合。

此外，每路所述混频光电探测组件的信号输出端（如图4中的OUT端）与所述控制解算模块111电性连接，用于将探测出的与耦合的回波接收组件14对应的运动探测电信号传输给所述控制解算模块111进行探测信息解算。

由此，本申请可通过所述混频探测模块112的具体组成内容，确保不同回波接收组件14各自对应的运动探测电信号的混频探测独立性。

在本申请中，本申请实施例还提供一种雷达导航系统，该雷达导航系统可以包括上述任意一种调频连续波激光雷达10，以便通过所述调频连续波激光雷达10所具备的结构简单、可针对被探测物体实现三维速度实时测量功能和可针对被探测物体实现高精准度的雷达测距功能的特性，确保对应调频连续波激光雷达10所在的雷达导航系统能够具备良好的探测精准度和导航精准度，使前述雷达导航系统所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的自动化功能和/或导航定位功能，提高设备系统的安全性能。

本申请实施例还提供一种终端设备，该终端设备包括上述任意实施例中的调频连续波激光雷达10或雷达导航系统。

其中，上述终端设备可以是车辆、无人机、路边交通设备、智能手机、智能家居设备、智能制造设备或机器人等设备。

以上所述，仅为本申请的各种实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应当以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种调频连续波激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括主控单元、调频连续波光源、发射扫描组件和多个回波接收组件，其中多个所述回波接收组件各自的实际组件位置互不相同；

所述主控单元与所述调频连续波光源和所述发射扫描组件分别电性连接，用于驱动所述调频连续波光源产生调频连续波光信号，并控制所述发射扫描组件将所述调频连续波光信号投射到待测对象上进行激光扫描；

多个所述回波接收组件分别与所述主控单元光路耦合，并将接收到的回波光信号传输给所述主控单元，其中所述回波光信号由所述待测对象反射所述调频连续波光信号形成，所述主控单元还用于根据所述调频连续波光信号与多个所述回波接收组件各自对应的回波光信号，基于多普勒效应计算所述待测对象到所述发射扫描组件的实际距离信息，以及所述待测对象的三维运动速度信息。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述回波接收组件的组件总数目大于或等于3，多个所述回波接收组件各自的接收视场范围分别与所述发射扫描组件的扫描视场范围至少部分重叠。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，与多个所述回波接收组件对应的至少一个组件位置平面的平面法线方向与所述发射扫描组件在对应扫描视场范围内的实际投射方向互不垂直，其中每个所述组件位置平面由多个所述回波接收组件中的任意三个目标接收组件各自的实际组件位置确定，所述任意三个目标接收组件各自的实际组件位置不处于同一直线。

4.根据权利要求1-3中任意一项所述的激光雷达，其特征在于，所述主控单元包括控制解算模块、混频探测模块和信息融合模块；

所述控制解算模块与所述调频连续波光源电性连接，用于向所述调频连续波光源发送驱动控制信号，以驱动所述调频连续波光源产生调频连续波光信号；

所述控制解算模块还与所述发射扫描组件电性连接，用于向所述发射扫描组件发送扫描控制信号，以调整所述发射扫描组件针对所述调频连续波光信号的实际投射方向；

所述混频探测模块与所述调频连续波光源和多个所述回波接收组件分别光路耦合，用于将所述调频连续波光源产生的所述调频连续波光信号作为本振信号地对多个所述回波接收组件各自接收到的回波光信号进行混频光电平衡探测，得到多个所述回波接收组件各自针对所述待测对象的运动探测电信号；

所述控制解算模块与所述混频探测模块电性连接，用于对多个所述回波接收组件各自对应的运动探测电信号进行探测信息解算，得到多个所述回波接收组件各自与所述待测对象的相对距离信息和相对速度矢量信息；

所述信息融合模块与所述控制解算模块电性连接，用于根据多个所述回波接收组件各自的实际组件位置，对多个所述回波接收组件各自的相对距离信息进行信息融合测距，得到所述待测对象到所述发射扫描组件的实际距离信息，并根据多个所述回波接收组件各自的实际组件位置，对多个所述回波接收组件各自的相对速度矢量信息进行矢量融合分解，得到所述待测对象的三维运动速度信息。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述调频连续波光源通过分束器与所述混频探测模块光路耦合，其中所述分束器的光束入射端与所述调频连续波光源的光信号输出端耦合，所述混频探测模块的本振输入端与所述分束器的第一光束输出端耦合，所述发射扫描组件设置在所述分束器的第二光束输出端的出光光路上。

6.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，多个所述回波接收组件各自通过光纤与所述混频探测模块的一个回波输入端光路耦合，其中所述混频探测模块的回波输入端总数目与所述回波接收组件的组件总数目保持一致。

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述混频探测模块包括多路混频光电探测组件，其中每路所述混频光电探测组件对应耦合一个所述回波接收组件，每路所述混频光电探测组件用于对接收到的本振信号和对应耦合得到的回波光信号进行混频光电平衡探测；

多路所述混频光电探测组件各自的本振信号端相互耦合形成所述混频探测模块的本振输入端，每路所述混频光电探测组件的回波信号端作为所述混频探测模块的一个回波输入端；

每路所述混频光电探测组件的信号输出端与所述控制解算模块电性连接，用于将对应探测得到的运动探测电信号传输给所述控制解算模块进行探测信息解算。

8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述调频连续波光源采用分布式反馈DFB激光器、分布式布拉格反射DBR激光器、取样光栅分布式布拉格反射SG-DBR激光器、数字超模分布式布拉格反射DS-DBR激光器、硅基窄线宽激光器、硅基自注入反馈激光器、基于Littrow结构的可调谐外腔半导体激光器、基于Littman结构的可调谐外腔半导体激光器和基于Etalon标准具的可调谐外腔半导体激光器中的任意一种激光器实现。

9.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射扫描组件采用二维转镜、微机电系统MEMS微振镜、光学相控阵OPA器件、光开关焦平面阵列FPSA器件、楔形镜中的任意一种光学器件实现。

10.一种雷达导航系统，其特征在于，所述雷达导航系统包括权利要求1-9中任意一项所述的调频连续波激光雷达。