CN207528912U - 激光雷达回波信号调节装置与激光雷达信号收发装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种激光雷达回波信号调节装置与激光雷达信号收发装置，涉及激光雷达领域。该激光雷达回波信号调节装置包括激光微调组件、第二反射镜、光电探测器、驱动电机以及控制电路板，该控制电路板布置有控制器与通信单元，该控制器分别与该通信单元、该驱动电机电连接，该通信单元与该光电探测器电连接，该驱动电机与该激光微调组件连接。本实用新型提供的激光雷达回波信号调节装置具有自动且更加快速、准确、高效地进行回波信号的调整的优点。

Description

激光雷达回波信号调节装置与激光雷达信号收发装置

技术领域

本实用新型涉及激光雷达领域，具体而言，涉及一种激光雷达回波信号调节装置与激光雷达信号收发装置。

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，对理想的激光雷达系统而言，出射的激光束和回波信号接收单元的望远镜视场中心轴必须严格保持平行，才能得到高质量数据。

但是，由于激光雷达在工作一段时间后，激光信号发射单元与回波信号接收单元角度可能会出现偏差，即两者的中心轴可能不再平行，所以需要对激光雷达进行调节校准。目前，激光雷达仅能靠加工工艺实现激光信号发射单元与回波信号接收单元平行，但这种方式不仅困难，而且成本较高。

有鉴于此，如何解决上述问题，是本领域技术人员关注的重点。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供激光雷达回波信号调节装置与激光雷达信号收发装置，以解决现有技术中激光束的方向与望远镜视场中心轴的方向的平行度调节不便的问题。

本实用新型是这样实现的：

一方面，本实施新型实施例提供了一种激光雷达回波信号调节装置，包括激光微调组件、第二反射镜、光电探测器、驱动电机以及控制电路板，所述控制电路板布置有控制器，所述控制器分别与所述驱动电机与所述光电探测器电连接，所述驱动电机与所述激光微调组件连接,所述激光微调组件、所述第二反射镜以及所述光电探测器相对设置，所述激光微调组件用于将入射的激光反射至所述第二反射镜，所述第二反射镜用于将一部分所述激光反射并传播至目标方向大气中，并将另一部分所述激光束透射并传播至所述光电探测器；

所述光电探测器用于若传播至所述光电探测器的激光束没有打在所述光电探测器的中心位置时，向所述控制器传输激光位置信号，所述控制器用于根据所述激光位置信号控制所述驱动电机驱动所述激光微调组件转动，直到传播至所述光电探测器的激光束打在所述光电探测器的中心位置。

进一步地，所述光电探测器为四象限光电探测器。

进一步地，所述激光微调组件包括第一反射镜与万向镜架，所述第一反射镜安装于所述万向镜架，所述万向镜架与所述驱动电机连接。

进一步地，所述驱动电机为步进电机。

另一方面，本实用新型还提供了一种激光雷达信号收发装置，所述激光雷达信号收发装置包括激光信号发射单元、回波信号接收单元以及激光雷达回波信号调节装置，所述激光信号发射单元用于出射激光束并将所述激光束传播至所述激光雷达回波信号调节装置，所述激光雷达回波信号调节装置用于对所述激光束的传播方向进行微调，并将所述激光束传播至目标方向的大气中，所述回波信号接收单元用于接收所述激光束与所述目标方向的大气中的障碍物作用后的回波散射信号。

进一步地，所述激光雷达信号收发装置还包括托板与支撑组件，所述托板与所述支撑组件连接，所述激光信号发射单元与所述激光雷达回波信号调节装置均安装于所述托板，所述回波信号接收单元安装于所述支撑组件。

进一步地，所述支撑组件包括前支撑板与后支撑板，所述前支撑板与所述后支撑板的一侧分别与所述托板的两侧连接。

进一步地，所述激光信号发射单元包括激光器与扩束器，所述激光器用于出射激光，并将所述激光传播至所述扩束器，所述扩束器用于对所述激光器出射的激光扩束准直，并将扩束准直后的激光束传播至所述激光雷达回波信号调节装置。

进一步地，所述激光雷达信号收发装置还包括激光计数装置，所述激光计数装置安装于所述激光信号发射单元，并用于对所述激光器发射的激光次数进行计数。

进一步地，所述回波信号接收单元包括望远镜与回波信号接收盒，所述望远镜与所述回波信号接收盒连接，所述望远镜用于接收所述激光束与一障碍物作用后的回波散射信号，并将接收到的所述回波散射信号传播至所述回波信号接收盒，所述回波信号接收盒用于对所述回波散射信号进行处理。

相对现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种激光雷达回波信号调节装置与激光雷达信号收发装置，该激光雷达回波信号调节装置包括有激光微调组件、第二反射镜、光电探测器、驱动电机以及控制电路板，控制电路板布置有控制器与通信单元，由于入射的激光束通过激光微调组件反射后进入第二反射镜，然后由第二反射镜将激光束传播至目标大气中。由于激光束传播至第二反射镜时，会有部分激光从第二反射镜中透射出，且透射出的激光束的方向与从第一反射镜反射出的激光的方向一致，透射的激光能够打在光电探测器上。由于操作人员最初已经通过调节激光微调组件的旋钮位置，使得激光雷达回波信号达到最理想情况，即透射的激光光斑正好打在四象限光电探测器的中心位置。当第一透射组件发生偏移时，透射的激光的方向也会随之发生偏移，使得激光从中心位置处移开。此时光电探测器将会向控制电路板传播激光位置信号，控制电路板会根据该激光位置信号控制所述驱动电机作出与激光位置信号相应的操作，使得激光微调组件的方向再次发生偏移，并移动到原来的位置，使透射的激光再次打到光电探测器的中心位置上，从而方便有效的调节了激光束的方向与望远镜视场中心轴的方向的平行度。无需工作人员对激光束的方向与望远镜视场中心轴的方向的平行度进行调节，减少了工作人员的工作量。

为使本实用新型的上述目的、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

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

图1示出了本实用新型第一实施例所提供的激光雷达回波信号调节装置的结构示意图。

图2示出了本实用新型第一实施例所提供的控制电路板与驱动电机以及光电探测器的电路连接框图。

图3示出了本实用新型第一实施例所提供的激光打在光电探测器的示意图。

图4示出了本实用新型第二实施例所提供的处于第一视角的激光雷达信号收发装置的结构示意图。

图5示出了本实用新型第二实施例所提供的处于第二视角的激光雷达信号收发装置的结构示意图。

图标：100-激光雷达回波信号调节装置；110-激光微调组件；111-第一反射镜；113-万向镜架；120-第二反射镜；130-光电探测器；131-中心位置；133-激光光斑；140-驱动电机；150-控制电路板；151-控制器；200-激光雷达信号收发装置；210-激光信号发射单元；211-激光器；213-扩束器；220-激光计数装置；230-回波信号接收单元；231-望远镜；233-回波信号接收盒；240-托板；250-支撑组件；251-前支撑板；253-后支撑板。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型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实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，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实用新型中的具体含义。

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。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式做详细说明。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组合。

第一实施例

请参阅图1，本实用新型提供了一种激光雷达回波信号调节装置100，该激光雷达回波信号调节装置100包括激光微调组件110、第二反射镜120、光电探测器130、驱动电机140以及控制电路板150，驱动电机140与激光微调组件110连接，激光微调组件110、第二反射镜120以及光电探测器130相对设置,控制电路板150分别于光电探测器130、驱动电机140电连接。

具体的，请参阅图2，在本实施例中，为了实现激光雷达回波信号调节装置100自动调节的功能，使出射的激光束和望远镜视场中心轴始终保持平行状态，从而得到高质量数据，控制电路板150布置有控制器151，

控制器151分别与驱动电机140、光电探测器130电连接，从而使得控制器151能够接收光电探测器130传播的信号，以及能够控制驱动电机140的工作。

激光雷达回波信号调节装置100的工作原理为：

出射的激光束传播至激光微调组件110，然后经过激光微调组件110反射后传播至第二反射镜120，经过第二反射镜120的再次反射后传播至目标大气中，由于激光微调组件110在工作过程中可能发生偏转，使得经过第二反射镜120传播至目标大气的激光束方向可能与望远镜视场的中心光轴方向不平行，使得测量到的结果可能不准确。所以，当激光微调组件110发生偏转后，需要将激光微调组件110调节至原来位置。为了达到这一目的，在本实施例中，激光雷达回波信号调节装置100包括有光电探测器130。从激光微调组件110传播至第二反射镜120的激光束，一部分经第二反射镜120反射至目标空气中，另一部分透射过第二反射镜120，并打在光电探测器130的中心位置上，当激光微调组件110发生偏移时，从激光微调组件110反射至第二反射镜120的激光的方向也会发生改变，且第二反射镜120始终固定，无法偏移，使得透射过第二反射镜120的激光束的方向会发生改变，激光束打在光电探测器130的光感应面上的位置也会随之变化。当激光打在光电探测器130的光感应面上的位置发生变化时，光电探测器130会传输激光位置信号给控制器151，控制器151能够根据激光位置信号控制驱动电机140驱动激光微调组件110转动，使传播至所述光电探测器130的激光与中心位置重合。即控制器151控制驱动电机140驱动激光微调组件110移动，直到将激光微调组件110移动至初始位置，透射过第二反射镜120的激光再次打在光电探测器130的中心位置上，控制器151停止控制驱动电机140工作。

需要说明的是，为了能够准确的确定激光微调组件110偏移后透射过第二反射镜120的激光束的方向，在本实施例中，光电探测器130为四象限光电探测器。请参阅图3，四象限光电探测器是把四个性能完全相同的光电二极管按照直角坐标要求排列而成的光电探测器件。激光四象限光电探测器能够根据激光束打在四象限光电探测器上的激光光斑133的能量判断激光光斑133的位置。在本实施例中，在激光雷达开始工作时，操作人员先手动调节激光微调组件110，当调节至回波信号最理想情况时，激光光斑133正好打在四象限光电探测器的中心位置131，同时控制器151预存储当前情况下的激光光斑在四个象限的能量分布信息。即四象限光电探测器的光感应面的四个象限分别对应了透射过第二反射镜120的激光光斑133的部分能量，当激光打在四象限光电探测器的中心位置131时，四个象限分配到的能量一定，且相互之间的能量分配比例固定，将此固定比例预存储至控制器151并作为标准参考值。当激光微调组件110的角度发生偏移时，四象光电限光电探测器的光感应面的四个象限之间能量比值就会改变。此时，四象限光电探测器将信息反馈给控制电路板150，即向控制器151传输激光位置信号，控制器151根据激光位置信号控制驱动电机140工作，从而转动万向镜架113，改变激光微调组件110与出射激光束的角度，直至激光束再次打在中心位置131时停止自动调节。

还需要说明的是，为了能够使控制器151控制驱动电机140工作，在本实施例中，驱动电机140为步进电机。步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制电机，是现代数字程序控制系统中的主要执行元件，应用极为广泛。在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

并且，在本实施例中，为了方便驱动电机140控制激光微调组件110转动，激光微调组件110包括第一反射镜111与万向镜架113，第一反射镜111安装于万向镜架113，万向镜架113设置有旋钮，万向镜架113的旋钮与驱动电机140连接。当驱动电机140工作时，会控制万向镜架113的旋钮转动，从而控制第一反射镜111发生偏转。

第二实施例

图4为处于第一视角的激光雷达信号收发装置200的结构示意图，图5为处于第二视角的激光雷达信号收发装置200的结构示意图，请参阅图4与图5，本实用新型实施例提供了一种激光雷达信号收发装置200，该激光雷达信号收发装置200包括激光信号发射单元210、回波信号接收单元230以及第一实施例所述的激光雷达回波信号调节装置100，激光信号发射单元210用于生成并发射激光束，激光束传播至激光雷达回波信号调节装置100，激光雷达回波信号调节装置100用于对发射的激光束进行微调，并将激光束传播至目标方向的大气中，回波信号接收单元230用于接收激光束与一障碍物(即大气颗粒物)作用后的散射信号。由于本实施例提供的激光雷达回波信号调节装置100与第一实施例提供的激光雷达回波信号调节装置100结构与功能完全一致，所以，在本实施例中，不再对激光雷达回波信号调节装置100赘述。

在本实施例中，为了能够发射出激光束，激光信号发射单元210包括激光器211与扩束器213，激光器211用于生成激光，并将激光传播至扩束器213，扩束器213用于对激光器211发射的激光束扩束准直，并将扩束准直后的激光束传播至激光雷达信号收发装置200。然后通过激光雷达信号收发装置200传播至目标方向大气中，传播至大气中的激光束会与大气颗粒物作用并产生后向散射信号，该后向散射信号由回波信号接收单元230接收。

并且，为了能够监测出射激光的脉冲次数，以便作为激光雷达采样的时间分辨率的重要参考，在本实施例中，激光雷达信号收发装置200还包括激光计数装置220，激光计数装置220安装于激光信号发射单元210，激光计数装置220能够监测激光器211打出激光的脉冲次数。在本实施例中，激光计数装置220包括激光传感器与计数器，激光传感器与计数器电连接，激光传感器能够检测到激光器211每次发出的激光脉冲信息，并将激光脉冲信息传输至计数器，计数器能对获得的激光脉冲信息的次数计数。

在本实施例中，为了能够接收激光束与大气颗粒物作用后的后向散射信号，回波信号接收单元230包括望远镜231与回波信号接收盒233，望远镜231用于接收激光束与大气颗粒作用后的后向散射信号，并将散射信号传播至回波信号接收盒233，以便激光雷达系统根据实际探测需求进行分光采集处理。。

需要说明的是，为了能够固定激光雷达信号收发装置200，在本实施例中，激光雷达信号收发装置200还包括托板240与支撑组件250，托板240与支撑组件250连接，激光信号发射单元210与激光雷达回波信号调节装置100均安装于托板240，回波信号接收单元230安装于支撑板。

具体的，支撑组件250包括前支撑板251与后支撑板253，前支撑板251与后支撑板253的一侧分别与托板240的两侧连接，望远镜231安装于前支撑板251与后支撑板253之间，并由前支撑板251与后支撑板253固定。

综上所述，本实用新型提供了一种激光雷达回波信号调节装置与激光雷达信号收发装置，该激光雷达回波信号调节装置包括有激光微调组件、第二反射镜、光电探测器、驱动电机以及控制电路板，控制电路板布置有控制器与通信单元，由于入射的激光束通过激光微调组件反射后进入第二反射镜，然后由第二反射镜将激光束传播至目标大气中。由于激光束传播至第二反射镜时，会有部分激光从第二反射镜中透射出，且透射出的激光束的方向与从第一反射镜反射出的激光的方向一致，透射的激光能够打在光电探测器上。由于操作人员最初已经通过调节激光微调组件的旋钮位置，使得激光雷达回波信号达到最理想情况，即让透射的激光光斑正好打在四象限光电探测器的中心位置。当第一透射组件发生偏移时，透射的激光的方向也会随之发生偏移，使得激光从中心处移开。此时光电探测器将会向控制电路板传播激光位置信号，控制电路板会根据该激光位置信号控制所述驱动电机作出与激光位置信号相应的操作，使得激光微调组件的方向再次发生偏移，并移动到原来的位置，使透射的激光再次打到光电探测器的中心的位置上，从而方便有效的调节了激光束的方向与望远镜视场中心轴的方向的平行度。无需工作人员对激光束的方向与望远镜视场中心轴的方向的平行度进行调节，减少了工作人员的工作量。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达回波信号调节装置，其特征在于，包括激光微调组件、第二反射镜、光电探测器、驱动电机以及控制电路板，所述控制电路板布置有控制器，所述控制器分别与所述驱动电机与所述光电探测器电连接，所述驱动电机与所述激光微调组件连接,所述激光微调组件、所述第二反射镜以及所述光电探测器相对设置，所述激光微调组件用于将入射的激光反射至所述第二反射镜，所述第二反射镜用于将一部分所述激光反射并传播至目标方向大气中，并将另一部分所述激光透射并传播至所述光电探测器；

所述光电探测器用于若传播至所述光电探测器的激光束中心没有打在所述光电探测器的中心位置时，向所述控制器传输激光位置信号，所述控制器用于根据所述激光位置信号控制所述驱动电机驱动所述激光微调组件转动，直到传播至所述光电探测器的激光束打在所述光电探测器的中心位置。

2.如权利要求1所述的激光雷达回波信号调节装置，其特征在于，所述光电探测器为四象限光电探测器。

3.如权利要求1所述的激光雷达回波信号调节装置，其特征在于，所述激光微调组件包括第一反射镜与万向镜架，所述第一反射镜安装于所述万向镜架，所述万向镜架与所述驱动电机连接。

4.如权利要求1所述的激光雷达回波信号调节装置，其特征在于，所述驱动电机为步进电机。

5.一种激光雷达信号收发装置，其特征在于，所述激光雷达信号收发装置包括激光信号发射单元、回波信号接收单元以及如权利要求1至4任意一项所述的激光雷达回波信号调节装置，所述激光信号发射单元用于出射激光束并将所述激光束传播至所述激光雷达回波信号调节装置，所述激光雷达回波信号调节装置用于对所述激光束的传播方向进行微调，并将所述激光束传播至目标方向的大气中，所述回波信号接收单元用于接收所述激光束与所述目标方向的大气中的障碍物作用后的回波散射信号。

6.如权利要求5所述的激光雷达信号收发装置，其特征在于，所述激光雷达信号收发装置还包括托板与支撑组件，所述托板与所述支撑组件连接，所述激光信号发射单元与所述激光雷达回波信号调节装置均安装于所述托板，所述回波信号接收单元安装于所述支撑组件。

7.如权利要求6所述的激光雷达信号收发装置，其特征在于，所述支撑组件包括前支撑板与后支撑板，所述前支撑板与所述后支撑板的一侧分别与所述托板的两侧连接。

8.如权利要求5所述的激光雷达信号收发装置，其特征在于，所述激光信号发射单元包括激光器与扩束器，所述激光器用于出射激光，并将所述激光传播至所述扩束器，所述扩束器用于对所述激光器出射的激光扩束准直，并将扩束准直后的激光束传播至所述激光雷达回波信号调节装置。

9.如权利要求8所述的激光雷达信号收发装置，其特征在于，所述激光雷达信号收发装置还包括激光计数装置，所述激光计数装置安装于所述激光信号发射单元，并用于对所述激光器发射的激光次数进行计数。

10.如权利要求5所述的激光雷达信号收发装置，其特征在于，所述回波信号接收单元包括望远镜与回波信号接收盒，所述望远镜与所述回波信号接收盒连接，所述望远镜用于接收所述激光束与一障碍物作用后的回波散射信号，并将接收到的所述回波散射信号传播至所述回波信号接收盒，所述回波信号接收盒用于对所述回波散射信号进行处理。