CN211123271U - 一种激光雷达 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种激光雷达，尤其涉及一种同时满足复杂环境下测量稳定性和成本较低的。本申请激光雷达，包括多个发射光源，一个或多个光学系统，一个接收装置，所述的发射光源出射光经光学系统照射到目标上，目标反射的回波信号进入接收装置。本申请实施例通过使用多发射光源，复用同一接收结构的方案，可实现对较大角度内的区域进行探测。相比于单点雷达，该方案在较大测量视场下的性能、分辨率和复杂环境下测量稳定性更好，测量误差小。相比于多点探测雷达，该方案所要求的硬件及算法系统更为简单稳定，且每个测距点上的测距性能及成本更有优势。因此同时满足了测量要求和成本要求。

Description

一种激光雷达

技术领域

本实用新型申请涉及一种激光雷达，尤其涉及一种复杂环境下测量稳定性、成本较低的激光雷达。

背景技术

光学测距雷达，是以发射光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，因为其具有分辨率高，抗干扰能力强的优点，应用较为广泛。

根据探测点数，测距雷达可分为单点探测雷达和多点探测雷达。单点探测雷达相比于多点探测雷达，其具有测量量程大、测量精度高、成本低等优点，但当被测物为非平面物体时，会造成一定的测距误差。如图1所示，单点探测雷达单独使用，发射光源1出射光照射到目标4上，当目标4上出现不规则物体7时，该不规则物体7会产生极为复杂且难以区分的多回波干扰，使接收装置3接收到的回波信号10波形失真，降低空间测距的精度和分辨能力，特别是在大角度测量视场下。因而实际使用单点雷达时，需要同时使用若干个单点雷达来确保测量不会出现误判，但这样会大幅度增加使用成本。而多点探测雷达虽然拥有更高的空间分辨率，但其成本同样很高，稳定性、寿命以及每一个区域像素的探测性能也存在不足，且因为采用多个接收元件，多接收元件间信号的隔离及处理需要更复杂的硬件和算法系统。

实用新型内容

本申请实施例在于提出一种激光雷达，解决现有雷达不能同时满足复杂环境下测量稳定性和成本较低的问题，为达此目的，本实用新型申请采用以下技术方案：

一方面，一种激光雷达，包括多个发射光源，一个或多个光学系统，一个接收装置，所述的发射光源出射光经光学系统照射到目标上，目标反射的回波信号进入接收装置。

在一种可能的实现方式中，所述的出射光源间距为1-5厘米，出射光发散角为0-45°，接收视场角为0-120°。

在一种可能的实现方式中，所述的出射光源间距为1-4.5厘米，出射光发散角为0-30°，接收视场角为0-90°。

在一种可能的实现方式中，所述的发射光源分时或同时出射光，分时出射光时，时间间隔为0.1-50ms。

在一种可能的实现方式中，所述的光学系统数量为多个时，光学系统与发射光源一一对应，光学系统、发射光源的数量为2-10个。

在一种可能的实现方式中，所述发射光源为LED或激光器，所述的光学系统为透镜或透镜组，接收装置为光敏传感器。

在一种可能的实现方式中，所述的激光雷达，还包括控制模块，所述的控制模块用于控制发射光源分时或同时工作。

本申请实施例通过使用多发射光源，复用同一接收结构的方案，可实现对较大角度内的区域进行探测。相比于单点雷达，该方案在较大测量视场下的性能、分辨率和复杂环境下测量稳定性更好，测量误差小。相比于多点探测雷达，该方案所要求的硬件及算法系统更为简单稳定，且每个测距点上的测距性能及成本更有优势。因此同时满足了测量要求和成本要求。

附图说明

图1是背景技术示意图。

图2是本申请实施例采用多光学系统的激光雷达原理示意图。

图3是本申请实施例具有控制模块的多光学系统激光雷达示意图。

图4是本申请实施例采用单光学系统的激光雷达示意图。

图中：1、发射光源；2、光学系统；3、接收装置；4、目标；5、出射光；6、控制模块；7、不规则物体；8、发散角；9、接收视场角；10、回波信号。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本申请的技术方案。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，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一部分的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请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，以便这里描述的本申请的实施例。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、装置、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。

本申请实施例

如图2所示,一种激光雷达，包括多个发射光源1，多个光学系统2，一个接收装置3，所述的发射光源1的出射光5经光学系统2照射到目标4上，目标反射的回波信号10进入接收装置3。

从图2中可以看出，当目标4上出现不规则物体7时，使用多发射光束复用同一接收结构的方案，可实现对较大角度内的多个小区域进行分别探测，检测出激光雷达相对于不规则物体7之间的准确距离。相比于多点探测雷达的多接收器件，该方案所要求的硬件及算法系统更为简单稳定，且每个测距点上的测距性能及成本更有优势。而相比于单点雷达，该方案具有较大的测量视场，其在较大测量视场下的性能、分辨率和复杂环境下测量稳定性等方面更有优势，能有效的减小不规则被测物带来的测量误判可能性。

所述的出射光源1间距为1-5厘米，出射光5的发散角8为0-45°，接收视场角9为0-120°。

出射光源1间距为1-5厘米，间距过小光源之间存在干扰，间距过大则造成雷达整体体积偏大。发散角8设置为0-45°，发散角过小则在照射不规则物体时不能完整将不规则物体包括在单个出射光源的测量范围内，依然会存在干扰回波，发散角过大，意味着同等测量距离需要的能量越大，除造成能量浪费外，也对散热要求较高。多个发散角8组合形成激光雷达的发射角，激光雷达的发射角小于接收视场角9。接收视场角为0-120°，满足测量需要。

激光雷达在需要检测视场角度分布特定或水平距离间隔特定的物体时，各发射光源1的光轴方向可以仅针对该角度进行设计，实现多光束对准不同方向上多个被测物，并压缩各出射光束的发散角，确保降低对不规则物体的测量误判，实现高精度和高环境适应力的雷达系统。

进一步地，所述的出射光源1间距为1-4.5厘米，出射光5的发散角8为0-30°，接收视场角9为0-90°。

出射光源间距、出射光发散角、接收视场角在这一范围内效果更好。

所述的发射光源1分时或同时出射光，分时出射光时，时间间隔为0.1-50ms。

激光雷达可分时出射光，复用接收装置3，通过降低帧率，实现对多出射光束的区分，分时出射光5的时间间隔一般为10-50ms；激光雷达也可多出射光束同时发射和接收，其测量值可以是所有视场角内距离变化的加权，也可以是所有待测目标区域内的变化趋势。

激光雷达光学系统2的数量为一个或多个，如图2所示，所述的光学系统数量为多个时，光学系统2与发射光源1一一对应，光学系统、发射光源的数量为2-10个。

多个发射光源1经各自的光学系统2，发出指定角度的出射光5。每个发射光源1和其光学系统2构成独立的发射模组。出射光5的指向和光束间的间隔取决于各个光学模组间的空间位置排列。该方案在结构上相对复杂，结构成本较高，但光学设计要求较低。独立的发射模组在发射光束参数上仅与自身设计和装配有关，可保证其各自的一致性。且该方案更便于实现光轴相互平行的多发射光束。

如图4所示，所述的光学系统2数量为一个时，光学系统2通过所有出射光5。

多个发射光源1利用同一光学系统2，发出指定角度的出射光5。出射光5间的间隔和分布取决于发射光源1间隔以及光学系统2焦距等因素。该方案在结构上相对简洁，成本较低，但设计要求较高。且各发射光源1经光学系统2后，各个出射光5的参数会存在一定的差异性，包括光束均匀性、单个光束发散角、各光束间角度间隔等。且该方案难以实现光轴相互平行的多发射光束。

所述发射光源1为LED或激光器，所述的光学系统2为透镜或透镜组，接收装置3为光敏传感器。

发射光源1、光学系统2、接收装置3为本技术领域常用设备。

如图3所示，所述的激光雷达，还包括控制模块6，所述的控制模块6用于控制发射光源1分时或同时工作。

激光雷达可通过控制模块6对发射光源1工作状态进行控制，也可采用外接的控制装置对发射光源1进行控制。

另一方面，一种激光雷达测距方法，每个发射光源1分时工作，在各自的工作时间内出射光5，出射光5经光学系统2照射到目标4上，目标反射回波信号10进入接收装置3。

每个发射光源1的工作时间为0.1-10ms，工作间隔为0.1-20ms。

发射光源1分时工作，每一路发射与同一接收，在各自的工作时间内都构成完整的雷达系统，都具有单点雷达的测距特性。该方式以降低测量帧率为代价提高了测量分辨率。

一种激光雷达测距方法，每个发射光源1同时工作，出射光5经光学系统2处理，照射到目标4上，目标反射回波信号10进入接收装置3。

多光束直接同时发射和接收，可作为扩大视场角、集中发射光束能量或针对多个特定空间位置进行监测，其测量值可以是所有视场角内距离变化的加权，也可以是所有待测目标区域内的变化趋势。

以上结合具体实施例描述了本申请的技术原理。这些描述只是为了解释本申请的原理，而不能以任何方式解释为对本申请保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本申请的其它具体实施方式，这些方式都将落入本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括多个发射光源，一个或多个光学系统，一个接收装置，所述的发射光源出射光经光学系统照射到目标上，目标反射的回波信号进入接收装置，所述多个发射光源分时出射光，时间间隔为0.1-50ms。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述的发射光源间距为1-5厘米，出射光发散角为0-45°，接收视场角为0-120°。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述的发射光源间距为1-4.5厘米，出射光发散角为0-30°，接收视场角为0-90°。

4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述的发射光源同时出射光。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述的光学系统数量为多个时，光学系统与发射光源一一对应，光学系统、发射光源的数量为2-10个。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述发射光源为LED或激光器，所述的光学系统为透镜或透镜组，接收装置为光敏传感器。

7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，还包括控制模块，所述的控制模块用于控制发射光源分时或同时工作。

Images