CN216144956U - 一种增强测距能力的激光雷达系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种增强测距能力的激光雷达系统，包括：激光发射源，用于产生激光测距信号；光发射放大单元，用于对激光测距信号进行功率放大；光传输扫描单元，用于对激光测距信号进行发散角压缩整形及扫描发射；光接收单元，用于接收激光测距回返信号；光接收放大单元，用于对激光测距回返信号进行功率放大；以及光信号转换单元，用于将激光测距回返信号转换成可处理的电信号，并从中提取出与测距相关的信息。该激光雷达系统有利于降低发射端功耗，提高接收端测距能力。
Description
技术领域
本实用新型属于激光测距领域，具体涉及一种增强测距能力的激光雷达系统。
背景技术
传统的激光雷达一般采用高功率激光光源产生激光测距信号，再通过光传输扫描单元发射后照射到前方目标物，测距信号被目标物反射后，由透镜组进行接收，并通过光电探测器或探测器阵列将测距光信号转换为电信号，提取出其中与测距相关的信息，最后得出目标物的空间信息。激光光源产生的激光测距信号功率直接影响到系统的测距能力。在其它条件限定的情况下，为提升测距能力，则需加大激光发射源的功率或加大发射光放大器的增益，这样就不可避免的导致激光雷达系统的功耗上升。更重要的，通过无限制的提升光发射功率将带来潜在的激光安全问题，所以在实际应用场景中将严格受限，从而限制了雷达系统的探测距离。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种增强测距能力的激光雷达系统，该激光雷达系统有利于降低发射端功耗，提高接收端测距能力。
为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种增强测距能力的激光雷达系统，包括：
激光发射源，用于产生激光测距信号；
光发射放大单元，用于对激光测距信号进行功率放大；
光传输扫描单元，用于对激光测距信号进行发散角压缩整形及扫描发射；
光接收单元，用于接收激光测距回返信号；
光接收放大单元，用于对激光测距回返信号进行功率放大；以及
光信号转换单元，用于将激光测距回返信号转换成可处理的电信号，并从中提取出与测距相关的信息。
进一步地，所述激光发射源产生短脉宽高重频激光测距信号，或者产生频率、幅值、相位可调制的连续激光测距信号，波长为780~1100nm的近红外短波或1100~2500nm的近红外长波。
进一步地，所述光传输扫描单元对经光发射放大单元后的高功率激光测距信号的发散角进行压缩准直，并经由光扫描器以一定的水平及垂直扫描角度发射至前方目标物或障碍物。
进一步地，所述光接收单元接收从目标物或障碍物反射的激光测距回返信号，再经传输光纤或直接传输到下一单元；所述光接收单元由大孔径高接收视场的透镜组组成。
进一步地，所述光接收放大单元为任何工作原理实现功率放大的光功率放大模块或器件。
进一步地，所述光接收放大单元为光纤放大器，包括增益光纤、泵浦源、光隔离器、光滤波器、监控光探测器及相应的驱动电路。
进一步地，所述光接收放大单元为保偏光纤放大器，包括保偏增益光纤、泵浦源、保偏光隔离器、保偏光滤波器、监控光探测器及相应的驱动电路。
进一步地，所述光接收放大单元为半导体光放大器SOA。
进一步地，所述光接收放大单元为独立的单元，仅对激光测距回返信号进行功率放大；或者所述光接收放大单元与光发射放大单元共用同一个单元，激光测距回返信号经光传输扫描单元原路返回，再经光放大器后，通过光环形器与激光发射源产生的激光测距信号分离。
进一步地，所述光接收放大单元包括光相干模块，激光测距回返信号经过光放大后，再通过光相干模块与本振光混频。
相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型通过在信号接收光路中加入光放大器，利用光放大器对小信号的放大能力，特别是对激光测距回返信号进行放大，提升了激光测距回返信号强度，在不增强激光发射功率的条件下，降低了激光发射源的功耗，增强了激光雷达系统的测距能力。
附图说明
图1为本实用新型实施例一的激光雷达系统示意图。
图2为本实用新型实施例二的激光雷达系统示意图。
图3为本实用新型实施例三的激光雷达系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步说明。
本实用新型提供了一种增强测距能力的激光雷达系统，包括：
激光发射源，用于产生激光测距信号；
光发射放大单元，用于对激光测距信号进行功率放大；
光传输扫描单元，用于对激光测距信号进行发散角压缩整形及扫描发射；
光接收单元，用于接收激光测距回返信号；
光接收放大单元，用于对激光测距回返信号进行功率放大；以及
光信号转换单元，用于将激光测距回返信号转换成可处理的电信号，并从中提取出与测距相关的时间/频率/相位等信息。
所述激光发射源产生短脉宽高重频激光测距信号，或者产生频率、幅值、相位可调制的连续激光测距信号，波长为780~1100nm的近红外短波或1100~2500nm的近红外长波。
所述光发射放大单元可以根据实际的光发射功率要求，进行选择配置。如激光发射源功率可满足系统要求的情况下，也可以取消该放大配置。
所述光传输扫描单元对经光发射放大单元后的高功率激光测距信号的发散角进行压缩准直，并经由光扫描器以一定的水平及垂直扫描角度发射至前方目标物或障碍物。
所述光接收单元接收从目标物或障碍物反射的激光测距回返信号，再经传输光纤或直接传输到下一单元。所述光接收单元由大孔径高接收视场的透镜组组成，也可与所述光传输扫描单元共用。
所述光接收单元与光信号转换单元之间设置光接收放大单元，光接收放大单元对光接收单元传回的微弱激光测距回返信号进行放大，提高信号探测的灵敏度，起到增强测距能力的作用。
所述光接收放大单元可以为任何工作原理实现的光功率放大模块或器件。
所述光接收放大单元可以为任何工作原理实现功率放大的光功率放大模块或器件。
所述光接收放大单元可以为光纤放大器，包括增益光纤、泵浦源、光隔离器、光滤波器、监控光探测器及相应的驱动电路。
所述光接收放大单元可以为保偏光纤放大器，包括保偏增益光纤、泵浦源、保偏光隔离器、保偏光滤波器、监控光探测器及相应的驱动电路。
所述光接收放大单元可以为半导体光放大器（SOA）。
所述光接收放大单元可以为独立的单元，仅对激光测距回返信号进行功率放大。
所述光接收放大单元也可以与光发射放大单元共用同一个单元，激光测距回返信号经光传输扫描单元原路返回，再经光放大器后，通过光环形器与激光发射源产生的激光测距信号分离。
所述光接收放大单元可以包括光相干模块，激光测距回返信号经过光放大后，再通过光相干模块与本振光混频。
所述激光雷达系统的基本工作模式为：激光发射源产生激光信号，经过光发射放大单元后，出射光功率得到放大加强，再经由光传输扫描单元，对其光发散角进行压缩准直，并由光扫描器以一定的扫描角度发射至前方目标物或障碍物。激光测距信号照射到目标物后，产生漫反射，部分满足接收视场的激光测距回返信号会被光接收单元接收，其信号强度受目标物的表面反射率/相对距离/目标照射大小/光接收视场等影响，再由光接收放大单元对激光测距回返信号放大增强，最后由光信号转换单元通过光电探测器将光信号转换为电信号并从中提取出激光测距相关的时间/频率/相位等信息，最后得出目标物在空间的位置信息。
下面举三个实施例并结合附图对本实用新型的具体实现进行说明。
实施例1
图1为本实用新型一种机械旋转式旁轴接收回返信号再放大的激光雷达示意图，包括如下部件：激光发射源101，光发射放大单元102，光传输单元103，光接收单元104，光接收放大单元105，光信号转换单元106。
激光发射源101产生激光测距信号，经光发射放大单元102放大，再经光传输单元103对光束发散角压缩整形，采用机械旋转方式扫描发射。信号光照射到目标或障碍物后发生反射，部分回返光经光接收单元104接收，再经光接收放大单元105放大，然后经光信号转换单元106转化为电信号处理。
实施例2
图2为本实用新型一种同轴接收回返信号再放大的激光雷达示意图，包括如下部件：激光发射源201，光环形器202，光放大器203，光传输扫描单元204，光信号转换单元205。
激光发射源201产生激光测距信号，经过光环形器202后，再经光放大器203放大，并经光传输扫描单元204对光束发散角压缩整形并以一定的扫描角度发射。信号光照射到目标或障碍物后发生反射，部分回返光沿原光路经光传输扫描单元204接收，再经光放大器203放大，然后经光环形器202与前向激光测距发射信号分离，再经光信号转换单元205转化为电信号处理。
实施例3
图3为本实用新型一种接收回返信号再放大相干激光雷达示意图，包括如下部件：激光发射源201，光环形器202，光放大器203，光传输扫描单元204，光学相干器206，光信号转换单元205。
激光发射源201产生激光测距信号，经过光环形器202后，再经光放大器203放大，并经光传输扫描单元204对光束发散角压缩整形并以一定的扫描角度发射。信号光照射到目标或障碍物后发生反射，部分回返光沿原光路经光传输扫描单元204接收，再经光放大器203放大，然后经光环形器202与前向激光测距发射信号分离，经光学相干器206与本振光混频后，再由信号转换单元205转化为电信号处理。
以上所述为本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本实用新型的教导，在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本实用新型的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种增强测距能力的激光雷达系统，其特征在于，包括：
激光发射源，用于产生激光测距信号；
光发射放大单元，用于对激光测距信号进行功率放大；
光传输扫描单元，用于对激光测距信号进行发散角压缩整形及扫描发射；
光接收单元，用于接收激光测距回返信号；
光接收放大单元，用于对激光测距回返信号进行功率放大；
光信号转换单元，用于将激光测距回返信号转换成可处理的电信号，并从可处理的电信号中提取出与测距相关的时间、频率、相位信息。
2.根据权利要求1所述的一种增强测距能力的激光雷达系统，其特征在于，所述激光发射源产生短脉宽高重频激光测距信号，或者产生频率、幅值、相位可调制的连续激光测距信号，波长为780~1100nm的近红外短波或1100~2500nm的近红外长波。
3.根据权利要求1所述的一种增强测距能力的激光雷达系统，其特征在于，所述光接收单元接收从目标物或障碍物反射的激光测距回返信号，再经传输光纤或直接传输到下一单元；所述光接收单元由大孔径高接收视场的透镜组组成。
4.根据权利要求1所述的一种增强测距能力的激光雷达系统，其特征在于，所述光接收放大单元为光纤放大器，包括增益光纤、泵浦源、光隔离器、光滤波器、监控光探测器及相应的驱动电路。
5.根据权利要求1所述的一种增强测距能力的激光雷达系统，其特征在于，所述光接收放大单元为保偏光纤放大器，包括保偏增益光纤、泵浦源、保偏光隔离器、保偏光滤波器、监控光探测器及相应的驱动电路。
6.根据权利要求1所述的一种增强测距能力的激光雷达系统，其特征在于，所述光接收放大单元为半导体光放大器SOA。
7.根据权利要求1所述的一种增强测距能力的激光雷达系统，其特征在于，所述光接收放大单元为独立的单元，仅对激光测距回返信号进行功率放大；或者所述光接收放大单元与光发射放大单元共用同一个单元，激光测距回返信号经光传输扫描单元原路返回，再经光放大器后，通过光环形器与激光发射源产生的激光测距信号分离。
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