[发明专利]相控阵激光发射单元及控制方法、激光雷达

说明书

本发明涉及一种激光雷达及其相控阵激光发射单元。由于经多个光发射天线发射的多路激光相干，故多路激光便可在远场通过干涉得到辐射方向图，以在特定方向形成最强的主光束。进一步的，可调式激光光源可改变激光光束的波长，从而使多路激光的相位也相应改变，进而在远场得到不同的辐射方向图。激光光束的波长按预设规则变化，则可在远场得到各种辐射方向图案，故激光雷达无需机械旋转部件便能实现全方位监测，从而有利于减小体积。而且，激光雷达扫描的速率由相位变化的频率决定，而相位变化的频率又与激光光束波长变化的频率有关，不受到机械旋转部件转速的限制。因此，激光雷达的扫描速度更快。此外，本发明还提供一种相控阵激光发射控制方法。

技术领域

本发明涉及激光探测技术领域，特别涉及一种相控阵激光发射单元及控制方法、激光雷达。

背景技术

激光雷达是一种用激光探测和测距的传感器，其原理与普通声波雷达和声呐类似。即用发射装置向目标发射出激光脉冲，通过接收装置测量返回脉冲的延迟和强度来测量目标的距离与反射率。

为实现全方位的监测，雷达需进行360度空间的扫描。传统的雷达一般采用机械驱动的模式，即机械装置带动雷达的发射单元全方位转动，以实现360 度扫描。但是，这样的雷达使用笨重的机械装置，使得扫描速率缓慢。而且，机械转动装置一旦故障后很难继续正常使用。

与传统的普通雷达类似，目前市场上的激光雷达也使用机械转动的方式进行360度的空间扫描。这就造成了激光雷达与传统雷达一样，产品具有体积大、扫描慢、价格高昂和机械装置故障后难以继续正常使用的缺点，从而不利于大规模使用在消费电子领域。

发明内容

基于此，有必要针对现有激光雷达体积大、扫描慢的问题，提供一种能减小体积且提高扫描速率的相控阵激光发射单元及控制方法、激光雷达。

一种相控阵激光发射单元，包括：

可调式激光光源，用于产生波长按预设规则变化的激光光束；

激光分束组件，包括光入射端及多个光出射端，所述光入射端与所述可调式激光光源连通，所述激光光束经所述光入射端入射后分别从所述多个光出射端出射，以得到多路激光；及

多个用于分别发射所述多路激光的光发射天线，所述多个光发射天线分别与所述光出射端配合，以形成多个相互并联且供所述多路激光传输的激光光路；

其中，所述光入射端与每个所述激光光路末端之间的光波导的长度不同，以使经所述多个光发射天线发射的所述多路激光之间产生相位差。

在其中一个实施例中，所述激光分束组件为具有多个输出端的光耦合器或光分束器。

在其中一个实施例中，所述光耦合器为边缘耦合器或光栅耦合器，所述光分束器为方向耦合器或多模干涉器。

在其中一个实施例中，所述多个光发射天线呈一维阵列分布。

在其中一个实施例中，所述光入射端与任意相邻两个所述激光光路末端之间的光波导的长度差相同。

在其中一个实施例中，所述多个光发射天线呈二维阵列排列。

在其中一个实施例中，所述光发射天线为光栅耦合器。

一种激光雷达，包括：

如上述优选实施例中任一项所述的相控阵激光发射单元；

回波接收单元，用于接收所述多路激光在远场干涉形成的主光束经标的物反射所产生的回波信号；及

与所述相控阵激光发射单元及所述回波接收单元通讯连接的处理器。

一种相控阵激光发射控制方法，包括步骤：

产生波长按预设规则变化的激光光束；