[发明专利]分布式交通工具激光雷达系统

说明书

描述了一种分布式调频激光雷达系统，该分布式调频激光雷达系统提供：中央单元，中央单元包括调频光学信号源和反射光的中央接收器；以及多个光学头，该多个光学头仅包括光学部件。在中央单元与光学头之间不需要光学延迟线或定时补偿光子或电子线路。相对简单的光学头不需要免受冲击或振动的广泛保护，并且可以分布在交通工具与牵引式拖车或类似的交通工具之间，其中连接由光学耦合件提供。

本申请要求于2016年7月28日提交的美国临时申请第62/367,815号的权益。这些和所有其他引用的外部材料通过引用其全部内容并入本文中。在通过引用并入的参考文献中的术语的定义或使用与本文中提供的术语的定义不一致或相反的情况下，本文中提供的术语的定义被视为是控制的。

技术领域

本发明的技术领域是激光雷达(LiDAR)系统，特别是在交通工具中使用的调频连续波激光雷达系统。

背景技术

下面的描述包括可以有助于理解本发明的信息。并不承认本文中提供的任何信息是现有技术或者与当前要求保护的发明有关，或者所具体或隐含地提及的任何出版物是现有技术。

激光雷达在感测与自主导航相关联的各种领域中的应用方面变得日渐重要。特别地，自主交通工具、UAV和机器人技术依赖于激光雷达来生成具有或没有来自其他传感器的信息的、要使用的成像信息，以指导这些平台的运动。目前，由用于上述类型的应用的仪器头(光源、光检测器、传输/转向光学器件和检测光学器件所在的位置)以及控制和处理组件组成的激光雷达系统被容置在单独的壳体中，该壳体然后连接到线缆和线，以用于将电力和数据传输到计算机或类似的能力以进行图像分析。这意味着整个包装必须放置在平台上且可以进入需要成像的区域的位置处。例如，对于具有高级驾驶员辅助系统(ADAS)的应用，必须将激光雷达放置在汽车顶部或其他位置(例如，在前格栅下方)以能够进入道路和路边。如果期望保持包装不会干扰汽车车身的结构，则这可能难以实现。如果包装必须与有源/无源绝缘组件结合以降低干扰激光雷达的正常操作的冲击和振动的不良影响或降低其性能，则这进一步复杂化。

可以以各种方式来实现激光雷达。在“飞行时间”(TOF)中，发射光的激光雷达短脉冲并且接收反射脉冲，其中，发射与接收之间的延迟提供发射器与反射对象之间的距离的量度。然而，这样的飞行时间系统具有许多缺点。例如，仅依赖于接收到的光的强度的简单飞行时间测量很容易受到来自外部和无关信号源的干扰的影响。随着发射器与反射对象之间的距离增加，该问题变得更加明显，这是因为这样的距离必然会降低反射信号的强度。另一方面，准确测量极短时间间隔的固有限制限制了这样的飞行时间激光雷达系统在近范围的空间分辨率。此外，这样的飞行时间激光雷达系统的范围是检测相对微弱的反射信号的能力的函数。经常通过使用高灵敏度光电探测器来解决所产生的范围限制。在某些情况下，这样的检测器可以检测单个光子。遗憾的是，该高度的灵敏度还导致对作为来自除了目标以外的对象或来自其他光源的反射飞行时间激光雷达脉冲的干扰信号的错误识别增加。尽管存在这些缺点，但飞行时间激光雷达系统目前仍得到广泛应用，主要由于提供具有很紧凑的形式的这样的系统的能力以及利用相对廉价的非相干激光光源的能力。

解决该问题的一种方法是提供系统部件分布在交通工具周围的飞行时间激光雷达系统。在美国专利申请第2017/0153319号(属于Villeneuve和Eichenholz)中找到了这样的方法的示例。本文中所识别的所有出版物均通过引用并入，其程度就如同具体地并且单独地指出每个单独的出版物或专利申请被通过引用并入一样。在并入的参考文献中的术语定义或术语使用与本文所提供的该术语的定义不一致或相反的情况下，则适用本文提供的该术语的定义，不适用参考文献中的术语的定义。在这样的方法中，飞行时间激光雷达系统的一些部件(例如，传输扫描器、用于收集反射光的输入部和用于表征反射光的接收器)可以作为单元放置在交通工具的一个位置处，而另一个部件(例如，光源)可以放置在其他位置处。可以使用传统的光纤和电布线来连接分布式部件。然而，飞行时间激光雷达的时间相关性需要接近传输扫描器、输入部和接收器以保持定时保真度。因此，这样的系统的扫描/接收组件保持相对大和复杂。