[发明专利]激光雷达系统及其探测方法和应用

说明书

本发明提供一种激光雷达系统及其探测方法和应用，其中所述激光雷达系统包括至少一激光发射器，一激光接收组件，以及一雷达测算模块。所述激光发射器投射激光光线，形成一扫描视场，以扫描一目标探测物，其中所述接收组件中的三个所述接收器单元被不共线地设置，其中至少三所述接收器单元接收所述目标探测物所反射的激光，其中每个所述接收单元分别地生成相应的探测信号，其中所述雷达测算模块通信地连接于所述激光接收组件，藉由所述雷达测算模块基于所述探测信号计算所述目标探测物的空间位置信息。

技术领域

本发明涉及一雷达探测系统，尤其涉及一种激光雷达系统及其探测方法和应用。

背景技术

激光雷达系统，激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。激光雷达以激光作介质，发射到目标物上，目标物产生漫反射，反射回来的激光(包含幅值、相位等物理信息)被探测器所接受，从而获取目标物的距离、方位等信息，实现对周围环境的三维探测。激光雷达具有主动探测、抗干扰能力强、探测精度高、全天时工作等优点，广泛应用于自动驾驶领域。现有的激光雷达分为收发共光路和收发非共光路两种类型。

收发共光路激光雷达系统是激光雷达投射到目标物的激光与目标物漫反射后反射回来的激光在同一光路。附图1A示出了所述收发共光路激光雷达系统的探测光学原理。通常情况下，收发共光路激光雷达系统是由激光光源经过发射镜头生成特定波长的激光，经由分光器件和扫描器件(MEMS、旋转棱镜等)将激光光线向外投射。光线投射到被测目标物后，目标物表面产生的激光漫反射光线经过相同的光线路径后-入射到分光器件，并由分光器件将接收到的反射光回传至接收镜头，最后由激光探测器对接收到的激光反射光线进行计算分析。收发共光路激光雷达，一般会受到扫描器件口径限制，接收光路入瞳直径较小，只能够接收到较小口径的反射光信号，因此探测距离短。此外，这种收发共光路激光雷达系统测量的探测精度受到扫描器件角度分辨能力制约，角度分辨率较低，并不能满足正常使用需求。

如图1B所示，收发非共光路激光雷达的投射光线与目标物的反射光线不在同一光路，接收端通光孔不受到扫描器件口径限制，因此可以使用通光口径较大的接收镜头，在一定程度上能够弥补收发共光路激光雷达系统探测距离较短的问题。但是由于受到目前用于激光雷达的近红外探测器尺寸限制，收发非共光路激光雷达的视场角较小。同时由于激光雷达主要需要实现对探测区域的二维扫描和3D重建，因此在扫描过程中需要完成各个时刻的扫描角度检测。非共光路激光雷达的扫描角度检测主要通过以下两种方法：第一种是通过检测扫描器件输入信号或通过光声反馈等方式检测扫描器件的扫描角度，这方法需要在扫描器件上增加角度反馈装置，增大了扫描器件设计难度和生产成本，同时角度分辨率受到扫描器件扫描角度测量精度制约；另一种是使用大口径面阵激光探测器，通过检测像点在探测器上的位置，检测目标反射光束入射角度，这种方法需要使用高分辨率的面阵激光探测器。由于激光雷达多工作于红外波段，受制于现阶段探测器工业限制，此波段下面阵探测器像素较低(常见阵列：4*4，2*8等)，角度分辨率有限。综合上述分析，现有技术的收发非共光路激光雷达在扫描视场、角度测试精度上受到探测器等器件限制，不能满足现阶段使用要求。

发明内容

本发明的一个主要优势在于提供一激光雷达系统及其探测方法和应用，其中所述激光雷达系统是基于多个接收器单元检测的激光雷达系统，提高了激光雷达的检测精度。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达系统及其探测方法和应用，其中所述激光雷达系统的每个接收器单元能独立测出目标到接收器距离，根据每个接收器测到的目标距离值，反演计算得到出目标位置信息。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达系统及其探测方法和应用，其中所述激光雷达系统的激光光线的接收端入瞳直径不受扫描器件的口径限制，提高了探测距离。

本发明的另一个优势在于提供一激光雷达系统及其探测方法和应用，其中所述激光雷达系统使用单元探测器，其中所述单元探测器的探测面积大，增大了探测的视场角。