[发明专利]扫描激光雷达系统及方法

说明书

一种激光雷达检测系统包括生成沿着第一方向设置的多个输出光学信号的光源。调制电路将来自信号发生器的输出信号应用到光源以调制输出光学信号，使得输出光学信号是具有调频调制包络的包络调制的输出光学信号。扫描装置在第二方向上将输出光学信号扫描到区域中。包括二维光学检测器阵列的接收器接收返回光学信号并且生成指示返回光学信号的接收信号。返回光学信号撞击在区域与阵列之间的掩模上，掩模包括与阵列的第一尺寸对准的多个孔径。接收信号针对阵列中的一组检测器生成，该一组检测器沿着阵列的第一尺寸设置并与掩模孔径对准。

背景技术

技术领域

本公开涉及激光雷达(LiDAR)系统和方法，并且具体地涉及使用合成多普勒处理和空间滤波以减少环境光的扫描激光雷达系统和方法(其可用于汽车或其他应用中)。

相关领域

激光雷达(LiDAR)通常是指光检测与测距(light detection and ranging)的首字母缩略词，在这个意义上激光雷达通常被视为雷达的光学模拟。一般来讲，存在两种类型的激光雷达系统，即非相干激光雷达和相干激光雷达。非相干激光雷达(通常也称为直接检测或直接能量检测激光雷达)主要使用光回波的幅度测量，而相干激光雷达更适用于相位敏感测量或其他更复杂的发射器波形调制技术。相干系统一般使用光外差检测，其比直接检测更敏感，故允许它们以低得多的功率操作并且提供更大的测量精度和解析度，但代价是更复杂的收发器要求和成本。

典型的激光雷达检测系统包括光辐射源(例如激光器，其将光发射到区域中)。可包括一个或多个光学检测器和/或光学检测器阵列的光学检测装置从该区域接收反射光并且将该反射光转换为电信号。处理装置处理电信号以识别并且生成与该区域中的一个或多个目标对象相关联的信息。该信息可以包括例如每个目标对象的方位、距离、速度和/或反射率信息。

激光雷达检测系统的一个非常重要的应用是在汽车中，其中对象检测可以促进各种功能，诸如停车辅助功能、交叉车流警告功能、盲点检测功能、自动驾驶车辆操作以及许多其他功能。在汽车激光雷达检测系统中，利用相同的系统配置能够检测在近距离处的明亮对象和在远距离处的低反射率对象两者是重要的。

发明内容

根据一个方面，提供了一种激光雷达检测系统。激光雷达检测系统包括沿第一方向设置以用于生成沿第一方向设置的多个输出光学信号的多个光源。信号发生器生成具有可变频率的输出信号。调制电路接收来自信号发生器的输出信号并且将来自信号发生器的输出信号应用到多个光源以调制输出光学信号，使得输出光学信号是具有调频调制包络的包络调制的输出光学信号。光学传输元件将包络调制的输出光学信号发射到区域中。扫描装置在与第一方向不同的第二方向上扫描多个包络调制的输出光学信号。接收器接收至少部分地由所发射的包络调制的输出光学信号的反射生成的返回光学信号，并且生成指示返回光学信号的接收信号，接收器包括二维光学检测器阵列。掩模在区域和阵列之间设置在阵列附近，返回光学信号撞击在掩模上，掩模包括沿着与阵列的第一尺寸对准的方向设置的多个孔径，每个孔径适于使得掩模阻挡返回光学信号的第一部分撞击在阵列上并且孔径允许返回光学信号的第二部分撞击在阵列上，其中接收信号针对阵列中的一组检测器生成，该一组检测器沿着阵列的第一尺寸设置并且与掩模中的孔径对准并暴露于所接收的返回光学信号，其中一次针对一组检测器生成接收信号，检测器组沿着阵列的基本上正交于阵列的第一尺寸的第二尺寸相对于彼此偏移，其中一组检测器中的每个检测器包括多个区域，每个检测器的第一区域在第一时间接收返回光学信号并且每个检测器的第二区域在比第一时间晚的第二时间接收另一个返回光学信号，其中第一时间和第二时间在阵列的不同扫描期间发生。处理器耦接到用于接收接收信号的接收器并且处理接收信号以生成对区域中的一个或多个对象的检测。

在一些示例性实施方案中，被掩模阻挡的返回光学信号的第一部分来自区域的未被输出光学信号照亮的至少一部分。

在一些示例性实施方案中，掩模位于接收器中的接收透镜的焦平面处或附近。