[发明专利]一种高精度激光雷达系统

说明书

本发明公开了一种高精度激光雷达系统主要包括：脉冲飞行时间测量部分，三角法距离测量部分和卡尔曼滤波融合三部分；具体讲，脉冲飞行时间测量部分与三角法距离测量部分是同时进行，激光脉冲发射模块向空间中发射激光脉冲，激光脉冲接收模块将收到的激光脉冲回波分别发送入激光脉冲飞行时间测量模块和激光三角法距离测量模块，分别进行脉冲飞行时间测量和三角法距离测量，然后将本次测量所得到的结果传送入中央处理器模块，实现卡尔曼滤波融合，实现测量数据的融合，得到相比于原始测量更高精度的测量结果。

技术领域

本发明属于无线电波技术领域，更为具体地讲，涉及一种高精度激光雷达系统。

背景技术

激光雷达的应用十分广泛,已从地面发展到空中,从空中发展到太空,从陆地发展到海面,从海面发展到水下,并涉及到多个学科领域。它有着常规雷达不可比拟的优势,无论在军事上还是在民用上都有广阔的应用前景。

随着科技的进步，人们对智能化的需求越来越高，随着而来的便是对传感器的高要求。不同于传统的摄像头视觉成像，激光雷达测量数据的精度，距离，分辨率要高出很多。未来激光雷达将广泛应用于各个场景，小到家庭的扫地机器人，车载的自动导航系统，大到飞机的自动测绘，卫星的精确测距。

由于不同的场景需求，对激光雷达的各种指标也相应的不同。如对于无人驾驶场景，需要激光雷达的探测距离为几十到上百米，探测精度也需要达到厘米级别。而对于普通的居家机器人，如扫地机器人，十米以下的探测距离足以满足日常的需求，而且因为机器人移动速度缓慢的缘故，对探测精度也没有很高的需求。

由于不同的测量距离需求，因此采取的激光探测方案也相应的不同，不同的测量方案也会有各自的盲区与不足，如激光脉冲飞行时间测量不适用于近距离测量，三角法不适用于较远距离的测量。这些不足的地方是值得改进的。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于卡尔曼滤波器的高精度激光雷达系统，利用两种不同的激光测量方案对目标进行测量，测量的结果通过卡尔曼滤波的方式进行融合，最终融合后的结果即为激光雷达的测量结果。

为实现上述发明目的，本发明一种高精度激光雷达系统，其特征在于，包括：

中央处理器模块，内置时序控制单元和卡尔曼滤波计算单元；主要负责向系统中各个模块发送指令，并接受各个模块的反馈数据，从而控制系统的整体运行；

时序控制单元根据预先设置的控制时序，向激光脉冲发射模块发送指令，令其发射激光脉冲信号，并同时向激光脉冲接收模块发送指令，令其准备接收回波脉冲；并同时激活激光脉冲飞行时间测量模块、激光三角法距离测量模块和卡尔曼滤波计算单元；卡尔曼滤波计算单元根据激光脉冲飞行时间测量模块和激光三角法距离测量模块返回的计算数据进行卡尔曼滤波计算，得到激光雷达的最终测量数据；

激光脉冲发射模块，内置有激光器、光感应单元和电信号放大单元；激光器负责接收中央处理器模块时序控制单元发送的指令；光感应单元用于脉冲飞行时间测量方法中产生原始的脉冲起始信号；电信号放大单元对原始的脉冲起始信号进行放大；

激光器接收到中央处理器模块时序控制单元发射的指令后，激活光感应单元，随后激光器向空间发射激光脉冲信号，光感应单元感应到激光脉冲信号后产生出原始的脉冲起始信号，电信号放大单元对原始的脉冲起始信号进行放大，然后输入至激光脉冲飞行时间测量模块；

激光脉冲接收模块，内置有光感应单元和电信号放大单元；光感应单元分为两部分，第一部分用于感应回射激光脉冲产生激光的脉冲截止信号，用于完成激光脉冲的飞行时间测量，第二部分用于确定回射激光光束击中光感应单元的位置，用于完成激光三角法距离测量；电信号放大单元用于对原始微弱的脉冲截止信号进行放大；