[发明专利]激光雷达测量方法及激光雷达系统

说明书

本发明提供一种激光雷达测量方法及激光雷达系统，通过可调谐激光产生单元产生波长可调谐的输出光信号；对输出光信号进行线性调频得到调频连续波信号；对调频连续波信号分束获得出射光信号和本振光信号；将出射光信号经功率放大后由光学相控阵发射单元发射，对目标物体的二维扫描；接收被目标物体反射的回波光信号，根据回波光信号与本振光信号获取目标物体的距离和/或速度信息。将可调谐激光和光学相控阵体系结合，在一维光学相控阵器件的基础上实现二维扫描，避免一维光学相控阵器件采用堆叠形式实现二维扫描；通过采用外调制方式，实现将光学相控阵和宽带可调谐激光器与调频连续波体制合理结合，克服宽带可调谐激光器难以窄带线性调频的不足。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达测量方法及激光雷达系统。

背景技术

光学相控阵(Optical Phased Array，OPA)能够实现任意发射角度的扫描，且不存在任何机械旋转部件，因此被认为是固态激光雷达中最具竞争力核心器件之一。

目前针对OPA器件的研究热度较高，但支持基于纯相位控制的二维扫描OPA器件在设计和工艺上难度仍然较高，现阶段还难以展开广泛应用。另一方面，一维扫描的OPA器件根据其工作原理，完全能够接受波长调制而实现二维扫描。调频连续波(FrequencyModulated Continuous Wave，FMCW)技术凭借其固有的测距测速机制，非常适合应用于激光雷达系统中，同时其探测灵敏度理论上较传统脉冲探测高出至少三个数量级。鉴于OPA器件发射功率相对传统脉冲激光雷达信号功率更低，同时其对工作激光线宽要求较高，因此调频连续波(FMCW)技术非常适合与OPA进行结合。

现有技术中在一维OPA上实现FMCW机制，通常无法通过波长调制实现一维OPA的二维扫描，需要通过一维OPA的堆叠才能实现二维扫描；此外，在一维OPA上实现FMCW机制对于激光器的动态范围和精度要求比较高。

发明内容

本发明提供一种激光雷达测量方法及激光雷达系统，以实现光学相控阵与调频连续波体制的结合，避免一维光学相控阵器件采用堆叠的形式实现二维扫描。

本发明的第一方面是提供一种激光雷达测量方法，包括：

通过可调谐激光产生单元产生波长可调谐的输出光信号；

对所述输出光信号进行线性调频，得到调频连续波信号；

对所述调频连续波信号进行分束，获得出射光信号和本振光信号；

将所述出射光信号经功率放大后，通过光学相控阵发射单元发射，实现对目标物体的二维扫描；

接收被目标物体反射的回波光信号后，根据所述回波光信号与本振光信号获取目标物体的距离和/或速度信息。

进一步的，所述光学相控阵发射单元包括波导光栅结构；

所述通过光学相控阵发射单元发射，实现对目标物体的二维扫描，包括：

通过所述可调谐激光产生单元控制输出光信号的波长，以控制所述出射光信号的波长，以使所述光学相控阵发射单元在第一维度上扫描；

通过所述光学相控阵对所述出射光信号进行分路从所述波导光栅结构发射，并通过控制各路出射光信号的相位来控制各路出射光信号干涉后的主极大的角度，以使所述光学相控阵发射单元在第二维度上扫描。

进一步的，所述通过光学相控阵发射单元发射，实现对目标物体的二维扫描，包括：

通过所述可调谐激光产生单元依次产生不同波长的输出光信号，对每一波长的输出光信号持续输出预设时长，以依次改变所述出射光信号在所述第一维度上的出射角度；

在每一所述预设时长内，由所述光学相控阵发射单元在第二维度上进行至少一次扫描。