[发明专利]接收系统、包括其的激光雷达、以及回波接收处理的方法

说明书

本发明涉及一种可用于激光雷达的接收系统，包括：接收透镜，配置成可接收障碍物反射的光束并进行汇聚；探测器阵列，所述探测器阵列设置在所述接收透镜的下游，包括多个探测器，所述探测器配置成可将入射到其上的光信号转换成电信号；和液晶快门阵列，所述液晶快门阵列设置在所述接收透镜与所述探测器阵列之间，并且包括多个可独立控制的液晶快门，其中当所述液晶快门开启时，允许来自接收透镜并入射到所述开启的液晶快门上的光束通过，并照射到所述探测器阵列的一个或多个探测器上。

技术领域

本发明大致涉及光电技术领域，尤其涉及一种可用于激光雷达的接收系统、包括该接收系统的激光雷达以及利用该接收系统进行回波接收处理的方法。

背景技术

激光雷达LiDAR是激光主动探测传感器设备的一种统称，其工作原理大致如下：激光雷达的发射器发射出一束激光，激光光束遇到物体后，经过漫反射，返回至激光接收器，雷达模块根据发送和接收信号的时间间隔乘以光速，再除以2，即可计算出发射器与物体的距离。根据激光线束的多少，通常有例如单线激光雷达、4线激光雷达、8/16/32/64线激光雷达等。一个或多个激光束在竖直方向沿着不同的角度发射，经水平方向扫描，实现对目标区域三维轮廓的探测。多个测量通道(线)相当于多个倾角的扫描平面，因此垂直视场内激光线束越多，其竖直方向的角分辨率就越高，激光点云的密度就越大。

Lidar系统要实现远距离测远性能，最重要的便是提高信噪比，在很多系统中，如采用大接收面APD探测器或SiPM等单光子探测器时，环境光引起的散粒噪声成为了系统中主要噪声来源，因此控制环境光变得尤为重要。在系统参数确定的情况下，减小环境光主要通过减小探测器选通的区域实现。目前比较常见的方法主要有两类，一类是采用探测器阵列或者可寻址的探测器，但当所需的探测器的探测面较大时本身就很昂贵或非常复杂；另一类是利用空间光调制(SLM)技术通过对接收光信号做选择性偏转，比如采用数字微镜阵列DMD，光栅光阀(GLV)以及液晶相控阵列等。这里面光栅光阀的速度最高，预计最快能够达到百ns量级，但由于采用衍射光线偏转原理，在大偏转角下光效率会很低；采用DMD预计速度可以在几十us量级但有效偏转口径一般在10mm左右；常规的液晶相控阵列响应速度一般在ms量级，因此速度较慢，同时也存在偏转角大时光效率下降的问题。此外，目前这些主要的方法基本都基于反射式偏转，由于接收光线的口径以及发散角等因素，采用反射式偏转系统各部分空间布局会比较复杂。一种透射式的、光效率很高的对接收单元具有高速选通能力的技术会是十分有益的。

背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种可用于激光雷达的接收系统，包括：

接收透镜，配置成可接收障碍物反射的光束并进行汇聚；

探测器阵列，所述探测器阵列设置在所述接收透镜的下游，包括多个探测器，所述探测器配置成可将入射到其上的光信号转换成电信号；和

液晶快门阵列，所述液晶快门阵列设置在所述接收透镜与所述探测器阵列之间，并且包括多个可独立控制的液晶快门，其中当所述液晶快门开启时，允许来自接收透镜并入射到所述开启的液晶快门上的光束通过，并照射到所述探测器阵列的一个或多个探测器上。

根据本发明的一个方面，所述探测器包括SiPM、APD、SPAD中的一个或多个，所述探测器与所述液晶快门是一一对应关系，所述液晶快门为常闭快门。

根据本发明的一个方面，所述接收系统还包括控制单元，所述控制单元根据预设顺序控制所述液晶快门阵列中的多个液晶快门依次开启和闭合。

根据本发明的一个方面，所述预设顺序对应于所述激光雷达的发射系统的多个激光器的发射顺序。

根据本发明的一个方面，所述的接收系统还包括温度控制单元，所述温度控制单元配置成可监测和控制所述液晶快门阵列的温度。