[发明专利]具有波长多样性的FMCW激光雷达

说明书

本文描述的各种技术有关多激光器单光学谐振器激光雷达系统。激光雷达系统包括光学耦接到至少第一激光器和第二激光器的单个光学谐振器。所述光学谐振器由电光材料形成。所述第一激光器和所述第二激光器光学注入锁定到所述光学谐振器。调制器向所述光学谐振器施加时变电压以控制所述电光材料的光学特性的调制，这致使所述第一激光器生成包括第一系列光学线性调频脉冲的第一频率调制光学信号和/或致使所述第二激光器生成包括第二系列光学线性调频脉冲的第二频率调制光学信号。此外，前端光学器件将所述第一频率调制光学信号和/或所述第二频率调制光学信号的至少一部分从所述激光雷达系统发射到环境中。

背景技术

光探测和测距(激光雷达)系统是测量系统(surveying system)，其通过用激光照射目标并测量反射光(激光雷达返回)来测量到环境中目标的距离。可利用激光返回时间的差异来生成目标的三维(3D)表示。激光雷达系统还可用于测量目标相对于观察者的速度。因此，激光雷达系统可用于各种地面、空中和移动应用中；例如，激光雷达系统可用于自主或半自主车辆、无人机、机器人和利用激光扫描功能的其他应用。

一种类型的激光雷达系统是直接飞行时间(TOF)激光雷达系统。直接TOF激光雷达系统发射包括光短脉冲的光学信号，使得光脉冲可从环境中的目标反射(假设目标位于环境中光脉冲所指向的位置)。直接TOF激光雷达系统可接收反射脉冲(例如，从目标反射的光脉冲，如果有的话)。发射与接收之间的延迟可用于确定直接TOF激光雷达系统与目标之间的距离。直接TOF激光雷达系统也可通过比较两个数据帧来确定目标的速度；假设在不同时间捕获的两个帧中标识出目标，则可利用目标位置随时间的变化来确定目标的速度。

另一类型的激光雷达系统是频率调制连续波长(FMCW)激光雷达系统。FMCW激光雷达系统可包括激光源，所述激光源生成频率调制光学信号，所述信号包括一系列连续的光学线性调频脉冲，其中每个线性调频脉冲内的频率随时间变化。FMCW激光雷达系统可跨环境发射光学线性调频脉冲。此外，FMCW激光雷达系统的接收器可接收反射光学信号(例如，从位于环境中的目标反射的光学线性调频脉冲，如果有的话)。每个反射光学线性调频脉冲相对于参考光学线性调频脉冲的频移和/或相移的测量可提供目标相对于FMCW激光雷达系统的距离和/或速度的量度。

在许多激光雷达系统(诸如自主车辆中所使用的激光雷达系统)中，在空间中扫描光学信号以涵盖期望的视野。例如，诸如旋转镜或旋转激光器的各种扫描机构可用于扫描激光雷达系统的光学信号。

通常期望增加激光雷达系统的信噪比(SNR)。激光雷达系统的SNR可通过增加由激光雷达系统接收的信号的功率水平、降低由激光雷达系统接收的噪声或它们的组合来增加。例如，激光雷达系统的性能可能受到由激光雷达系统检测的信号的功率水平和/或由激光雷达系统接收的噪声的限制。此外，在激光雷达系统的范围增加或当在各种天气状况(例如，雨、雪、雾)下操作时，激光雷达系统的SNR可能尤其会下降。例如，大气粒子(诸如雨、雪和雾)的吸收和散射可导致信号劣化(例如，SNR降低)。此外，由激光雷达系统接收的噪声通常包括与激光的相干性相关联的散斑。散斑是精细尺度的高对比度颗粒状图案，其在光学信号从与来自激光雷达系统的激光器的光学信号的波长具有相同尺度(或更大)的粗糙度的表面反射时出现。散斑图案产生对常规激光雷达系统的SNR不利的噪声强度波动。

发明内容

以下是本文更详细描述的主题的简要概述。此概述不意图限制权利要求的范围。