[发明专利]一种激光雷达装置及探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达技术，尤其涉及激光雷达装置及探测方法。

背景技术

激光雷达(LIDAR，Light Detection And Ranging)可以被调制成激光脉冲作为探测信号，通过测量物体反射光信号时间测量特定方位角的目标距离。图1是现有技术中激光雷达的结构示意图。如图1所示，激光雷达通常包括激光发射光学部件101、回波信号接收光学部件102、控制部件103。其中，激光发射光学部件101将启动激光光源，产生特定方向的激光；照射到目标对象后产生反射的回波信号；回波信号接收光学部件102接收反射的回波信号；控制部件103对接收到的回波信号进行处理，提取有用的信息并处理。

现有技术中，激光雷达有机械扫描激光雷达和闪光激光雷达(Flash LIDAR)两类。机械激光雷达是通过机械转动方式同时改变激光光束的反射方向和探测器的空间探测角度，在目标空间上进行扫描，测量相应方向的目标对象的距离和光反射强度，实现对周围空间物体的动态位置和状态感知。但机械激光雷达是通过机械转动方式进行扫描，比如马达，存在着速度慢、体积大、不稳定、可靠性差等缺点。

而闪光激光雷达不采用机械式的，而是利用脉冲激光束对目标对象进行泛光照射。图2是现有技术中闪光激光雷达的结构示意图，包括激光发射光学部件201、回波信号接收光学部件202、控制部件203。其中，激光发射光学部件201至少包括发射激光器2011和扩束透镜2012。工作时，发射激光器2011产生激光光源，激光经过扩束透镜2012生成一个大空间角分布的激光泛光光源，直接照射并覆盖该大空间角的目标对象。同样，回波信号接收光学部件202接收反射的回波信号；控制部件203对接收到的回波信号进行处理。与机械扫描激光雷达相比，闪光激光雷达直接将大空间角激光光束照射在目标空间中，无需利用机械转动进行扫描，克服了速度慢、体积大等一系列缺陷。但是，闪光激光雷达产生的是激光泛光光源，可探测的距离比较短，一般为几米到几十米的。因为可探测距离与反射回波信号的强度相关，而反射回波信号的强度通常决定于发射功率及发射信号的衰减程度等因素。正是由于闪光激光雷达是泛光照射，在大空间角内呈连续分布，因此信号衰减严重。以空间角60°为例，闪光激光雷达泛光照射到100米远距离时，一平方厘米的单位面积上获得的光功率仅为发射光功率的百万分之一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种激光雷达装置和探测方法，可以发射离散激光束，避免泛光造成的严重的信号衰减问题。

为达到上述目的，本发明提供的技术方案如下：

一种激光雷达装置，该装置包括：

激光发射光学部件，用于发射空间离散激光；

回波信号接收光学部件，用于接收反射的回波信号；

控制部件，用于对接收到的回波信号进行信号处理；

其中，激光发射光学部件包括：

发射激光器，用于发射激光；

光学离散器件，用于将发射激光器产生的激光空间离散化，形成空间离散激光。

本发明还提供一种激光雷达的探测方法，该方法包括：

将发射激光器产生的激光进行空间离散化，形成空间离散激光；

回波信号接收光学部件接收反射的回波信号；

由控制部件对接收到的所述回波信号进行信号处理。

由此可见，本发明提供的一种激光雷达装置及探测方法并没有将发射激光器的激光扩束以后直接射向空间的目标对象，而是将激光通过光学离散器件先进行离散化，形成离散激光束以后才射向空间。由于这些离散激光束不是泛光，在空间不是呈连续分布，而是呈若干窄光束，大大避免其信号衰减问题，从而可以探测到更远距离的目标对象，提供激光雷达的探测性能。

附图说明

图1是现有技术中激光雷达的结构示意图。

图2是现有技术中闪光激光雷达的结构示意图。

图3是本发明提出的一种激光雷达实施方案一中装置结构图。

图4是本发明提出的一种激光雷达实施方案一的方法流程图。

图5是本发明方案中的空间离散激光示意图。

图6是现有技术中空间泛光激光示意图。

图7是本发明提出的第一种光学离散器件。

图8a和图8b是本发明利用光栅阵列作为光学离散器件的示意图。

图8c是本发明实施例中入射角度和衍射角度所在的坐标示意图。