[实用新型]一种基于光纤阵列的激光雷达系统

说明书

技术领域

本实用新型属于激光雷达领域，具体涉及一种基于光纤阵列的激光雷达系统。

背景技术

激光雷达技术有着多年的研究历史，最初应用于国防、航空航天等领域。近年来随着激光技术和信息处理技术的发展，激光雷达在地图测绘、机器人空间定位、汽车无人驾驶等方面有着越来越多的应用。

激光雷达技术在具体的技术方案上有相位测量法、脉冲测量法、三角测量法等，其中脉冲测量法由于测量距离远、测量精度高，受到了广泛的关注。脉冲测量法的具体实现方式为：激光器发射激光，经过准直处理后照射在待测物体表面，有一部分激光在物体表面会被反射，并被探测器接收。根据测量发射激光和接收反射激光的时间差来计算待测物体与激光器之间的距离。

采用脉冲测量法的激光雷达，每发出一个脉冲信号进行一次测量，即得到待测物体的一个位置信息，在机器人空间定位、汽车无人驾驶等应用中，为得到所处环境的完整信息，需要大量的环境测量数据。现有的激光雷达技术方案，一般采用多线程测量技术，即增加发射激光的激光器和接收反射激光的探测器的个数，来增加测量的效率。以现有应用于汽车无人驾驶领域中的64线激光雷达为例，采用64个激光器和64个探测器。

现有技术的问题在于：

1)成本很高：多线程测量需要采用数量众多的激光器和探测器，而目前激光器和探测器的价格都比较高。

2)系统体积大：每个激光器和探测器都需要与之匹配的电路，大量激光器和探测器的使用，会导致激光雷达系统的体积庞大。

3)不方便使用：占用空间大，不具有隐蔽性，同时在安装固定上都有很高的要求。

发明内容

本实用新型的目的在于解决现有技术存在的上述问题和缺陷的至少一个方面。

本实用新型的一个目的在于提供一种激光雷达系统，采用光纤进行激光的发射和传输，而光纤具有体积小的特点，利用光纤组成光纤阵列来发射激光，可以实现激光雷达探头的微型化。

本实用新型的另一个目的在于提供一种激光雷达系统，采用光开关的时分复用功能，可以利用一个激光器实现多路激光信号的发射，同时将多路反射信号传送到同一个探测器中。

为实现上述目的，本实用新型提供一种基于光纤阵列的激光雷达系统，包括：

激光器，发射激光；探测器，探测反射回来的激光，并将探测到的信号输入控制处理单元；第一光开关，将激光器输入的激光信号进行时分复用，连接激光器和第一光纤阵列，在不同的时刻将激光器发射的激光在第一光纤阵列的不同光纤之间导通，起到一个激光器给多个测量线路提供激光的作用；第二光开关，连接探测器和第二光纤阵列，在不同的时刻将第二光纤阵列中有反射回来的激光的光纤所在线路与探测器导通，起到一个探测器对多路反射激光进行探测的作用；发射光学系统，包含第一光纤阵列和发射透镜，发射透镜将第一光纤阵列中不同光纤发射的激光进行准直，并分别以与水平面成不同的夹角发射出去；接收光学系统，包含第二光纤阵列和接收透镜，接收透镜将反射回来的激光接收，并汇聚到第二光纤阵列中与第一光纤阵列此刻导通的光纤相对应的那根光纤中；光纤以及多路光纤组成的光纤束，将第一光开关和第二光开关分别与发射光学系统以及接收光学系统相连接；旋转扫描机构，通过旋转带动发射光学系统和接收光学系统旋转，使激光雷达对空间不同位置进行扫描测量，并将旋转时的角度信息发送给控制处理单元；控制处理单元，控制激光器发射激光并记录发射时间，控制第一光开关和第二光开关的开关状态以及光路选择，控制旋转扫描机构进行旋转，记录探测器输入探测信号的时间并对进行数据处理。

其中，第一光纤阵列和第二光纤阵列由光纤组成；第一光开关在不同的时刻将激光器发射的激光在第一光纤阵列的不同光纤之间导通，并由发射透镜将导通的激光准直后以与水平面成不同的夹角发射出去；反射回来的激光经过接收透镜汇聚到第二光纤阵列的对应光纤中，第二光开关将第二光纤阵列中有反射回来的激光的光纤所在线路与探测器导通；控制处理单元根据某一时刻控制的激光器发射激光和探测器接收到反射激光的时间差，可以得出此时刻激光雷达所测量的待测物体的距离，根据此时刻旋转扫描机构的角度信息可以得出待测物体在水平方向的方位角；控制处理单元控制第一光开关在激光器输入和多路输出光纤，第二光开关在多路输出光纤和探测器输入之间高速切换工作，同时控制旋转扫描机构旋转，可以得到有关待测物体的空间测量数据。

在本实用新型中，激光器发射的激光为脉冲激光，为了行文简洁，以下不再赘述。