[发明专利]一种激光雷达多维扫描控制装置与控制方法

说明书

本发明公开了一种激光雷达多维扫描控制装置及控制方法，包括保持电路、选通电路、光开关选通控制器和独立可控稳压电源；光开关选通控制器的控制输出端连接选通电路的输入端，选通电路的输出端通过保持电路与待控制开关阵列中的电极相连接；独立可控稳压电源控制输入端连接光开关选通控制器的输出端。本发明根据采用多通道模拟多路复用器/多路解复用集成电路作为通道选通电路，采用集成运算放大器搭建信号保持电路，通过可控稳压电源提供电极加载电压，在选通控制器的控制下，通过不同的控制算法实现对双层结构的液晶光开关阵列诸阵元的通、断、强度控制，达成光束相位调制和照射强度变化的目的，装置控制方式灵活多样、成本低、可靠、易于实现。

技术领域

本发明涉及光学相控阵技术领域，尤其涉及针对液晶光开关作为相控阵器件的一种激光雷达多维扫描控制装置与控制方法。

背景技术

目前，人工智能技术快速发展，目标探测、武器制导、无人驾驶、自主避障等应用领域迫切需要一种快速、精确、全方位的目标检测技术。雷达是最常用的探测手段，与传统机械扫描技术的雷达相比，相控阵扫描技术利用大量独立控制的小型天线单元排列成天线阵面，每个天线单元都由独立的移相开关控制，通过控制各天线单元发射的相位，就能合成不同相位波束。基于相位控制电子扫描阵列雷达的启发，利用光学相控阵扫描技术的固态激光雷达由于其广泛的应用前景成为研究热点。与机械扫描激光雷达不同，由于不需要旋转部件，可以大大压缩雷达的结构和尺寸，提高使用寿命，并降低成本；不用受制于机械旋转的速度和精度，光学相控阵的扫描速度取决于所用材料的电子学特性，一般都可以达到MHz量级；光学相控阵的扫描精度取决于控制电信号的精度，可以达到千分之一度量级以上；光学相控阵的光束指向完全由电信号控制，在允许的角度范围内可以做到任意指向，可以在重点区域进行高密度的扫描；一个相控阵面可以分割为多个小模块，每个模块分开控制即可同时锁定监控多个目标。但固态激光雷达也有它相应的缺点，光栅衍射除了中央明纹外还会形成其他明纹，这一问题会让激光在最大功率方向以外形成旁瓣，分散激光的能量；特别是光学相控阵要求阵列单元尺寸必须不大于半个波长，一般目前激光雷达的工作波长均在1微米左右，故阵列单元的尺寸必须不大于500nm。而且阵列密度越高，能量也越集中，这都提高了对加工精度的要求，需要一定的技术突破。因此，选择新型的光束调制器件使之满足激光雷达相控阵的要求，不但要挑选、设计、挖掘光控器件特性与功能，更重要的是要有与之相适应的控制手段和方法。液晶材料的电光效应已广泛应用于屏幕显示，其基本原理是通过电场变化调节对光束的导通与隔断转换，即具有所谓的光开关功能，将液晶材料的光开关功能通过不同的控制装置与方法，将其应用于光学相控阵的相位调制环节、光通信的通道控制等，必将极大的拓展液晶材料的应用领域，与之相关的器件、产品必将具有非常广阔的市场前景。

发明内容

本发明的目的是提供激光雷达多维扫描控制装置与控制方法，主要针对双层结构的液晶光开关阵列中的阵元进行光束的导通与隔断控制，以及阵元间通、断顺序和通/断状态转换时间间隔的控制，实现对通过阵元光通道光束的相位调制，不同的调制方法对应于不同的扫描工作模式，当光学相控阵激光雷达工作于不同扫描模式时，本装置按照预先设定的对应控制方法、时序以及相关参数，对双层结构的液晶光开关阵列进行一系列的选通、延时、强度控制，达到光学相位调制、阵列扫描模式控制的目的。

本发明采用的技术方案为：

一种激光雷达多维扫描控制装置，包括保持电路、选通电路、光开关选通控制器和独立可控稳压电源；所述的光开关选通控制器的控制输出端连接选通电路的输入端，选通电路的输出端通过保持电路与待控制开关阵列中的电极相连接；所述的独立可控稳压电源控制输入端连接光开关选通控制器的输出端，用于对保持电路、选通电路和光开关选通控制器进行供电；所述的保持电路由多个结构相同的保持单元构成，且保持电路包括行/列信号保持电路、列扫描保持电路和行扫描保持电路；所述的选通电路包括由多个结构相同的选通单元构成行/列信号选通电路、列扫描选通电路和行扫描保持电路。