[发明专利]一种多线激光雷达系统及基于该系统的扫描方法

说明书

本发明涉及一种多线激光雷达系统及基于该系统的扫描方法，使用振镜等扫描机构与光电二极管阵列配合实现了结构简化的多线扫描，同时配合高速电子开关阵列，控制器根据扫描机构的姿态局部接通所述高速电子开关，从而无需为光电二极管阵列的每个个体配备信号处理单元，同时还可以削减杂波信号的干扰；本发明通过多激光器与扫描机构的配合，可以显著增加视场角度或提高设备整体的扫描速率，进一步的，通过采用周期性的具有不同时间间隔的激光脉冲组合扫描方式，实现了对远近回波的准确识别，避免了远近回波干扰引起的时序混乱问题，增强了扫描结果的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种多线激光雷达系统及基于该系统的扫描方法，具体涉及一种使用简化的设备结构实现多线扫描的激光雷达，及提高激光雷达扫描速率、视场宽度、角分辨率并降低远近回波干扰，减小探测盲区的扫描方法。

背景技术

激光雷达是一种体积小、测量精度高、抗干扰能力强的主动距离探测设备，其在测绘、无人驾驶、机器人定位导航等尖端领域具有广泛的应用前景。现有激光雷达系统主要由激光发射单元、激光接收单元、回波处理电路及控制系统等模块组成，在发射、接收单元的布置方式上主要分为同轴式和非同轴式两类。同轴式激光雷达系统中出射激光及回波均需经过振镜反射，为保证向激光检测单元反射足够的回波光子数量，振镜均需具备一定的尺寸，而大尺寸的振镜难以实现高频率的扫描。因此，现有技术中广泛采用的布置方式为非同轴式，而非同轴式激光雷达在生产制造过程中均需要对发射部件和接收部件进行调试，以保证激光雷达探测的准确性。

为提高激光雷达的分辨率和多目标追踪能力，目前广泛采用多激光发射阵列配合多激光检测阵列的多线激光雷达方案，这使得激光雷达的组装调试变得异常复杂，一台64线激光雷达的组装调试周期甚至达到两周。基于这种现实，高分辨率的多线雷达通常价格昂贵，且设备尺寸大，难以实现广泛的工业应用。

现有技术中存在使用单激光器配合振镜实现多线扫面的设备简化方案，该方案相较于多激光器的多线扫面方案减少了构件数量，降低了组装生产陈本，但其同一时刻仅能发出单个激光脉冲，其对目标的扫描速率依赖于振镜的转动速率和所需的视场角度。因而这类激光雷达通常具有很小的视场角度和振镜尺寸。而过小的振镜尺寸会限制回波光子的数量和激光雷达的测量灵敏度及探测距离；过小的视场角度则使得激光雷达存在较大的探测盲区。这均限制了该类激光雷达的广泛应用。

多激光雷达在同一场景中同时工作是一种常见的工作环境，为避免不同激光雷达的回波之间相互干扰，现有技术中采取的做法是为每一激光雷达分配一个独立序列号，并基于该独立序列号配置独立的编码信息，使每个激光雷达发出的激光脉冲携带独立的编码信息，以区别不同激光雷达的回波。

但在激光雷达的实际探测过程中，其目标具有不可预知性，尤其对于使用振镜的非同轴多线扫描激光雷达而言，朝向不同角度先后发出的激光脉冲可能照射在不同的距离的目标上产生的回波的飞行时间不同，经常会出现在后脉冲照射近处目标，并先回波的现象，从而导致计时电路的时序混乱，无法区分相邻激光脉冲与相邻回波信号之间的对应关系，导致产生错误的探测结果。而前述的编码方案仅能用于区分不同激光雷达的激光脉冲，其本质上以激光雷达的身份信息，并不能解决激光雷达自身扫描不同角度时产生的远近回波干扰的问题。现有技术中也鲜有对远近回波问题及解决方案的讨论。

发明内容

为克服上述技术问题，本发明提供一种多线激光雷达系统。具体技术方案如下：

一种多线激光雷达系统，包括激光器、准直透镜、分束镜、扫描机构、第一激光检测器，第一信号处理单元、计时电路、控制器、接收透镜、激光检测器阵列、高速电子开关阵列、第二信号处理单元和控制器，所述控制器电连接激光器，以控制其发出激光脉冲的时机；电连接振镜，以调整振镜的姿态；电连接高速电子开关阵列，以根据振镜的姿态接通高速电子开关阵列中的部分开关。