[发明专利]用于目标环境的同时光束扫描的基于多通道激光器模块的LIDAR系统

说明书

一种用于目标环境的同时光束扫描的FMCW LIDAR系统。该系统可以包括可耦合到光束操纵模块的光子学组件。光子学组件被配置为接收调频激光束，并且可以包括分光器和相干接收器。分光器可以被配置为将调频激光束光学地分离为本地激光束和目标激光束、将目标激光束传递到光束操纵模块，以及从光束操纵模块接收由目标反射的目标激光束。相干接收器可以被配置为混合本地激光束和目标激光束以产生输出信号。

相关申请的交叉引用

本申请依据35U.S.C.§119(e)要求于2018年5月10日提交的题为LIDAR SYSTEMBASED ON COMPLEMENTARY MODULATION OF MULTIPLE LASERS AND COHERENT RECEIVERFOR SIMULTANEOUS RANGE AND VELOCITY MEASUREMENT的美国临时专利申请号62/669,803；于2018年5月10日提交的题为LIDAR SYSTEM BASED ON LIGHT MODULATOR ANDCOHERENT RECEIVER FOR SIMULTANEOUS RANGE AND VELOCITY MEASUREMENT的美国临时专利申请号62/669,801；以及于2018年5月10日提交的题为LIDAR SYSTEM BASED ON MULTI-CHANNEL LASER MODULE FOR SIMULTANEOUS BEAM SCANNING OF TARGET ENVIRONMENT的美国临时专利申请号62/669,808的优先权，其中每个申请都通过引用整体并入本文。

本申请还与以下PCT申请相关，其中以下每个申请与本申请同时提交并且通过引用整体并入本文：代理人案号为1403106.00028，题为LIDAR SYSTEM BASED ON LIGHTMODULATOR AND COHERENT RECEIVER FOR SIMULTANEOUS RANGE AND VELOCITYMEASUREMENT；以及代理人案号为1403106.00031，题为LIDAR SYSTEM BASED ONCOMPLEMENTARY MODULATION OF MULTIPLE LASERS AND COHERENT RECEIVER FORSIMULTANEOUS RANGE AND VELOCITY MEASUREMENT。

技术领域

本公开处于调频连续波(FMCW)光检测和测距(LIDAR)技术领域。

背景技术

一般而言，FMCW LIDAR系统通过测量来自本地路径和目标路径的光信号之间的干涉来感测范围。通过扫描激光的频率，干涉信号将成为频率与目标距离成比例的振荡。可以将FMCW激光器调制为以三角方式从较低频率到较高频率、然后从较高频率到较低频率的线性频率扫描。

移动的反射器可能导致所测量的频率与反射器的速度成比例地偏移。为了辨别反射器的距离和速度的影响之间的差异，可以测量正向激光扫描期间的干涉频率，然后测量负向频率扫描期间的干涉频率。

获得测量的速率可能是重要的，并且进行两次测量以获得速度的方法所花费的时间可能是仅测量范围的方法的两倍。因此，使用具有互补频率扫描的多个调频激光器的方法与区分互补频率扫描的方法相结合可以提高距离和速度LIDAR传感器的测量速率。区分互补频率扫描的方法解决了其中时间延迟和频移效应无法充分分离的模糊性问题。

此外，一般而言，FMCW LIDAR系统使用扫频(swept-source)激光器来测量距离和速度。反射信号的频率可能与目标的距离成比例。由于多普勒效应，移动目标偏移与目标的速度成比例的反射信号的频率，这可以同时被测量。

光束操纵模块可以扫描整个目标环境的激光束。在光学系统中具有多个激光通道可能涉及几个扫描元件来捕获更大的视场(FOV)。将允许几个激光束共享扫描元件的方案可以帮助降低系统的复杂性和成本。通过在集成光子芯片上实现这种方案，将进一步降低系统成本。

发明内容