[发明专利]一种基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达

权利要求书

1.一种基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其特征在于，包括发射模块、控制模块和接收模块；所述发射模块包括发射驱动电路板、半导体激光器、透镜组和扫描组件；所述接收模块包括接收镜头、阵列探测器和接收信号电路板；所述控制模块包括MEMS振镜驱动电路板和FPGA控制电路板；

所述发射驱动电路板为所述半导体激光器供电，驱动所述半导体激光器发光，所述半导体激光器发出的光通过所述透镜组整形，然后照射到MEMS振镜，由MEMS振镜上的扫描组件进行扫描发射；

所述接收镜头接收经MEMS振镜反射后的回波信号，阵列探测器上多个像元同时接收回波信号，经接收信号电路板放大处理后输入FPGA控制电路板；

所述MEMS振镜驱动电路板控制MEMS振镜振动并进行扫描，FPGA控制电路板对测距进行处理并根据阵列探测器上像元的位置得到角度信息和距离信息，形成三维扫描点云；

所述FPGA控制电路板具体执行如下操作：

Step1、在开始采集过程之前，设置获取参考波形所需的参数；

Step2、接收脉冲串序列，从接收到的脉冲串序列中获取上升沿和下降沿个数，将上升沿和下降沿个数相加并计数；

Step3、下载边缘总数，使用信号斜率获取信号波形，对接收的信号波形进行相关处理，估计接收波形到达时间与发射波形时间之间的时间差，根据估计的时间差确定过零点；

Step4、通过对过零点内插正相关值和负相关值精确计算过零点延迟，将过零点延迟转换为目标距离。

2.如权利要求1所述的基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述半导体激光器采用4×75W的半导体激光器芯片模块或者多个120W的半导体激光器，芯片排布按照快轴方向发散角平行排布；

所述半导体激光器发出的光通过所述透镜组整形，为所述半导体激光器发出的光通过由透镜组组成的整形单元进行长条状整形，透镜组具体为柱面透镜，即整形单元使用柱面透镜对所述半导体激光器发出的光进行长条状整形，慢轴方向发散角为0.1°-12°之间，快轴方向发散角为0.1°-25°之间，多个整形单元串行发射或并行发射。

3.如权利要求1所述的基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述扫描组件设置在一维或者二维MEMS振镜上，其扫描光学角度在30-60°，使用2-5个发射模组照射振镜。

4.如权利要求1所述的基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述激光雷达的光路结构为发射和接收分离方式，其中发射模块和接收模块为左右并列的形式，一侧的发射光照射到振镜上，扫描待测物，另一侧接收镜头直接接收。

5.如权利要求1所述的基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其特征在于，接收信号电路板包括跨阻放大电路、电压放大电路和比较器；通过接收镜头接收反射回波，使用阵列探测器进行多个像元并行传输，然后通过跨阻放大电路和电压放大电路放大，通过比较器进行比较，将信号传输到FPGA控制电路板中。

6.如权利要求1所述的基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述控制模块能够发射不同的编码序列，包括相位调制和脉宽调制，脉冲宽度范围为：500ps-5ns，编码序列和解码参考序列满足正交性。

7.如权利要求1所述的基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其特征在于，MEMS振镜驱动电路板包括放大电路、低通滤波器和数模转换器，MEMS振镜驱动电路板将FPGA控制电路板的控制信号进行放大、滤波及数模转换后，控制MEMS振镜进行振动，通过MEMS振镜的振动调整发射光线经MEMS振镜反射后的反射方向。

8.如权利要求1所述的基于MEMS振镜的三维扫描激光雷达，其特征在于，FPGA控制电路板内设置有若干数量TDC时间线对接收模块发出的信号进行采集计时，通过多条TDC时间线同时采集多个回波信号，然后通过将回波信号与参考信号序列进行相关运算，根据运算得到的延时和距离得出单元点云信息，将每次的单元点云信息进行拼接组成三维视场的点云信息。