[发明专利]一种光探测系统和方法、激光雷达系统

说明书

本发明公开了一种光探测方法和系统，激光雷达系统，所述光探测系统包括：相干像素阵列；FMCW运算器阵列；光学发射模块；光学接收模块；光发射器；控制器；所述相干像素阵列分别连接光学接收模块和FMCW运算器阵列，所述光学发射模块连接光发射器，所述控制器分别连接所述FMCW运算器阵列和光发射器，所述光发射器用于生成调频连续波，所述调频连续波用于探测目标对象，所述光学接收模块安装于相干像素阵列上，用于接收目标的光反射信号，通过所述相干像素阵列生成混频信号，FMCW运算器阵列用于解析混频信号以获取探测数据。所述光探测系统和方法，采用调频连续波(FMCW)信号进行探测，可以显著提高接收到的微弱信号的信噪比，从而显著提高距离探测的灵敏度。

技术领域

本发明涉及光学领域，特别涉及一种光探测系统和方法、激光雷达系统。

背景技术

目前激光雷达系统(LiDAR)是光探测技术领域中常用的现有技术手段，现有激光雷达系统通常发射脉冲或调制激光，利用反射光的相关信息计算二维场景中的一个或多个方位的深度(即距离)，并生成点云图用以直观展现场景的深度信息。现有的激光雷达系统通过发散光束对整个场景进行照射后获取反射光进行深度分析，然而反射光具有一定大小的功率才能被探测器接收到，而且反射光功率越大，受到外界噪声的影响就相对越小，即信噪比越高，计算出的距离就越精确。另一方面，距离越远，反射回来的光功率就越小，因此远距离探测就必须提高激光发射功率。但是高功率激光非常容易伤害人眼，实际应用时必须考虑人眼安全问题，并且高功率的发射光信号节能效果较差，受限于目前的电池存储技术，不利于电动车、手机等设备上的应用。

其他现有技术方案中，通过光电二极管或光电门以电压模式或电荷模式检测接收到的光子，用于距离上的探测，通过光电传感器探测的方案需要考虑光电流散粒噪声和电路噪声，上述噪声限制了光电传感器的理论灵敏度，容易造成较大的误差。

另外，现有技术方案中都是基于一次性的发射和接收光信号进行的感知，使得感知结果呈现整体的固定化，无法实现动态的局部感知。

发明内容

本发明其中一个发明目的在于提供一种光探测系统和方法、激光雷达系统，所述光探测系统和方法采用多个相干像素传感器组成的相干像素阵列，并采用调频连续波(FMCW)信号进行探测，通过调频源信号(LO信号)和反射的调频连续波信号进行混频，可以显着提高探测到的微弱信号的信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，从而显著提高光探测的灵敏度。

本发明其中一个发明目的在于提供一种光探测系统和方法、激光雷达系统，所述光探测系统和方法需要对每个相干像素接收到调频连续波信号采集，只要采集到微弱的调频连续波信号和少量的调频源信号进行混频后即可进行探测分析，无需大功率的发射源，减少能源消耗，提高系统的适用性。

本发明其中一个发明目的在于提供一种光探测系统和方法、激光雷达系统，所述光探测系统和方法通过控制相干像素传感器形成的不同相干像素阵列的信号发射和信号探测，其中所述相干像素包括基于硅PIC的光学相控阵芯片(OPA芯片)，所述光学相控阵芯片可以对外发出指定形状或指定方向的信号光束，从而可以进行动态的局部探测，在整个过程中不同探测位置呈现不同的状态，有效地解决了现有技术中只有整体固定感知的缺陷。

本发明其中一个发明目的在于提供一种光探测系统和方法、激光雷达系统，所述光探测系统和方法可采用逐行发射探测光信号和逐行扫描的方式进行探测，在同一时间内照亮部分区域，从而可以避免一次性发射探测信号造成光信号功率过大，节省系统的光功率的同时可以减少对人眼的伤害。

本发明其中一个发明目的在于提供一种光探测系统和方法、激光雷达系统，所述光探测系统和方法采用多级光开关的方式分配调频源信号，光开关控制器将LO信号动态地切换到与当前选择以读取的像素行相对应的行光波导中，LO信号不会传输到其他非活动(未选择)的像素行中，降低了所需的LO信号的光功率。

为了实现至少一个上述发明目的，本发明进一步提供一种光探测系统，所述系统包括：