[发明专利]一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统及方法

摘要

本发明公开了一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统及方法，利用激光雷达高精度低空探测以及全天时工作能力，弥补了高速隧道内部能见度低、路面异物复杂多样等复杂环境的影响，激光雷达单元沿隧道顶部导轨的直线运动实现了对路面的纵向扫描，激光雷达单元中单轴MEMS微镜进行谐振运动实现了对路面的横向扫描，两者结合实现了对高速隧道路面的Z字形无死区扫描，并通过合理设计单轴MEMS微镜扫描角度及谐振频率、APD线列探测器的像元数、激光光斑束散角、激光脉冲信号发射时序等参数，实现对高速隧道路面目标的距离成像和灰度成像，从而实现对高速隧道路面异物的实时、有效检测。

主权项

1.一种用于高速公路隧道路面异物检测的激光雷达系统，其特征是：包括导轨伺服运动单元(1)和激光雷达单元(2)；所述导轨伺服运动单元(1)包括沿隧道顶部纵向安装的导轨、滚珠丝杠和伺服电机；所述激光雷达单元(2)安装在导轨伺服运动单元(1)导轨上，并在伺服电机带动下沿导轨移动；所述激光雷达单元(2)包括现场可编程门阵列FPGA(3)、LD脉冲激光器驱动电路(4)、LD脉冲激光器(5)、光束整形透镜(6)、分光器件(7)、PIN光电二极管(8)、单轴MEMS微镜(9)、接收透镜(10)、APD线列探测器(11)、信号处理电路(12)、时刻鉴别电路(13)、单轴MEMS微镜驱动电路(14)；/n所述FPGA(3)的一输出端与LD脉冲激光器驱动电路(4)相连，LD脉冲激光器驱动电路(4)与LD脉冲激光器(5)输入端相连，LD脉冲激光器(5)发射激光脉冲信号至分光器件(7)；分光器件(7)用于将接入的激光脉冲信号分成两路，一路信号接入PIN光电二极管(8)，PIN光电二极管(8)与时刻鉴别电路(13)相连，以确定激光脉冲的飞行起始时刻，另一路信号经光束整形透镜(6)、单轴MEMS微镜(9)向高速公路隧道路面(15)反射，产生激光脉冲回波信号；/n所述FPGA(3)的另一输出端与单轴MEMS微镜驱动电路(14)相连，单轴MEMS微镜驱动电路(14)与单轴MEMS微镜(9)相连，以驱动其进行沿高速公路隧道路面(15)横向方向的谐振运动；/n所述高速公路隧道路面(15)反射产生的激光脉冲回波信号经接收透镜(10)接入APD线列探测器(11)，以确定激光脉冲飞行停止时刻信号和激光回波信号幅值，APD线列探测器(11)与信号处理电路(12)相连，信号处理电路(12)分别与时刻鉴别电路(13)和FPGA(3)的输入端相连，时刻鉴别电路(13)的输出端与FPGA(3)的输入端相连。/n