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1.本发明涉及激光雷达技术领域，具体而言，涉及一种激光雷达及其测距方法。
2.激光雷达以其超高的距离分辨和空间分辨能力，被认为是自动驾驶的感知阶段最关键的组成部件。其中，测距范围、空间分辨率以及点频是激光雷达最主要的性能指标。随着激光雷达的普及使用，为了保证驾驶的安全性，激光雷达需要在强光、雾霾、雨雾等多种特殊天气情况下保持正常工作。
3.现有的激光雷达，在强烈的太阳光下，太阳光照射到激光雷达的探测器上，会产生错误的回波峰，进而使得激光雷达会输出大量的错误噪点，而且可能导致目标物的回波也会发生遗漏；同样地，在雾霾天气下，雾霾颗粒会对太阳光和激光雷达的出射光有反射和散射效应，而这些散射光也会导致激光雷达输出错误噪点以及使得目标物回波发生遗漏。为避免上述问题，现出现了一种能够抗外界环境光干扰的激光雷达，其使得激光发射端发出周期性的、强度和间隔时间由每个激光雷达的序列号控制的多个脉冲群，然后接收端根据码字表和处理器处理来鉴别有效激光脉冲和抛弃干扰激光脉冲。然而，这种方式要求把单个激光脉冲的能量分散到多个激光脉冲上，如此，会导致每个脉冲的能量降低，进而使得激光雷达的测距范围变近；且为了保证激光脉冲的能量，在接收端又需要将多个激光脉冲重新叠加在一起，但是，在激光脉冲叠加时，对应地，太阳光噪声、雾霾散射光噪声等也会被叠加。因此，如何提供一种新的激光雷达，以解决抗雾霾、太阳光等外界环境光干扰，且不会造成激光雷达的测距范围降低，同时不会导致噪声叠加增强，成为了目前亟待解决的技术难题。
4.本发明的目的在于提供一种激光雷达及其测距方法，其能够降低太阳光或者雾霾光散射对激光雷达的干扰，提高激光雷达的测距性能。
6.本发明的一方面，提供一种激光雷达，该激光雷达包括激光器、透过轴可调的第一偏振器、透过轴可调的第二偏振器、偏振分光棱镜、第一探测器以及第二探测器；其中，激光器发射的激光束通过第一偏振器入射至待测目标物，待测目标物的有效反射光和外界干扰光在待测目标物上形成的散射光分别经第二偏振器入射偏振分光棱镜，散射光的第一分束和有效反射光透过偏振分光棱镜入射第一探测器，散射光的第二分束通过偏振分光棱镜反射后入射第二探测器；第一分束的功率小于第二分束的功率，第一探测器接收的回光信号用于计算待测目标物的距离信息。该激光雷达能够降低太阳光或者雾霾光散射对激光雷达的干扰，提高激光雷达的测距性能。
7.可选地，激光雷达还包括控制器，控制器分别与激光器、第一探测器、第二探测器、第一偏振器以及第二偏振器电连接，控制器用于调节第一偏振器和第二偏振器的透过轴的
方向和/或角度，并用于控制激光器、第一探测器和第二探测器的开启或关闭。
8.可选地，激光雷达还包括准直器，准直器设于激光器的出光侧和待测目标物之间。
9.可选地，激光雷达还包括聚焦器，聚焦器设于待测目标物与偏振分光棱镜之间。
10.可选地，第二偏振器和第一探测器沿第一方向设置，第一探测器和第二探测器沿第二方向设置，第一方向和第二方向垂直。
11.可选地，激光雷达还包括第一反射镜，第一反射镜设于偏振分光棱镜的反射侧，第一反射镜用于将自偏振分光棱镜反射后的激光束反射至第二探测器。
12.可选地，待测目标物和第二偏振器的排布方向与激光器的出光方向垂直。
13.可选地，激光雷达还包括第二反射镜，第二反射镜设于第一偏振器的出光侧，用于将第一偏振器出射的偏振光反射至待测目标物。
15.本发明的另一方面，提供一种激光雷达的测距方法，该激光雷达的测距方法包括：激光器发射的激光束通过第一偏振器入射待测目标物，待测目标物的有效反射光和外界干扰光在待测目标物上形成的散射光分别通过第二偏振器入射偏振分光棱镜，其中，有效反射光和散射光的第一分束透过偏振分光棱镜入射至第一探测器，散射光的第二分束通过偏振分光棱镜反射后入射至第二探测器；调节第二偏振器的偏振方向和偏振角度，直至第二探测器接收到的回光信号功率达到最大值；根据第二偏振器调节的偏振角度和偏振方向对应调节第一偏振器的偏振方向和偏振角度，以使第一偏振器与第二偏振器所调节的偏振方向相反且所调节的偏振角度相同；根据第一探测器接收的回光信号，计算待测目标物的距离信息。
17.本技术提供的激光雷达，包括激光器、透过轴可调的第一偏振器、透过轴可调的第二偏振器、偏振分光棱镜、第一探测器以及第二探测器；其中，激光器发射的激光束通过第一偏振器入射至待测目标物，待测目标物的有效反射光和外界干扰光在待测目标物上形成的散射光分别经第二偏振器入射偏振分光棱镜，散射光的第一分束和有效反射光透过偏振分光棱镜入射第一探测器，散射光的第二分束通过偏振分光棱镜反射后入射第二探测器；第一分束的功率小于第二分束的功率，第一探测器接收的回光信号用于计算待测目标物的距离信息。这样，在使用时，用户可以先使得激光器发出光束，使得光路正常运行，然后通过调节第二偏振器的透过轴，使得在待测目标物上形成的散射光的一部分透过偏振分光棱镜入射至第一探测器，使得散射光的另一部分通过偏振分光棱镜反射至第二探测器，直至第二探测器的回光信号的功率达到最大值，这时，便可以确定入射至第二探测器的为散射光的第二分束(即散射光的最强偏振分量)，而入射至第一探测器的为散射光的第一分束(即散射光的最弱偏振分量)；这时，则根据第二偏振器的透过轴所调节的方向和角度对应调节第一偏振器，从而使得第一偏振器的偏振模式处于当前外界干扰光的最弱偏振模式。如此，便可以实现使得待测目标物的有效反射光和外界干扰光的散射光的最弱偏振分量入射至第一探测器，而外界干扰光的最强偏振分量入射至第二探测器，这样，外界干扰光便可以以最弱偏振分量和最强偏振分量为界限分离开，如此，可以有效降低外界干扰光对第一探测器的影响。同时，本技术提供的激光雷达也不存在因将激光脉冲能量分散而导致的测距变近的问题以及激光脉冲能量分散后又合并而导致的噪声增强的问题。除此之外，本技术通
过采用调节第一偏振器和第二偏振器的方式，还可以实现动态调节跟踪，即根据外部环境下的散射光的偏振特性随机变化的情况，动态调节第一偏振器和第二偏振器，从而使得第一偏振器和偏振分光棱镜始终处于散射光的最弱偏振方向上，且将散射光的最强偏振分量分离开，这样，可以极大地提升激光雷达应对外界干扰光的抗干扰能力。同时，由于本技术提供的激光雷达具有一定的偏振方向随机性，因此，在一定程度上也可以起到防止其他激光雷达的激光干扰。
18.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
22.图标：10-激光器；20-第一偏振器；30-第二偏振器；40-偏振分光棱镜；50-第一探测器；60-第二探测器；70-待测目标物；80-控制器；91-准直器；92-聚焦器；93-第一反射镜；94-第二反射镜。
23.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
24.因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
25.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
26.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
27.此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
28.在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.请参照图1，本实施例提供一种激光雷达，该激光雷达包括激光器10、透过轴可调的第一偏振器20、透过轴可调的第二偏振器30、偏振分光棱镜40、第一探测器50以及第二探测器60；其中，激光器10发射的激光束通过第一偏振器20入射至待测目标物70，待测目标物70的有效反射光和外界干扰光在待测目标物70上形成的散射光分别经第二偏振器30入射偏振分光棱镜40，散射光的第一分束和有效反射光能够透过偏振分光棱镜40入射至第一探测器50，散射光的第二分束能够通过偏振分光棱镜40反射后入射至第二探测器60；第一分束的功率小于第二分束的功率，第一探测器50接收的回光信号用于计算待测目标物70的距离信息。该激光雷达能够降低太阳光或者雾霾光散射对激光雷达的干扰，提高激光雷达的测距性能。
30.需要说明的是，上述外界干扰光可以为太阳光和/或雾霾散射光。太阳光和雾霾散射光照射至待测目标物70上，从而在待测目标物70上形成的散射光将会对探测器造成干扰，从而导致探测器产生错误的回波，且可能导致待测目标物70的回波被遗漏，为此，本技术提供的激光雷达主要用于降低太阳光和/或雾霾散射光对激光雷达的影响，从而提高激光雷达的性能。
31.在本实施例中，可选地，上述激光器10可以为半导体激光器10。这样，一来，可以降低成本；二来，当激光雷达的激光器10通常采用半导体激光器10，由于其内部特殊的谐振腔的结构，能够使得输出激光的偏振度很高，可以近似为线偏振光，即光斑的横向振动轨迹主要集中在一个固定的直线方向上。根据菲涅尔公式，线偏振激光经过远距离待测目标物70的漫反射之后，回光的偏振态近似不变。太阳光本身是非偏振光，因此跟激光雷达回光的偏振模式不同，这样，便可以采用偏振分光棱镜40来消除一半干扰光。当雾霾天气或外界环境中存在与激光器10的激光波长相当的烟、雾、固体杂质颗粒时，散射光满足米氏散射条件，散射光的偏振特性是部分偏振模式，即存在最强和最弱的偏振方向，且最强和最弱的偏振方向呈90
夹角。本发明提供的激光雷达通过调节第一偏振器20和第二偏振器30的透过轴的方向或者角度，便可以实现对激光器10的有效反射光和散射光进行分光，以使得有效反射光和少部分的散射光的分光(即第一分束)透过偏振分光棱镜40入射第一探测器50，且使得大部分的散射光的分束(即第二分束)通过偏振分光棱镜40反射至第二探测器60。通过散射光的偏振模式的不同，进行偏振控制和偏振分光，如此便可以实现降低抗太阳光和雾霾散射光对激光雷达的影响。
32.需要说明的是，本技术提供的第一偏振器20和第二偏振器30的透过轴均可以调节，这样，通过调节第一偏振器20和第二偏振器30的透过轴，便可以实现使得待测目标物70的有效反射光和大部分的散射光分离开来。示例性地，在本实施例中，第一偏振器20用于改变激光器10出射的激光束的偏振模式，以使得激光束的偏振模式处于当前时刻的太阳光和雾霾散射光的最弱偏振模式；这样，有效反射光通过第二偏振器30后，其偏振模式变为水平模式，则有效反射光则可以透过偏振分光棱镜40入射至第一探测器50，且由于有效反射光
的偏振模式和通过第一偏振器20出射的激光束的偏振模式相同(均为当前时刻的太阳光和雾霾散射光的最弱偏振模式)，这样，散射光的最强偏振分量和最弱偏振分量便会被偏振分光棱镜40分开(即最弱偏振分量透过偏振分光棱镜40入射第一探测器50，而最强偏振分量通过偏振分光棱镜40反射后入射至第二探测器60)。这样，便可以实现大部分的散射光的分量与有效反射光分开，从而降低外界干扰光的散射光对激光雷达的性能的影响。需要说明的是，在本实施例中，散射光的第一分束即代表散射光的最弱偏振分量，散射光的第二分束则代表散射光的最强偏振分量。
33.其中，上述第一偏振器20和第二偏振器30是用于仅改变光束的偏振模式的器件，其不会改变脉冲激光的强度和形状，这样，本技术提供的激光雷达则不会对激光雷达的测距性能造成影响。示例性地，第一偏振器20和第二偏振器30的内部均可以对应设置可旋转的两个1/4波片和一个1/2波片。
34.偏振分光棱镜40即为分离光束的水平偏振和垂直偏振的光学元件，在本实施例中，则用于分离散射光的水平方向的偏振分量(即最弱偏振分量)和垂直方向的偏振分量(即最强偏振分量)。
35.第一探测器50用于接收激光雷达的回光信号，并根据回光信号计算待测目标物70的距离信息。第二探测器60用于接收散射光的第二分束(即散射光的最强偏振分量)，这样，用户通过调整第二偏振器30的透过轴，且结合第二探测器60接收到的回光信号，可以确定第二偏振器30是否调节到位。当第二偏振器30调节到位时，第二探测器60的回光信号对应的功率达到最大值，这时，则说明散射光的最强偏振分量(即第二分束)入射第二探测器60，且散射光的最弱偏振分量(即第一分束)和有效反射光可以透过偏振分光棱镜40。用户可以通过获取第二探测器60的回光信号功率，确定第二偏振控制器80是否调节到位。
36.综上所述，本技术提供的激光雷达，包括激光器10、透过轴可调的第一偏振器20、透过轴可调的第二偏振器30、偏振分光棱镜40、第一探测器50以及第二探测器60；其中，激光器10发射的激光束通过第一偏振器20转变为偏振光后入射至待测目标物70，待测目标物70的有效反射光和外界干扰光在待测目标物70上形成的散射光分别入射至第二偏振器30，通过第二偏振器30的光束入射至偏振分光棱镜40，散射光的第一分束和有效反射光能够透过偏振分光棱镜40入射至第一探测器50，散射光的第二分束能够通过偏振分光棱镜40反射后入射至第二探测器60；第一分束的功率小于第二分束的功率，第一探测器50接收的回光信号用于计算待测目标物70的距离信息。这样，在使用时，用户可以先使得激光器10发出光束，使得光路正常运行，然后通过调节第二偏振器30的透过轴，使得在待测目标物70上形成的散射光的一部分透过偏振分光棱镜40入射至第一探测器50，使得散射光的另一部分通过偏振分光棱镜40反射至第二探测器60，直至第二探测器60的回光信号的功率达到最大值，这时，便可以确定入射至第二探测器60的为散射光的第二分束(即散射光的最强偏振分量)，而入射至第一探测器50的为散射光的第一分束(即散射光的最弱偏振分量)；这时，则根据第二偏振器30的透过轴所调节的方向和角度对应调节第一偏振器20，从而使得第一偏振器20的偏振模式处于当前外界干扰光的最弱偏振模式。如此，便可以实现使得待测目标物70的有效反射光和外界干扰光的散射光的最弱偏振分量入射至第一探测器50，而外界干扰光的最强偏振分量入射至第二探测器60，这样，外界干扰光便可以以最弱偏振分量和最强偏振分量为界限分离开，如此，可以有效降低外界干扰光对第一探测器50的影响。同时，
本技术提供的激光雷达也不存在因将激光脉冲能量分散而导致的测距变近的问题以及激光脉冲能量分散后又合并而导致的噪声增强的问题。除此之外，本技术通过采用调节第一偏振器20和第二偏振器30的方式，还可以实现动态调节跟踪，即根据外部环境下的散射光的偏振特性随机变化的情况，动态调节第一偏振器20和第二偏振器30，从而使得第一偏振器20和偏振分光棱镜40始终处于散射光的最弱偏振方向上，且将散射光的最强偏振分量分离开，这样，可以极大地提升激光雷达应对外界干扰光的抗干扰能力。同时，由于本技术提供的激光雷达具有一定的偏振方向随机性，因此，在一定程度上也可以起到防止其他激光雷达的激光干扰。
37.可选地，激光雷达还包括控制器80，控制器80分别与激光器10、第一探测器50、第二探测器60、第一偏振器20以及第二偏振器30电连接，控制器80用于调节第一偏振器20和第二偏振器30的透过轴的方向和/或角度，并用于控制激光器10、第一探测器50和第二探测器60的开启或关闭。这样，可以进一步实现智能化，且可以使得第一偏振器20和第二偏振器30的调节更精准。
38.请参照图1所示，在本实施例中，该激光雷达还可以包括准直器91，准直器91设于激光器10的出光侧和待测目标物70之间。设置准直器91，可以使得激光束平行出射，且能够的激光束起到一定的汇总作用，进而对激光束的测距范围有益。
39.其中，准直器91可以设于第一偏振器20的入光侧或者出光侧，具体地，本技术不做限制，本领域技术人员可以根据实际需求自定。
40.为使得尽可能多的待测目标物70的有效反射光入射至第一探测器50，可选地，在本实施例中，该激光雷达还可以包括聚焦器92，聚焦器92设于待测目标物70与偏振分光棱镜40之间。
41.请参照图1所示，可选地，第二偏振器30和第一探测器50沿第一方向设置，第一探测器50和第二探测器60沿第二方向设置，第一方向和第二方向垂直。
42.这时，激光雷达还可以包括第一反射镜93，第一反射镜93设于偏振分光棱镜40的反射侧，第一反射镜93用于将自偏振分光棱镜40反射后的激光束反射至第二探测器60。
43.请参照图2所示，可选地，待测目标物70和第二偏振器30的排布方向与激光器10的出光方向垂直。
44.这时，则需要在激光器10至待测目标物70的光路上设置有对应的转折镜(例如可以为反射镜)，以此来改变光路的方向。示例性地，激光雷达还包括第二反射镜94，第二反射镜94设于第一偏振器20的出光侧，用于将第一偏振器20出射的偏振光反射至待测目标物70。
45.本发明的另一方面，提供一种激光雷达的测距方法，请参照图3，该激光雷达的测距方法包括以下步骤：
46.s100、激光器10发射的激光束通过第一偏振器20入射待测目标物70，待测目标物70的有效反射光和外界干扰光在待测目标物70上形成的散射光分别通过第二偏振器30入射偏振分光棱镜40，其中，有效反射光和散射光的第一分束透过偏振分光棱镜40入射至第一探测器50，散射光的第二分束通过偏振分光棱镜40反射后入射至第二探测器60。
47.此即为开启激光器10，从而使得激光雷达的光路正常运行的过程，由于激光雷达的光路的方向在前文中的结构部分可以毫无疑义得到，因此，在此处本技术不再重复说明，
本领域技术人员可以参考前文中的光路描述或者参考图1和图2所示的光路图。
48.需要说明的是，在本实施例中，上述偏振分光棱镜40在安装时，需要注意其投射偏振分量是水平方向，而反射偏振分量为竖直方向。
49.s200、调节第二偏振器30的偏振方向和偏振角度，直至第二探测器60接收到的回光信号功率达到最大值。
50.通过调节第二偏振器30的偏振方向和偏振角度，可以确定外界干扰光作用于待测目标物70后形成的散射光的最弱偏振模式和最强偏振模式。示例性地，通过调节第二偏振器30的偏振方向和偏振角度，同时结合第二探测器60接收到的回光信号的功率可以确定散射光的最弱偏振模式和最强偏振模式(即当调节第二偏振器30直至第二探测器60接收到的回光信号的功率达到最大值时，则说明入射至第二探测器60的散射光为最强偏振分量的散射光)，相应地，入射至第一探测器50的散射光则为最弱偏振分量对应的散射光。
51.还有，第二探测器60收到的回光信号的功率的计算假设是在t1时间内完成的，那么，由于激光雷达是脉冲式的，所以t1的选取必须远大于脉冲持续时间t0。这样，是为了在未找到散射光的最弱偏振方向之前，第二探测器60收到的信号功率也是以散射光为主要的，有效反射光的功率可以忽略不计。一般地，t0是ns量级的，所以t1》1us即可。
52.由于偏振分光棱镜40的特性(让同偏振模式的光透过，不同偏振模式的光反射)，因此，通过偏振分光棱镜40后入射至第一探测器50的有效反射光也对应为激光束的最弱偏振模式。所以，激光器10出光侧设置的第一偏振器20也应该设置为相对外界干扰光为最弱偏振模式，这样，便可以保证激光器10出射的光束作用于待测目标物70后产生的所有的有效反射光均入射至第一探测器50。所以，在执行完步骤s200之后，还需要执行以下步骤：
53.s300、根据第二偏振器30调节的偏振角度和偏振方向对应调节第一偏振器20的偏振方向和偏振角度，以使第一偏振器20与第二偏振器30所调节的偏振方向相反且所调节的偏振角度相同。
54.需要说明的是，第一偏振器20和第二偏振器30的调节只改变激光的偏振模式，而保持激光的总强度和脉冲形状不变。这样，则不会对激光雷达的测距性能造成影响。
55.根据第二偏振器30所调节的偏振角度和偏振方向调节第一偏振器20。具体地，则为调节第一偏振器20的波片的方向和角度值。需要说明的是，在本实施例中，第一偏振器20的调节方向和第二偏振器30的调节方向相反但是调节角度相同。为便于理解和说明，假设第二偏振器30在调节时在初始位置上顺时针旋转3
56.应理解，上述转动的角度仅为示例，并非是对本技术的限制。在其他的实施例中，旋转的角度也可以选取一个固定的步长，例如可以为5
等。步长越大，对散射光的偏振模式变化的跟踪也相应越快；反之，步长越小，则对偏振模式的判断则越精准，降低散射光的干扰效果则越佳，本领域技术人员可以根据实际需求选择合适的步长，本技术对此不做限制。
57.s400、根据第一探测器50接收的回光信号，计算待测目标物70的距离信息。
58.本技术通过根据第一探测器50的回光信号计算待测目标物70的距离信息，能够去除散射光的第二分束(即散射光的最强偏振分量)对激光雷达的测距性能的影响。具体地，根据第一探测器50的回光信号计算待测目标物70的距离信息的方式为本领域技术人员所
59.以上所述仅为本发明的可选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
1.数字信号处理 2.传感器技术及应用 3.机电一体化产品开发 4.机械工程测试技术 5.逆向工程技术研究
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