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激光雷达和测距方法与流程

来源:小编  |  发布时间: 2026-08-20  |   次浏览

  

激光雷达和测距方法与流程(图1)

  本公开涉及光电探测领域,更具体的,涉及激光雷达和利用该激光雷达进行测距的方法。

  1、激光雷达是一种常用的测距传感器,具有探测距离远、分辨率高、受环境干扰小等特点,广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。激光雷达的工作原理是利用探测激光束往返于激光雷达和目标之间所用的飞行时间(tof)来评估距离的大小。

  2、传统的机械雷达,发射光通过2次反射镜的折转,通过发射透镜组出射,入射到外界目标物上并被反射,回波通过接收透镜组,经过2次反射镜的折转后被探测器接收,之后经过后续的数字信号处理,通过计算飞行时间tof,得出外界目标物与雷达的距离信息。

  3、此外,传统的激光雷达是收发分置的光学系统,为了测试远距离的目标,激光发射光束与探测器的视场是在远距离(比如200m)对准的,如图1a所示,在距离激光雷达较近的某段距离范围内,激光发射光束与探测器的视场是完全没有交叠的,因此在这段距离范围,激光雷达的探测器不能接收到目标障碍物上反射的信号光,或者接收到的信号光极弱,这就是近距离盲区。近距离盲区或激光雷达近距离信号弱的原因是收发分置的非共光路结构,即,激光发射光路和信号接收光路不是完全重合的共光路结构,继续参考图1a,发射透镜和接收透镜之间是有水平方向的平移。

  5、第一种解释:参考图1a,近距离盲区是发射的激光光束在近距离处与接收视场完全不交叠的区域。这意味着激光雷达的探测器在这个区域“看不到”发射的激光光束,也就是说,探测器接收不到从这个区域的目标上反射回来的信号光,进而就无从生成这个区域的障碍物的点云图。

  6、第二种解释:参考图1b,若近距离盲区内有一目标,从该近距离目标反射回来的信号光通过接收透镜所成的像点不在接收透镜的焦平面上,而是在焦平面之后。另外,因为近距离目标在接收透镜光轴的上方,所以它通过接收透镜所成的像点一定在接收透镜光轴的下方。综合这两方面的考虑,近距离目标反射光聚焦点与探测器的相对位置,如图1b所示意。在激光雷达的近距离盲区范围内,激光雷达探测器完全接收不到目标的反射信号。

  7、传统的激光雷达存在较大的近距离盲区(比如>5m),盲区内(0-5m)的目标物无法被激光雷达探测到,进而对使用激光雷达的产品造成安全隐患。

  8、并且,在传统的雷达中,发射端的激光器和激光器的驱动电路设置在不同的电路板上,甚至安装在不同的组件上,彼此间连接的走线较长,信号损耗较高。接收端的探测器和探测器所需要的模拟前端电路同样设置在不同的电路板上,甚至安装在不同的组件上,也存在类似的损耗问题,对于激光雷达这种高精度测距的系统而言,这些被损耗的信号也至关重要。

  9、背景技术部分的内容仅仅是发明人所知晓的技术,并不当然代表本领域的现有技术。

  1、有鉴于现有技术存在的至少一个问题,本发明提供了一种激光雷达,包括:发射单元,包括多个激光器和驱动电路,所述驱动电路配置成可驱动所述激光器以发出探测激光束,用以探测目标物,其中所述发射单元还包括补盲单元,所述补盲单元配置成使得在激光雷达近距离范围内的目标物可接收到探测激光束,且反射的回波可被探测器接收;接收单元,包括多个探测器,所述探测器配置为可接收所述探测激光束被目标物反射的回波并转换为电信号;和处理单元,耦接到所述接收单元,并配置成可接收所述电信号,以计算所述目标物的距离和/或反射率。

  4、通过补盲单元改变所述探测激光束的方向以使得近距离范围内的目标物可以接收到所述探测激光束、且反射的回波可被探测器接收;

  2.如权利要求1所述的激光雷达,其中所述发射单元还包括补盲单元,所述补盲单元配置成使得近距离范围内的目标物可以接收到探测激光束,且反射的回波可被探测器接收。

  3.如权利要求2所述的激光雷达,其中所述发射单元包括第一反射部,所述补盲单元包括第二反射部,所述第一反射部和第二反射部相对非平行设置。

  4.如权利要求3所述的激光雷达,相对于所述第一反射部,所述第二反射部将所述探测激光束朝着所述接收单元的光轴方向偏折更多。

  5.如权利要求4所述的激光雷达,其中所述第一反射部和第二反射部是分离的反射镜;或者,所述第一反射部和第二反射部是同一反射镜的不同部分。

  6.如权利要求3-5中任一项所述的激光雷达,其中所述第一反射部和第二反射部的反射面所成的角度大于180°并且小于360°。

  7.如权利要求2所述的激光雷达,其中所述发射单元包括第一反射部及发射透镜组,所述补盲单元包括第一补盲反射镜和第二补盲反射镜;

  8.如权利要求2所述的激光雷达,其中所述发射单元还包括发射透镜组,所述补盲单元包括补盲光源;

  9.如权利要求1-8中任一项所述的激光雷达,还包括上仓板、下仓板以及位于所述上仓板和下仓板之间的转轴;

  10.如权利要求9所述的激光雷达,还包括通信上板和通信下板,所述通信上板和通信下板之间可建立双向的无线通信链路,其中所述通信下板与所述下仓板集成于一体;

  11.如权利要求1-10中任一项所述的激光雷达,其中所述接收单元还包括设置在所述探测器的光路上游的滤光片,适于选择预设波长范围的探测回波入射至所述探测器。

  12.如权利要求1-10中任一项所述的激光雷达,其中所述探测器包括雪崩光电二极管;

  13.如权利要求1-10中任一项所述的激光雷达,其中所述探测器包括sipm或者spad(s),所述处理单元还包括时间数字转换器,所述时间数字转换器与所述探测器耦接。

  14.如权利要求1-10中任一项所述的激光雷达,其中所述激光器包括边缘发射激光器或垂直腔面发射激光器。

  15.如权利要求1-10中任一项所述的激光雷达,还包括接收透镜组,所述探测器设置在所述接收透镜组的焦平面上,所述接收透镜组配置成将所述回波汇聚到所述探测器上。

  16.如权利要求15所述的激光雷达,其中所述发射透镜组和接收透镜组通过弹片组件与光机转子固定。

  19.如权利要求17或18所述的激光测距方法,其中所述驱动电路,适于配合雷达的转速,驱动所述多个激光器依次轮巡发光;

  本发明涉及一种激光雷达,包括:发射单元,包括多个激光器和驱动电路,驱动电路配置成可驱动激光器以发出探测激光束,用以探测目标物;接收单元,包括多个探测器和模拟前端组件,探测器配置为可接收探测激光束被目标物反射的回波并转换为电信号,模拟前端组件与探测器耦接,并适于读取并放大探测器输出的电信号;处理单元,耦接到接收单元,并配置成可接收模拟前端组件处理后的电信号以计算目标物的距离和/或反射率;驱动电路集成于芯片,多个激光器和对应的所述驱动电路设置于同一块PCB板上,模拟前端组件集成于芯片,多个探测器和对应的模拟前端组件设置于同一块PCB板上。

  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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