带有光通讯的激光雷达的制作方法

本申请是于2015年5月7日提交的美国临时申请第62/158,295号的非临时申请，其公开的全部内容通过引用被并入本文中。

技术领域

本主题发明涉及带有光通讯的激光雷达。

背景技术：

可称为光雷达或激光阵列光探测和测距的激光雷达通常指的是在一个物体处发射光并接收和处理由此引起的反射。激光器阵列可被用在阵列激光雷达系统中用以获得来自比单个激光器能达到更广视野的反射。阵列激光雷达系统便利了目标的扫描和追踪。此外，期望提供带有阵列激光雷达系统的通讯。

技术实现要素：

依照示例性的实施例，利用包含了在平台上的多个照射器的阵列激光雷达系统来执行光通讯的方法包括：从多个照射器的第一组发射波束；接收由波束引起的反射以执行目标探测；从多个照射器的第二组发射调制光信号；以及接收调制的光信号以执行光通讯。

依照另一实施例，在平台上的通讯系统包括包括了多个照射器的阵列激光雷达，该阵列激光雷达被构造成从多个照射器的第一组发射波束，并从多个照射器的第二组发射调制光信号到接收器；和被构造成接收由波束引起的反射以执行目标探测的光探测器。

本发明提供以下技术方案：

1. 一种利用包含在平台上的多个照射器的阵列激光雷达系统来执行光通讯的方法，所示方法包含：

从所述多个照射器的第一组发射波束；

接收由所述波束引起的反射以执行目标探测；

从所述多个照射器的第二组发射调制光信号；以及

接收所述调制光信号以执行所述光通讯。

2. 根据方案1的方法，其中所述多个照射器的所述第一组和所述多个激光器的所述第二组是所述多个照射器的相同组。

3. 根据方案2所述的方法，其中发射波束是在第一时间段期间被执行，发射调制光信号是在不同于所述第一时间段的第二时间段期间被执行。

4. 根据方案1所述的方法，其中所述多个照射器的所述第一组是不同于所述多个照射器的所述第二组的所述多个照射器的组。

5. 根据方案4所述的方法，其中发射波束和发射调制光信号被同时地完成。

6. 根据方案4所述的方法，其中发射波束被以不同于发射调制光信号的波长完成。

7. 根据方案1所述的方法，进一步包含基于在所述平台上的辅助设备来协调用于所述调制光信号的协议。

8. 一种在平台上的通讯系统，包含：

包括多个照射器的阵列激光雷达，所述阵列激光雷达被构造成从所述多个照射器的第一组发射波束，并从所述多个照射器的第二组发射调制光信号到接收器；以及

被构造用以接收由所述波束引起的反射以执行目标探测的光探测器。

9. 根据方案8所述的系统，进一步包含在所述平台上的辅助设备，所述辅助设备被构造成协调在所述通讯系统和所述接收器之间的身份信息、定时信息或协议信息。

10. 根据方案9所述的系统，其中所述辅助设备是蜂窝设备。

11. 根据方案8所述的系统，其中接收器是固定的或移动的另一个光探测器或另一个平台。

12. 根据方案8所述的系统，其中所述光探测器是一排光探测器。

13. 根据方案8所述的系统，其中所述多个照射器的所述第一组和所述多个照射器的所述第二组具有共有的一个或多个照射器。

14. 根据方案13所述的系统，其中所述多个照射器的所述第一组和所述多个照射器的所述第二组在不同的时间被操作。

15. 根据方案8所述的系统，其中所述多个照射器的所述第一组和所述多个照射器的所述第二组不具有共有的激光器。

16. 根据方案15所述的系统，其中所述多个照射器的所述第一组和所述多个照射器的所述第二组被同时地操作。

17. 根据方案15所述的系统，其中所述波束在不同于所述调制光信号的波长。

18. 根据方案8所述的系统，其中所述平台是车辆。

当联系附图理解时，从本发明随后的详细描述中本发明的以上特征和优势以及其它的特征和优势容易显见。

附图说明

其它的特征、优势和细节仅以例子的方式出现在随后的实施例详细描述中，详细的描述参考图，其中

图1是依照实施例的示例性阵列激光雷达系统的框图；

图2显示由依照实施例的阵列激光雷达系统的阵列激光雷达的激光器发射的示例性脉冲群；

图3显示被依照实施例的阵列激光雷达系统的阵列激光雷达的激光器用于通讯的示例性光信号；

图4显示依照实施例的阵列激光雷达系统的平台；

图5显示由依照实施例的阵列激光雷达系统执行探测和通讯的示例性场景；以及

图6显示通过依照实施例的阵列激光雷达的示例性发射。

具体实施方式

如以上所指出的，阵列激光雷达系统促进了扫描和目标追踪以及其它的探测和监测活动。本文中所描述的系统和方法的实施例涉及额外地利用阵列激光雷达系统用于通讯。在示例性的汽车应用中，通讯可以是在带有阵列激光雷达系统的车辆和也包括了阵列激光雷达或光通讯系统的另一车辆、行人、柱或任何其它事物之间。扫描相关的功能和通讯功能可被顺次地或并行地实施。依照一个实施例，阵列中的一些激光器可执行扫描相关的功能，而同时阵列的其它激光器执行通讯功能。依照另一实施例，在一段时间里所有的激光器可参与到扫描相关的功能中，随后在另一段时间里所有的激光器可参与到通讯功能中。由阵列激光雷达系统促进的无线通讯比通过蜂窝无线网络或其它传统的无线网路更加安全，因为通讯是点对点的。阵列激光雷达系统可被用于例如以40千兆比特（GBPS）每秒的速率传送音频、视频和图像。低的等待时间有助于安全的通讯应用。依照替代的实施例，通过阵列激光雷达系统的通讯可以是独立的或是与另一系统相结合的。也就是，例如，蜂窝或其它的通讯网络可被用于建立通讯，该通讯随后被转移到阵列雷达系统。通讯设备可被用于协调在阵列激光雷达系统之间的通讯。通讯设备可协调身份信息、定时信息和协议信息，例如。

图1是依照实施例的示例性阵列激光雷达系统100的框图。应该清楚的是，本文中图形没有一个是按照比例尺绘制的并且不意图用来传达对尺寸或相对尺寸的限制。尽管出于说明的目的，激光器111作为阵列激光雷达系统100的一部分被特别地讨论，其它照射器（例如，发光二极管（LEDs））同样可被使用。阵列激光雷达110指的是在使得它们的发射构成视野135的阵列中的两个或更多激光器111的布置。示于图1中的示例性的阵列激光雷达系统110包括两排五个激光器111。图解来自阵列激光雷达110的发射的自上而下视角的透视图显示由一排激光器111产生的五束发射信号126（激光束）。示于图1中的示例性阵列激光雷达系统100包括半透镜115，其使来自阵列激光雷达110的各个激光器111的光集中穿过透镜125。透镜125使由阵列激光雷达110的激光器111每个发射的激光束分散在视野135各处。示例性阵列激光雷达系统100可包括额外的为人熟知并可被用于控制激光器111中的一个或多个的输出的已知部件（例如，激光二极管）。光探测器阵列120接收由阵列激光雷达110的发射信号126产生的反射。依照替代的实施例，光探测器阵列120可包括单个探测器或两个或更多的探测器，并可以或可以不包括与在阵列激光雷达110中的激光器111相同数目的探测器。光探测器阵列120中的一个或多个探测器各自接收由激光器111中的任一个的发射引起的反射。

依照实施例，控制器或处理系统130可包括一个或多个处理器131和一个或多个存储设备132以及其它的已知部件以便控制通过阵列激光雷达110的激光器111的每个的发射以及由光探测器阵列120接收的反射的处理。处理系统130可控制典型的激光雷达操作以及与阵列激光雷达110的通讯。在替代的实施例中，处理系统130可以是阵列激光雷达系统100安装所在的平台（例如，车辆，舰船，施工设备）的控制系统的一部分。如图1显示的，阵列激光雷达110可被用于在方位角112和仰角113两个方向上扫描视野135。另外，每个激光器111给出到视野135中的目标410（图4）的距离。因此，阵列激光雷达110能够提供三维图像，其中在发射信号126内由激光器111的每个脉冲群210发射（图2）引起的每个反射可被认为是图像中的一个像素。以下详述的实施例涉及根据不同的场景控制阵列激光雷达110来探测和追踪目标410以及执行通讯。

图2显示由依照实施例的阵列激光雷达系统100的阵列激光雷达110的激光器111发射的示例性脉冲群210。发射功率205被指示为或者开（1的值）或者关（0的值）。例如，时间215以毫秒示出。脉冲群210的持续时长决定了用于目标510（图5）的探测的距离分辨率。出于目标探测的目的，发射后的脉冲群210被反射回，并且脉冲群210的来回行程时间被用于确定目标510的距离、速度和方向。由于光探测器阵列120的每个探测器接收与所有激光器111相关的反射，因此发射方案可被选择为便于辨别与阵列激光雷达110的激光器111每个相关的反射。例如，时分多址访问（TDMA）方案可被采用以使每个激光器111在与由另一个激光器111发射的时间偏离的时间进行发射。由于阵列激光雷达110的每个激光器111依次发射，因此在一段时间内整个视野135可被扫描。在替代的实施例中，两个或更多激光器111可被控制用以并行地发射，由两个或更多激光器111的发射引起的反射可被一同处理。发射可通过不同型式的激光器111控制以根据需要扫描或追踪目标510。

图3显示依照实施例被阵列激光雷达系统100的阵列激光雷达110的激光器111用于通讯的示例性的光信号310。依照此处的实施例，不是简单地被目标510（图5）反射，而是来自照射器（例如，雷达111）中的一个或多个的发射可被光探测器或探测阵列120接收。接收来自激光器111通讯的光探测器阵列120可以是在另一平台400（图4）上的另一阵列激光雷达系统100的一部分或可以是仅接收的系统。如以下进一步讨论的，接收的光探测器阵列130可以是或者也可以不是正被阵列激光雷达系统100探测或追踪的目标510（图5）。由于激光器111呈现单向发射（而非多向或全方向的发射），因此在阵列激光雷达系统100和（在另一平台400上的）光探测器阵列120之间的通讯是经由直接的光链路的点对点的通讯。如此，该通讯比多向或全方向的通讯更加安全，因为不被发射的阵列雷达系统100定为目标的另一个接收器不能简单地也通过接收发射来截取脉冲群210。可被激光器111传输的信息的类型包括音频、视频乃至图像，因为数据速率是在40千兆比特每秒（GBPS）的数量级上。通讯包括调制光信号的使用，已知的调制方案，例如像用在雷达系统中的，可被用在光载波信号上。

图3显示示例性的光信号310a到310d（总的称为310）。调制光信号310b到310d通过已知的调制技术获得，并且一个或更多参数（例如，振幅、频率、相位）可根据需要以相似于射频信号的方式被调制。例如，已知的激光二极管可被联接到阵列激光雷达110以调制驱动照射器（例如，激光器111）的电流。光信号310a是未调制的，而光信号310b是通过开－关键控（OOK）获得的。在未调制的（载波）光信号310a上执行幅移键控（ASK）从而获得光信号310c，在载波信号上执行相移键控（PSK）从而获得光信号310d。对于调制光信号310b、310c、310d，与光信号310b到310d的各个部分对应的代码320被指示在图3中。对应于代码320a的光信号310b到310d的部分指示“0”，对应于代码320b的部分指示“1”。用在通讯中的光信号310可具有与用于探测和追踪目标510（图5）的脉冲群210不同的波长。

图4显示依照实施例的阵列激光雷达系统100的平台400。示例性的平台400是车辆410。如以上所指出的，在替代的实施例中，例如，平台400可以是施工设备、农场设备、自动化生产设施中的设备，或水上的或空中的。车辆410被示出在两端带有阵列激光雷达110，但在另外的或替代的实施例中阵列激光雷达110的其它布置和阵列激光雷达110的另外的布置被预期。阵列激光雷达110可由相同或由不同的处理系统130控制。例如，车辆的控制器420可控制比如防撞和转向控制的车辆410系统。依照不同的实施例，控制器420可额外地执行阵列激光雷达系统100的处理系统130的功能或可被联接用以与控制阵列激光雷达110的处理系统130交换信息。也就是，阵列激光雷达系统100可与平台400的其它处理器一体化或与之分开。车辆410被示出带有额外的系统430。示例性的一些辅助系统430包括例如摄像机或雷达系统的其它传感器，和例如蜂窝系统的其它通讯系统。例如，摄像机可被用于目标510（图5）的身份识别。辅助系统430（例如，蜂窝系统）可帮助建立在不同平台400上的阵列激光雷达110之间的通讯。

图5显示依照实施例由阵列激光雷达系统100执行探测和通讯的示例性场景。在示例性的场景中，用于阵列激光雷达系统100的平台400是车辆410。如以上所指出的，其它平台400是可能的。两个阵列激光雷达110被示出在车辆410的每端处，如图4中。再有，如以上所指出的，在平台400上的阵列激光雷达110的不同的或另外的布置被预期。四个目标510a到510d（共同被称为510）被示出。如图5指示的，目标510a到510d是与平台400在相同道路505上的车辆410，并且同样地可包括阵列激光雷达系统100。目标510b是可能携带或穿着带有阵列激光雷达系统100或光探测器120和处理器130的设备的行人。目标510c是柱或塔并且也可包括阵列激光雷达系统100。目标510的每个可被车辆410的阵列激光雷达110探测。替代地或者另外地，目标510的每个可与车辆410通讯。由车辆410执行探测或通讯或探测和通讯两者的一些示例性场景参照图6讨论。如以上所指出的，辅助系统430（例如，摄像机）可被用于识别接收的阵列激光雷达系统100（例如，带有阵列激光雷达系统100的目标510a），另一个辅助系统430（例如，蜂窝系统）可被用于建立通讯。建立通讯可包括同步在发射侧和接收侧之间的定时并协调将要使用的协议或代码。示例性的协议包括已知的通讯协议，例如带有冲突检测的载波监听多路存取（CSMA-CD）或ALOIIA。依照简单的通讯方案，特定的光信号310可借助查找表或其它联系而与特定的讯息相联系。在通讯通过蜂窝系统被建立之后，速度和安全可使通过阵列激光雷达系统100的通讯变得优越。

通讯的类型可取决于平台400正与之通讯的目标510。例如，当车辆410与另一车辆510a或510d通讯时，通讯可被与自动转向、防撞或其它的系统相联接，并且讯息可被交换以确保各个车辆410、510a、510d的运动为其它车辆所预见。作为另外的例子，当车辆与柱或塔510c通讯时，车辆410可识别它自己或以另外的方式提供用于追踪目的的信息。当车辆410与不必须是在道路505上的行人510b或骑自行车的人或其它的移动目标410通讯时。如上指出的，行人510b（或骑自行车的人）可以不具有完整的阵列激光雷达系统100，但，替代地，仅具有光探测器阵列120（其可以是单个探测器）和处理器130。车辆410可与行人510b（例如，盲人行人）通讯从而提供关于车辆410在道路505上存在的信息。例如，这可为行人510b穿越道路505提供帮助。

图6显示经由依照实施例的阵列激光雷达110的示例性发射。示例性的阵列激光雷达110被示出带有十六个激光器111。示例组的发射600、610的每个显示按时间的四个例子。被操作用于探测目的激光器111（或其它类型的照射器）由点指示，被操作用于通讯目的的激光器111由条纹指示。在发射600的组中，每次一个激光器111被用于扫描视野135用于探测目的，如示出的。扫描被示出穿越阵列激光雷达110的顶排但可继续，如所指示的。与扫描并行的，另一激光器111被示出在发射600中用于通讯目的的操作。用于探测的激光器111可发射不同于用于通讯的激光器111的波长，如以上指出的。在发射610的组中，探测或追踪和通讯不是并行地完成。在所示的第一两个例子中，通讯由一组四个激光器111各自执行。在所示的第二两个例子中，探测由不同排的激光器111各自来执行。如示例性的发射600、610指示的，探测或追踪目标510，其包括发射脉冲群210和处理所引起的反射，可利用阵列激光雷达110的一个或多个激光器111借助光信号310的发射来与通讯顺序地或同时完成。

尽管本发明参照示例性的实施例被描述，但将被本领域的技术人员理解的是，在不偏离本发明的范围的情况下，可作出各种变化，等同物可替代其中的元件。此外，许多修改可被作出以使特定的情况或材料在不偏离其基本范围的情况下适应本发明的教导。因此，意图是本发明不被限于公开的特定的实施例，但本发明将包括落在本申请范围内的全部实施例。