一种线性扫频相干激光雷达系统的制作方法

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其是涉及一种线性扫频相干激光雷达系统。

背景技术：

现有主流激光雷达产品为基于脉冲方式的激光雷达，主要的缺点是抗干扰能力差，例如太阳光直射或散射到接收器，又或者其他激光雷达发射的光脉冲直接或间接进入了接收器，造成产生错误信息，并且使用905nm脉冲半导体激光，对人眼有潜在的伤害。

另外，最新的线性扫频相干激光雷达技术虽然相比脉冲方式激光雷达有很多优点，例如抗干扰能力强、能测量物体速度等；但实现起来的关键是要求激光源有足够窄的线宽和相干长度，以及能够高速线性的调频。这样的激光源实现起来很困难，且成本很高。在实际应用中，单个激光雷达覆盖角度有限，为了实现单个载体(车，飞机，机器人等)360°无死角覆盖，往往需要多个线性扫频相干激光雷达，总成本显著增加。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种线性扫频相干激光雷达系统，以缓解现有技术中存在的单个激光雷达覆盖角度有限，为了实现单个载体(车，飞机，机器人等)360°无死角覆盖，往往需要多个线性扫频相干激光雷达，总成本显著增加的技术问题。

第一方面，本发明实施例提供了一种线性扫频相干激光雷达系统，包括连续线性扫频激光源，所述连续线性扫频激光源通过光信号转换设备与多个雷达相连，在所述连续线性扫频激光源与所述光信号转换设备或者所述多个雷达之间连接有中央控制器；

所述连续线性扫频激光源发射窄线宽扫频光信号，所述光信号转换设备将所述窄线宽扫频光信号进行放大后，分配至多个所述雷达；

所述中央控制器对所述连续线性扫频激光源、所述雷达、所述光信号转换设备之间的扫描信号进行同步控制，并对所述雷达反馈的检测信号进行分析。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述光信号转换设备包括大功率激光器；

所述连续线性扫频激光源通过所述大功率激光器与多个所述雷达相连；

所述连续线性扫频激光源发射所述窄线宽扫频光信号，所述大功率激光器通过注入式锁频将对所述窄线宽扫频光信号进行复制放大后，分配至多个所述雷达。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述大功率激光器与所述连续线性扫频激光源、多个所述雷达之间采用光纤、波导或自由空间耦合方式对所述窄线宽扫频光信号进行递送分配。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述大功率激光器包括fabryperot半导体激光器、dfb半导体激光器、固体激光器或者光纤激光器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述中央控制器通过向所述连续线性扫频激光源、所述雷达、所述大功率激光器同时发送控制信号，对所述连续线性扫频激光源、所述雷达、所述大功率激光器之间的扫描信号进行同步控制，并同步扫描各个所述雷达的物理参数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述光信号转换设备包括多个大功率激光器；

所述连续线性扫频激光源与级联的多个所述大功率激光器分别相连，多个所述大功率激光器与多个所述雷达一一对应相连；

所述连续线性扫频激光源发射所述窄线宽扫频光信号，各个所述大功率激光器通过注入式锁频将对所述窄线宽扫频光信号进行复制放大后，分配至对应的所述雷达。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述中央控制器通过向所述连续线性扫频激光源、所述雷达、所述大功率激光器同时发送控制信号，对所述连续线性扫频激光源、所述雷达、所述大功率激光器之间的扫描信号进行同步控制，并同步扫描各个所述雷达的物理参数。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述光信号转换设备包括光放大器；

所述连续线性扫频激光源通过所述光放大器与多个所述雷达相连；

所述连续线性扫频激光源发射所述窄线宽扫频光信号，所述光放大器将所述窄线宽扫频光信号进行放大后，分配至多个所述雷达。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，所述光放大器包括光纤放大器、半导体光放大器或固体光放大器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第九种可能的实施方式，其中，所述光信号转换设备包括多个光放大器；

所述连续线性扫频激光源与级联的多个所述光放大器分别相连，多个所述光放大器与多个所述雷达一一对应相连；

所述连续线性扫频激光源发射所述窄线宽扫频光信号，各个所述光放大器将所述窄线宽扫频光信号进行放大后，分配至对应的所述雷达。

上述多个发明实施例带来了以下有益效果：

本发明提供的线性扫频相干激光雷达系统，包括连续线性扫频激光源，连续线性扫频激光源通过光信号转换设备与多个雷达相连，在连续线性扫频激光源与光信号转换设备或者多个雷达之间连接有中央控制器；连续线性扫频激光源发射窄线宽扫频光信号，光信号转换设备将窄线宽扫频光信号进行放大后，分配至多个雷达；中央控制器对连续线性扫频激光源与雷达或者光信号转换设备之间的扫描信号进行同步控制，并对雷达反馈的检测信号进行分析。本发明在实现单个载体360°无死角覆盖的基础上，主要利用连续线性扫频激光源、光信号转换设备和雷达，以较低成本放大或者复制窄线宽扫频光信号，从而可以大大降低总系统成本。

本发明实施例利用连续线性扫频激光源获取窄线宽扫频光信号，所述窄线宽扫频光信号经光信号转换设备进行放大，可以得到放大的窄线宽扫频光信号，只有放大的窄线宽扫频光信号在经多个雷达接收时，才可以保证每个雷达接收到的窄线宽扫频光信号和连续线性扫频激光源发射窄线宽扫频光信号保持一致，仅需要一个连续线性扫频激光源就可以实现全方位的覆盖，因此不需要多个连续线性扫频激光源，总成本降低。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。

图1为本发明实施例一提供的线性扫频相干激光雷达系统的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的带大功率激光器的线性扫频相干激光雷达系统的另一结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的带大功率激光器的线性扫频相干激光雷达系统的另一结构示意图；

图4为本发明实施例三提供的光放大器的线性扫频相干激光雷达系统的一结构示意图；

图5为本发明实施例三提供的光放大器的线性扫频相干激光雷达系统的另一结构示意图。

图标：1-线性扫频相干激光雷达系统；11-连续线性扫频激光源；12-光信号转换设备；13-雷达；14-中央控制器；21-大功率激光器；31-光放大器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

目前现有技术中存在的单个激光雷达覆盖角度有限，为了实现单个载体(车，飞机，机器人等)360°无死角覆盖，往往需要多个线性扫频相干激光雷达，总成本显著增加的技术问题，基于此，本发明实施例提供的一种线性扫频相干激光雷达系统，可以利用连续线性扫频激光源获取窄线宽扫频光信号，所述窄线宽扫频光信号经光信号转换设备进行放大，可以得到放大的窄线宽扫频光信号，只有放大的窄线宽扫频光信号在经多个雷达接收时，才可以保证每个雷达接收到的窄线宽扫频光信号和连续线性扫频激光源发射窄线宽扫频光信号保持一致，仅需要一个连续线性扫频激光源就可以实现全方位的覆盖，因此不需要多个连续线性扫频激光源，总成本降低。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种线性扫频相干激光雷达系统进行详细介绍。

实施例一：

图1为本发明实施例一提供的线性扫频相干激光雷达系统的结构示意图。

单个激光雷达扫描单元扫描角度范围有限，为了覆盖360°往往需要多个激光雷达构建一个系统，为了降低系统中激光源成本，本实施例提供了一种线性扫频相干激光雷达系统。参照图1，线性扫频相干激光雷达系统包括连续线性扫频激光源11，连续线性扫频激光源11通过光信号转换设备12与多个雷达13相连，在连续线性扫频激光源11与光信号转换设备12或者多个雷达13之间连接有中央控制器14。

连续线性扫频激光源11发射窄线宽扫频光信号，光信号转换设备12将窄线宽扫频光信号进行放大后，分配至多个雷达13；

中央控制器14对连续线性扫频激光源11、雷达13、光信号转换设备12之间的扫描信号进行同步控制，并对雷达13反馈的检测信号进行分析。

具体的，连续线性扫频激光源11作为种子激光源，通过一个或级联的多个光信号转换设备12将窄线宽扫频光信号放大后再分配到多个雷达13，进而降低光源成本和系统成本。同时，中央控制器14向连续线性扫频激光源11、雷达13发送控制信号，以同步协同两者的激光扫描起始时间、光的角度指向等；以及，雷达13将接收的检测信号进行处理后反馈至中央控制器14，中央控制器14对检测信号进行分析，得到所需信息，比如目标的位置、速度等。

上述的光信号转换设备12可以为大功率激光器或者光放大器。接下来将针对不同的光信号转换设备12对线性扫频相干激光雷达系统做进一步的描述。

实施例二：

图2为本发明实施例二提供的带大功率激光器的线性扫频相干激光雷达系统的另一结构示意图。

光信号转换设备12为大功率激光器21，在一种实现方式中，使用一个连续线性扫频激光源11，通过注入式锁频一个高功率低成本的大功率激光器21复制窄线宽和高速线性扫频特性，再把能量分配到多个雷达13。如图2所示，连续线性扫频激光源11通过大功率激光器21与多个雷达13相连；中央控制器14与连续线性扫频激光源11、大功率激光器21、雷达13分别相连。

连续线性扫频激光源11发射窄线宽扫频光信号，大功率激光器21通过注入式锁频将对窄线宽扫频光信号进行复制放大后，分配至多个雷达13。

大功率激光器21与连续线性扫频激光源11、多个雷达13之间采用光纤、波导或自由空间耦合方式对窄线宽扫频光信号进行递送分配，即：连续线性扫频激光源11的窄线宽扫频光信号通过光纤、波导或自由空间耦合方式被注入廉价的大功率激光器21，大功率激光器21通过注入式锁频将窄线宽扫频光信号复制、放大后，再采用上述方式分配到多个雷达。其中，大功率激光器21可以包括但不限于fabryperot(法布里-珀罗)半导体激光器、dfb(distributedfeedbacklaser，分布式反馈激光器)半导体激光器、固体激光器或者光纤激光器，上述提到的激光器成本可以到几美元或几十美元，远远低于窄线宽线性扫频激光的成本。

此外，为了保证大功率激光器21的频率始终能够跟随连续线性扫频激光源11的频率扫描，中央控制器14同时发送控制信号至连续线性扫频激光源11、大功率激光器21、雷达13，以协同三者扫描同步控制；同时，中央控制器14还同步扫描各个雷达13的物理参数，例如驱动电流、温度等，对物理参数的扫描频率与种子激光源的频率扫描同步；为了达到最佳注入式锁频，中央控制器14在种子激光源进行周期性频率扫描时，同时给被锁频的大功率激光器21驱动电路发送信号，驱动电流的扫描，以保持该激光器频率始终可以跟随种子激光的频率变化，保证该激光器始终处于注入锁频状态。

光信号转换设备12为大功率激光器21，在另一种实现方式中，如图3所示，连续线性扫频激光源11与级联的多个大功率激光器21分别相连，多个大功率激光器21与多个雷达13一一对应相连，连续线性扫频激光源11发射窄线宽扫频光信号，各个大功率激光器21通过注入式锁频将对窄线宽扫频光信号进行复制放大后，分配至对应的雷达13。

具体的，各个雷达13均带有一个低成本的大功率激光器21，该大功率激光器21可以为上述提到的低成本的fabryperot半导体激光器、dfb(distributedfeedbacklaser)，分布式反馈激光器)半导体激光器等。高性能的窄线宽扫频光信号通过光纤或波导等方式分配到各个雷达13并注入雷达13内的大功率激光器21，大功率激光器21通过注入式锁频复制窄线宽扫频光信号的窄线宽和高速线性扫频特性。

同样的，中央控制器14同时发送控制信号至连续线性扫频激光源11、大功率激光器21、雷达13，以协同三者扫描同步控制；同时，中央控制器14还同步扫描各个雷达13的物理参数，对物理参数的扫描频率与种子激光源的频率扫描同步；为了达到最佳注入式锁频，中央控制器14在种子激光源进行周期性频率扫描时，同时给被锁频的大功率激光器21驱动电路发送信号，驱动电流的扫描，以保持该激光器频率始终可以跟随种子激光的频率变化，保证该激光器始终处于注入锁频状态。

上述的两个实现方式，通过注入式锁频复制种子激光源的线性扫频窄线宽特性，可以实现激光功率倍增或复制；以及，大功率激光器21为普通的fabryperot半导体激光或dfb激光器，成本较低，进而大大的降低了整个系统的成本。

实施例三：

图4为本发明实施例三提供的带大功率激光器的线性扫频相干激光雷达系统的另一结构示意图。

光信号转换设备12为光放大器31，在另一种实现方式中，如图4所示，连续线性扫频激光源11通过光放大器31与多个雷达13相连，中央控制器14与连续线性扫频激光源11、雷达13相连；连续线性扫频激光源11发射窄线宽扫频光信号，光放大器31将窄线宽扫频光信号进行放大后，分配至多个雷达13。中央控制器14同时向连续线性扫频激光源11、雷达13发送控制信号，以协同两者的激光扫描起始时间、光的角度指向等；以及，雷达13将接收的检测信号进行处理后反馈至中央控制器14，中央控制器14对检测信号进行分析，得到所需信息，比如目标的位置、速度等。

光放大器31与连续线性扫频激光源11、雷达13之间均可以采用光纤波导器件连接，也就是说窄线宽扫频光信号可以通过光纤波导器件实现递送分配。光放大器31包括但不限于光纤放大器、半导体光放大器或固体光放大器。

光信号转换设备12为光放大器31，在另一种实现方式中，如图5所示，连续线性扫频激光源11与级联的多个光放大器31分别相连，多个光放大器31与多个雷达13一一对应相连，中央控制器14与连续线性扫频激光源11、光放大器31相连；连续线性扫频激光源11发射窄线宽扫频光信号，各个光放大器31将窄线宽扫频光信号进行放大后，分配至对应的雷达13；中央控制器14同时向连续线性扫频激光源11、雷达13发送控制信号，以协同两者的激光扫描起始时间、光的角度指向等；以及，雷达13将接收的检测信号进行处理后反馈至中央控制器14，中央控制器14对检测信号进行分析，得到所需信息，比如目标的位置、速度等。

以上几种实现方式以较低成本放大或者复制窄线宽扫频光信号的窄线宽线性扫频特性，从而大大降低总系统成本，例如，使用光放大器31增加光能量再通过光纤分配到多个雷达13，光放大器中的光纤放大器或者半导体光放大器的成本在几百美元，远低于窄线宽线性扫频激光的成本；通过注入式锁频的方法实现激光能力倍增或复制，所使用的低成本fabryperot半导体激光或者dfb激光成本可以到几美元或几十美元，远远低于窄线宽线性扫频激光的成本。

实施例四：

本发明实施例提供的一种线性扫频相干激光雷达系统，包括连续线性扫频激光源11，连续线性扫频激光源11通过大功率激光器21与多个雷达13相连，连续线性扫频激光源11、大功率激光器21和多个雷达13分别与中央控制器14相连；

连续线性扫频激光源11发射窄线宽扫频光信号，大功率激光器21通过注入式锁频将对窄线宽扫频光信号进行复制放大后，分配至多个雷达13；中央控制器14对连续线性扫频激光源11与大功率激光器21进行同步控制，并同步扫描各个雷达13的物理参数，以及对雷达13反馈的检测信号进行分析。

这里，在一种实现方式中，参照图2，大功率激光器21可以为一个；连续线性扫频激光源11通过大功率激光器21与多个雷达13相连，中央控制器14与连续线性扫频激光源11、大功率激光器21和雷达13分别相连。

在另一种实现方式中，参照图3，大功率激光器21可以为级联的多个，且与雷达13的数量一致；大功率激光器21可设置于雷达13中，连续线性扫频激光源11与级联的多个大功率激光器21分别相连，多个大功率激光器21与多个雷达13一一对应相连，中央控制器14与连续线性扫频激光源11、大功率激光器21和雷达13分别相连。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统的具体工作过程，可以参考前述系统实施例中的对应过程，在此不再赘述。

上述多个发明实施例带来了以下有益效果：

本发明提供的线性扫频相干激光雷达系统，包括连续线性扫频激光源，连续线性扫频激光源通过光信号转换设备与多个雷达相连，在连续线性扫频激光源与光信号转换设备或者多个雷达之间连接有中央控制器；连续线性扫频激光源发射窄线宽扫频光信号，光信号转换设备将窄线宽扫频光信号进行放大后，分配至多个雷达；中央控制器对连续线性扫频激光源与雷达或者光信号转换设备之间的扫描信号进行同步控制，并对雷达反馈的检测信号进行分析。本发明在实现单个载体360°无死角覆盖的基础上，主要利用连续线性扫频激光源、光信号转换设备和雷达，以较低成本放大或者复制窄线宽扫频光信号，从而可以大大降低总系统成本。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“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。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。