一种激光雷达系统及车辆的制作方法

本发明实施例涉及汽车雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达系统及车辆。

背景技术：

目前，激光雷达在自动驾驶等领域中应用日趋广泛，成为大家的关注热点。但是，随着应用激光雷达的车辆的增多，不同车辆所载的激光雷达系统之间的相互干扰问题日趋严重。

如果本车周边的其他车辆的激光雷达系统所发射的激光信号的波长，与本车的激光雷达系统发射的激光信号的波长相同，本车的激光雷达系统将难以区分激光信号来自哪个车辆。例如，在同一条马路上，若有多辆车安装的激光雷达系统的发射波长相同，则在这些车辆相距较近时，每个激光雷达系统可能会接收到来自其他车辆的激光雷达系统发出的激光信号并判定为目标回波，进而导致雷达被干扰，产生错误的探测结果。

为解决上述问题，现有激光雷达系统一般采用缩小雷达视场角度和缩小感光阵列面积的方式避免干扰。但是，对同波长的激光雷达系统发出的激光信号，这种措施几乎无效。

技术实现要素：

本发明提供一种激光雷达系统及车辆，可以避免其他激光雷达系统的激光信号的干扰。

第一方面，本发明实施例提供了一种激光雷达系统，包括：

激光发射模块，所述激光发射模块包括相互电连接的脉冲序列生成单元和激光生成单元；其中，所述脉冲序列生成单元包括相互电连接的脉冲信号生成子单元和运算子单元；所述脉冲信号生成子单元用于产生至少两个脉冲信号，所述运算子单元用于对至少两个所述脉冲信号运算得到脉冲序列；所述脉冲序列包括至少两个子脉冲；所述激光生成单元用于接收所述脉冲序列并根据所述脉冲序列生成并发射出射激光信号，所述出射激光信号包括出射激光编码信息；

激光接收模块，所述激光接收模块包括相互电连接的光电探测单元和分析单元，所述光电探测单元用于接收经目标物体反射的反射激光信号，并将所述反射激光信号转换成电信号；所述反射激光信号包括反射激光编码信息；所述分析单元用于接收所述电信号，并在根据所述电信号分析得到所述反射激光编码信息与所述出射激光编码信息相同时，确定所述反射激光信号由所述激光发射模块发射。

进一步地，所述激光发射模块还包括射频放大器；

所述射频放大器分别与所述脉冲序列生成单元和所述激光生成单元连接，用于对所述脉冲序列进行放大，并将放大后的脉冲序列发送至所述激光生成单元。

进一步地，所述脉冲信号的脉宽为纳秒级，所述子脉冲的脉宽为皮秒级。

进一步地，所述激光生成单元包括种子源激光器、泵浦激光器、第一合束器、第一增益光纤和准直器；

所述种子源激光器用于产生种子激光，所述泵浦激光器用于产生泵浦激光；

所述第一合束器用于对所述种子激光和所述泵浦激光进行合束操作以得到第一合束激光，并将所述第一合束激光发送至所述第一增益光纤；

所述第一增益光纤用于对所述第一合束激光进行增益后发送至所述准直器；

所述准直器用于对所述第一合束激光进行准直操作后出射。

进一步地，所述激光生成单元还包括分束器、第二合束器和第二增益光纤；

所述分束器用于将所述泵浦激光分成至少两束子泵浦激光；其中，所述至少两束子泵浦激光包括第一泵浦激光和第二泵浦激光；

所述第一合束器用于对所述种子激光和所述第一泵浦激光进行合束操作以得到第二合束激光，并将所述第二合束激光发送至所述第一增益光纤；

所述第一增益光纤用于对所述第二合束激光进行增益后发送至所述第二合束器；

所述第二合束器用于对所述第二合束激光和所述第二泵浦激光进行合束操作以得到第三合束激光，后并将所述第三合束激光发送至所述第二增益光纤；

所述第二增益光纤用于对所述第三合束激光进行增益后发送至所述准直器；

所述准直器用于对所述第三合束激光进行准直操作后出射。

进一步地，所述激光生成单元还包括第一隔离器、第二隔离器、第三隔离器和滤波器；

所述第一隔离器位于所述种子源激光器和所述第一合束器之间；

所述第二隔离器位于所述第一增益光纤和所述第二合束器之间；

所述第三隔离器位于所述第二合束器和所述准直器之间；

所述第一隔离器、所述第二隔离器和所述第三隔离器均用于控制光束传播方向；

所述滤波器位于所述第一增益光纤和所述第二隔离器之间，用于透过预设波长的光束。

进一步地，所述光电探测单元包括接收镜头和光电探测器；

所述接收镜头用于接收经目标物体反射的反射激光信号，并将所述反射激光信号输送至所述光电探测器；

所述光电探测器用于将所述反射激光信号转换成所述电信号。

进一步地，所述脉冲序列生成单元包括现场可编程门阵列；

所述脉冲序列生成单元复用为所述分析单元。

进一步地，所述激光接收模块还包括放大器和模数转换器；

所述放大器分别与所述光电探测器和所述模数转换器连接，所述模数转换器还与所述分析单元连接；

所述放大器用于接收并放大所述电信号；

所述模数转换器用于将放大后的所述电信号转换成数字信号。

第二方面，本发明实施例还提供了一种车辆，该车辆包括上述第一方面任一项所述的激光雷达系统。

本发明实施例提供的激光雷达系统，包括激光发射模块和激光接收模块；激光发射模块包括脉冲信号生成子单元、运算子单元和激光生成单元，脉冲信号生成子单元和运算子单元可以形成脉冲序列，脉冲序列可以控制激光生成单元生成具有出射激光编码信息的出射激光信号；激光接收模块包括光电探测单元和分析单元，光电探测单元可以接收反射激光信号并生成电信号，分析单元可以识别出电信号中的反射激光编码信息，并比较反射激光编码信息与出射激光编码信息是否相同，进而可以判断出所接收的反射激光光束是否为激光雷达系统的激光发射模块所发射，避免其他激光雷达系统的激光信号的干扰。

附图说明

图1是本发明实施例提供的激光雷达系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的激光发射模块形成出射激光信号的示意图；

图3是本发明实施例提供的出射激光信号和反射激光信号的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的另一激光雷达系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的激光生成单元的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一激光生成单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1是本发明实施例提供的激光雷达系统的结构示意图。具体地，该激光雷达系统包括：激光发射模块10，激光发射模块10包括相互电连接的脉冲序列生成单元11和激光生成单元12；其中，脉冲序列生成单元11包括相互电连接的脉冲信号生成子单元111和运算子单元112；脉冲信号生成子单元111用于产生至少两个脉冲信号，运算子单元112用于对至少两个脉冲信号运算得到脉冲序列；脉冲序列包括至少两个子脉冲；激光生成单元12用于接收脉冲序列并根据脉冲序列生成并发射出射激光信号，出射激光信号包括出射激光编码信息；激光接收模块20，激光接收模块20包括相互电连接的光电探测单元21和分析单元22，光电探测单元21用于接收经目标物体反射的反射激光信号，并将反射激光信号转换成电信号；反射激光信号包括反射激光编码信息；分析单元22用于接收电信号，并在根据电信号分析得到反射激光编码信息与出射激光编码信息相同时，确定反射激光信号由激光发射模块10发射。

具体地，激光发射模块10可以发射出射激光信号，出射激光信号在遇到障碍物时会返回，激光接收模块20可以接收反射激光信号。为了方便描述，将激光发射模块10发射的，且未到达障碍物的激光信号称之为出射激光信号，将障碍物反射回的激光信号称之为反射激光信号。

运算子单元112可以对信号进行运算，因此，利用运算子单元112的运算功能，可以将脉冲信号生成子单元111产生的两个脉冲信号进行做差运算，进而可以形成脉冲序列。脉冲序列包括多个子脉冲，每个子脉冲的宽度均比脉冲序列的宽度小很多，多个子脉冲排布对应一定的特征信息。由于脉冲序列中的子脉冲的数量以及相互之间的位置关系可以有多种情况，因此，脉冲序列可以包括多种不同的特征信息。包含不同的特征信息的脉冲序列在到达激光生成单元12后，可以激发产生具有不同出射激光编码信息的出射激光信号。可以理解的是，出射激光编码信息与脉冲序列的特征信息相对应。

光电探测单元21可以接收反射激光信号，并把反射激光信号转换成电信号，分析单元22可以分析电信号中包含的反射激光编码信息。由于分析单元22与脉冲序列生成单元11连接，因此，分析单元22还可以通过脉冲序列生成单元11获取出射激光编码信息。

由于激光在发生反射前后，激光中包含的特征编码信息通常不会发生变化。出射激光信号在遇到障碍物反射后可以形成反射激光信号，并且，反射激光信号中的反射激光编码信息与出射激光信号中的出射激光编码信息相同。因此，可以根据反射激光编码信息确定反射激光信号是否当前激光雷达系统中的激光发射模块10所发射。具体来说，当比较反射激光编码信息和出射激光编码信息相同时，分析单元22可以确定，光电探测单元21探测到的反射激光信号是由当前激光雷达系统中的激光发射模块10所发射。同理，当比较反射激光编码信息和出射激光编码信息不同时，分析单元11可以确定，光电探测单元21探测到的反射激光信号不是由当前激光雷达系统中的激光发射模块10所发射。

需要说明的是，考虑到生成成本，脉冲信号生成子单元111产生的脉冲信号的脉宽较大，导致脉冲信号直接形成编码信息的难度较大。因此，通过运算子单元112对两个脉冲信号进行做差运算，往往可以得到包括多个子脉冲的脉冲序列，每个子脉冲的脉宽比脉冲信号的脉宽小很多，进而可以利用较低的成本，形成出射激光编码信息。并且，为了形成脉冲序列，脉冲信号生成子单元111产生的两个脉冲信号可以具有一定的时序差。

需要说明的是，脉冲序列中的子脉冲数量和位置排布关系等可以具有多种关系，同一台激光雷达系统不同的时刻，或者不同激光雷达系统在同一时刻，产生的出射激光信号中的出射激光编码信息往往不同。因此，当一定的区域内有多台本实施例提供的激光雷达系统工作时，脉冲序列生成单元11可以控制激光生成单元12发射具有出射激光编码信息的出射激光信号，分析模块22可以识别出与出射激光编码信息对应的反射激光信号，进而可以控制每台激光雷达系统只接收与出射激光编码信息匹配的反射激光信号。因此，多台激光雷达系统之间可以互不干扰，从而保证多台激光雷达系统可以同时正常工作。

可选地，脉冲信号的脉宽为纳秒级，子脉冲的脉宽为皮秒级。

示例性地，利用脉冲信号生成子单元111，可以两个产生脉宽均为10ns脉冲序列；两个脉冲序列经运算子单元112做差处理后，形成的子脉冲的脉宽为50-100ps。通常，两个脉宽为10ns的脉冲信号形成的脉冲序列，可以包括10个左右的子脉冲。由于皮秒级的子脉冲的脉宽远小于纳秒级的脉冲，因此，皮秒级的子脉冲更加容易形成具有编码特征的脉冲序列。因此，为得到出射激光编码信息，需要首先得到包括多个皮秒级的子脉冲的脉冲序列。但是通常情况下，如果直接形成皮秒级的子脉冲，其难度较大，对设备要求高，进而提升激光雷达系统的成本。相比皮秒级的脉冲，产生纳秒级的脉冲的难度要低很多，并且，利用运算子单元112对两个纳秒级的脉冲信号进行做差运算得到皮秒级的脉冲序列的难度也较低。因此，利用能够产生纳秒级的脉冲信号生成子单元111间接得到皮秒级的脉冲，可以降低激光雷达系统的成本。

图2是本发明实施例提供的激光发射模块形成出射激光信号的示意图。可选地，请参考图2，脉冲信号生成子单元可以产生脉冲信号a和脉冲信号b，示例性地，脉冲信号a和脉冲信号b相同，均为方波，且脉宽为10ns。脉冲信号a或脉冲信号b均可以控制激光生成单元产生激光信号a，示例性地，该激光信号a可以为高斯光束。脉冲信号a和脉冲信号b通过运算子单元的对运算处理后，可以得到脉宽为100ps的子脉冲c。在得到第一个子脉冲c以后，运算子单元还可以控制脉冲信号a和脉冲信号b同时改变一定的相位，例如，脉冲信号a和脉冲信号b的相位同时改变12.5°；对于脉宽为10ns的方波，12.5°的相位对应的宽度大约为350ps。在完成相位改变以后，运算子单元再次控制脉冲信号a和脉冲信号b产生一个100ps的子脉冲c，则两个相邻的子脉冲c之间的间隔大约为250ps，通过多次同时改变脉冲信号a和脉冲信号b的相位，可以得到多个子脉冲c，多个子脉冲c可以形成脉冲序列。

由于每个子脉冲c均可以控制激光生成单元产生一个激光子信号b，因此，脉冲序列控制激光生成单元产生的出射激光信号，可以包括多个的激光子信号b。脉冲序列的总宽度可以等于脉冲信号a或脉冲信号b的宽度，相应地，出射激光信号的脉宽也可以等于激光信号a的宽度。即，对于脉宽为10ns的出射激光信号，可以包括多个激光子信号b。可以理解的是，当脉冲信号a和脉冲信号b的相位的角度调整幅度不同时，对应的两个子脉冲c之间的间隔也不同；两个相邻间隔不同的激光子信号b，对应不同的的编码信息。通过调整脉冲信号a和脉冲信号b的变化幅度，就可以得到具有不同编码信息的出射激光光束。

图3是本发明实施例提供的出射激光信号和反射激光信号的结构示意图。可选地，请参考图3，激光生成单元可以产生出射激光信号1，如果光电探测单元探测到的激光信号为反射信号1，分析单元可以分析得到反射信号1对应的反射激光编码信息，与出射激光信号1对应的出射激光编码信息相同，进而确定反射信号1由激光发射模块发射。如果光电探测单元探测到的信号为反射信号2，分析单元可以分析得到，反射信号2对应的反射激光编码信息，与出射激光信号1对应的出射激光编码信息不同，进而确定反射信号2不是由激光发射模块发射。

图4是本发明实施例提供的另一激光雷达系统的结构示意图。可选地，请参考图4，激光发射模块还包括射频放大器13；射频放大器13分别与脉冲序列生成单元11和激光生成单元12连接，用于对脉冲序列进行放大，并将放大后的脉冲序列发送至激光生成单元12。

一般情况下，经过运算子单元112运算后形成的脉冲序列的信号强度相对较低，因此，可以利用射频放大器13对脉冲序列进行放大处理，以提高脉冲序列的能量。

可选地，光电探测单元21包括接收镜头211和光电探测器212；接收镜头211用于接收经目标物体反射的反射激光信号，并将反射激光信号输送至光电探测器212；光电探测器212用于将反射激光信号转换成电信号。

具体地，接收镜头211可以对反射激光信号进行会聚，以将较大范围内的反射激光信号会聚起来，使反射激光信号的能量更加集中。光电探测器212可以根据会聚后的反射激光信号产生更强的电信号。示例性地，当本实施例提供的激光雷达系统用于激光测距时，反射激光信号是由目标物体反射回来的，因此，反射激光信号的强度相对较弱，利用接收镜头211对反射激光信号的会聚作用，可以增强激光雷达系统的测距灵敏度。

可选地，激光接收模块还包括放大器213和模数转换器214；放大器213分别与光电探测器212和模数转换器214连接，模数转换器214还与分析单元22连接；放大器213用于接收并放大电信号；模数转换器214用于将放大后的电信号转换成数字信号。

具体地，由于反射激光光束的能量较低，光电探测器212根据反射激光光束得到的电信号的强度也较小，为便于后续处理，可以利用放大器213进行放大。另外，光电探测器212产生的电信号通常为模拟信号，为了便于分析单元22处理电信号，还可以利用模数转换器214将模拟信号转换成数字信号。

可选地，激光生成单元12可以包括激光二极管121、激光放大器122和准直器123。其中，激光二极管121用于产生激光光束。但是，激光二极管121产生的激光光束的能量较低，而激光放大器122可以提高激光光束的功率，因此，可以利用激光放大器122对激光光束进行放大。并且，准直器123可以对激光光束进行准直，以得到准直性更强的发射激光光束。

可选地，脉冲序列生成单元111包括现场可编程门阵列；脉冲序列生成单元复用为分析单元22。

具体地，现场可编程门阵列(fieldprogrammablegatearray，fpga)具有功能强大、操作简单和性能优良等优点，应用于激光雷达系统中，可以显著降低激光雷达系统的成本。此外，还可以将现场可编程门阵列复用为运算子单元112。在这样情况下，现场可编程门阵列可以产生两个纳秒级的脉冲信号，并对两个脉冲信号进行做差运算，以生成皮秒级的脉冲序列，根据脉冲序列得到出射激光编码信息。另外，现场可编程门阵列还可以根据反射激光信号得到的电信号获取反射激光编码信息，以及比较出射激光编码信息和反射激光编码信息是否相同。

图5是本发明实施例提供的激光生成单元的结构示意图。可选地，请参考图5，激光生成单元包括种子源激光器201、泵浦激光器202、第一合束器203、第一增益光纤204和准直器123；种子源激光器201用于产生种子激光，泵浦激光器202用于产生泵浦激光；第一合束器203用于对种子激光和泵浦激光进行合束操作以得到第一合束激光，并将第一合束激光发送至第一增益光纤204；第一增益光纤204用于对第一合束激光进行增益后发送至准直器123；准直器205用于对第一合束激光进行准直操作后出射。

具体地，种子源激光器201产生的种子激光的功率较小，通常为10～20mw，不能满足实际需求；利用泵浦激光器202可以提高种子激光的功率。利用第一合束器203，可以将种子激光和泵浦激光进行合束以得到第一合束激光，第一增益光纤204可以对第一合束激光进行增益，可以得到功率较大、能够满足需求的激光。并且，激光光束在从激光生成单元出射之前，还可以利用准直器123对激光进行准直处理。

需要说明的是，种子源激光器201可以包括种子源驱动电路和种子源光学腔，种子源驱动电路用于驱动种子源光学腔产生种子激光；泵浦激光器202可以包括泵源驱动电路和泵源光学腔，泵源驱动电路用于驱动泵源光学腔产生泵浦激光。需要说明的是，种子源驱动电路与射频放大器连接，用于根据来自视频放大器的脉冲序列控制种子源光学腔产生种子激光；同时，泵源驱动电路的一端也与射频放大器连接，用于根据来自视频放大器的脉冲序列控制泵源光学腔产生的泵浦激光。

图6是本发明实施例提供的另一激光生成单元的结构示意图。可选地，请参考图6，激光生成单元还可以包括分束器205、第二合束器206和第二增益光纤207；分束器205用于将泵浦激光分成至少两束子泵浦激光；其中，至少两束子泵浦激光包括第一泵浦激光和第二泵浦激光；第一合束器205用于对种子激光和第一泵浦激光进行合束操作以得到第二合束激光，并将第二合束激光发送至第一增益光纤204；第一增益光纤204用于对第二合束激光进行增益后发送至第二合束器206；第二合束器206用于对第二合束激光和第二泵浦激光进行合束操作以得到第三合束激光，后并将第三合束激光发送至第二增益光纤207；第二增益光纤207用于对第三合束激光进行增益后发送至准直器123；准直器123用于对第三合束激光进行准直操作后出射。

具体地，一般情况下，增益次数越多，最终得到的激光的功率越大，因此，为了得到更大功率的出射激光信号，可采用多级激光增益的方法提高种子激光的能量。为了实现多级增益，可以利用分束器205将泵浦激光分成多束，每一束泵浦激光可以对种子激光进行一次增益。多级增益的过程与一级增益的过程类似，不再赘述。需要说明的是，本实施例示例性地提供了一种可以进行二级增益的激光生成单元，但是这不应该理解为对增益级数的限制。

可选地，激光生成单元还包括第一隔离器218、第二隔离器228、第三隔离器238和滤波器209；第一隔离器218位于种子源激光器201和第一合束器203之间；第二隔离器228位于第一增益光纤204和第二合束器206之间；第三隔离器238位于第二合束器206和准直器213之间；第一隔离器218、第二隔离器228和第三隔离器238均用于控制光束传播方向；滤波器209位于第一增益光纤204和第二隔离器228之间，用于透过预设波长的光束。

具体地，第一隔离器218、第二隔离器228和第三隔离器238均可以控制激光光束的传播方向，使激光光束沿单一方向传播，防止产生回光。以第一隔离器218为例，种子激光与第一泵浦激光合束后形成的第二合束激光能量较大。由于激光光束在第一合束器203或其他光学器件的端面处容易产生回光，不但造成能量浪费，严重时还会损坏种子源激光器201。因此，采用第一隔离器218控制激光的传播方向，可以减少能力损失，避免种子源激光器201被破坏。同理，第二隔离器228和第三隔离器238也可以防止回光，降低能量损失。第二合束激光经过第一增益光纤204后，形成的激光光束中往往会存在一些其他波长的成分，这些成分属于杂光，而滤波器209可以选择性透过特定波长的激光，并阻止其他波长的杂光透过。

基于同一发明构思，本实施例还提供了一种车辆。该车辆包括上述任意实施例所述的激光雷达系统。未在本实施例中详细描述的部分，请参考任意实施例提供的激光雷达系统。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。