一种激光雷达发射控制方法及控制系统与流程

本发明涉及检测技术领域，尤其涉及一种激光雷达发射控制方法及控制系统。

背景技术：

无人驾驶领域最近备受人们关注，无人驾驶汽车的可靠性和安全性关系着人们的生命安全。在无人驾驶汽车上安装激光雷达，激光雷达利用tof原理，能够在汽车行进过程中，检测附近物体并测量周围物体距离，从而通过车辆的控制模块，控制车辆的行进路线和车辆的停止开启。

tof原理是发射一束高功率的脉冲激光，打在被测物体上，通过测量发射时间与接收时间的时间差来计算距离。激光雷达通常由激光发射端和激光接收端组成，通过将激光雷达安装在无人驾驶汽车上，通过激光测距技术能够检测无人驾驶汽车行进过程中的障碍物，帮助无人驾驶汽车规划行车路线，躲避危险物体，达到安全驾驶的目的。

目前的激光雷达发射模块具有发射频率不稳定，检测精度低等缺点。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种激光雷达发射控制方法及控制系统，能够同时发射多个脉冲信号对发射电路进行操作，可以有效提高发射电路的速度、分辨率与寿命。

为实现上述目的，本发明技术解决方案如下：

一种激光雷达发射控制方法，包括由激光器、振镜组成的光路，以及由控制模块、振镜驱动模块、激光器驱动模块组成的控制电路，

步骤一，所述控制模块向所述振镜驱动模块发射控制信号，控制所述振镜按照设定的角速度振动；

步骤二，所述振镜振动到指定角度，所述控制模块向所述激光器驱动模块发射脉冲控制信号，所述激光器驱动模块根据脉冲控制信号控制激光器发射激光脉冲。

进一步，还包括以下步骤：控制器对振镜驱动模块的驱动电压进行采样，以识别振镜的当前振动角度，控制模块根据采样得到的振镜的当前振动角度确定向激光器驱动模块发射脉冲控制信号的指定角度。

进一步，所述振镜为二维mems振镜，所述振镜按照李萨如图形原理振动，所述指定角度由振镜快轴或慢轴的振动角度确定。

进一步，所述振镜的快轴或慢轴每改变一个位置探测分辨率，控制模块向激光器驱动电路发射一组脉冲控制信号。

进一步，所述脉冲控制信号为多脉冲控制信号，所述激光器根据所述激光器驱动模块接收到的多脉冲控制信号发射一组多脉冲激光。

进一步，所述控制模块外设定时器，所述定时器控制所述控制模块发射的每组多脉冲控制信号中的每个单激光脉冲的脉宽、单激光脉冲的周期和每组脉冲发射数量。

进一步，所述一组多脉冲激光为三个连续激光脉冲，其中单个激光脉冲的脉宽均为5ns-15ns，周期均为20ns-30ns。

一种激光雷多脉冲发射控制系统，包括激光器和振镜组成的光路，所述振镜连接振镜驱动模块，所述激光器连接激光器驱动模块，所述振镜驱动模块和所述激光器驱动模块均连接控制模块。

进一步，所述脉冲控制信号为多脉冲控制信号，所述激光器根据所述激光器驱动模块接收到的多脉冲控制信号发射多个激光脉冲。

进一步，所述控制模块外设定时器，所述定时器控制所述控制模块发射的一组多脉冲控制信号中的脉冲发射时间和脉冲发射数量。

本发明一种激光雷达发射控制方法及系统，当振镜振动到指定角度时，与振镜驱动模块连接的控制模块向所述激光器驱动模块发射脉冲控制信号，激光器根据激光器驱动模块接收到的脉冲控制信号发射脉冲激光。根据振镜的振动角度确定激光器的发射时间，能够有效提高发射模块发送的激光脉冲的时间分辨率，同时能够延长激光雷达发射模块的使用寿命，达到使激光雷达发射模块的发射频率稳定，提高检测精度的目的。

附图说明

图1为本发明一种激光雷达发射控制方法及系统的一种架构图；

图2为本发明一种激光雷达发射控制方法及系统的另一种架构图。

具体实施方式

下面结合实施例说明本发明一种激光雷达发射控制方法及控制系统。

本发明一种激光雷达发射控制方法，如图1所示，包括由激光器、振镜组成的光路，以及由控制模块、振镜驱动模块、激光器驱动模块组成的控制电路。

步骤一，控制模块向振镜驱动模块发射控制信号，控制振镜按照设定的角速度振动；

步骤二，振镜振动到指定角度，控制模块向激光器驱动模块发射脉冲控制信号，激光器根据激光器驱动模块接收到的脉冲控制信号发射激光脉冲。

激光器为半导体激光器。振镜为二维mems振镜，振镜按照李萨如图形原理振动，振镜分别沿快轴和慢轴做简谐振动，振镜快轴的振动频率为400hz，慢轴振动频率为88hz，这里控制模块为arm模块，arm模块利用外设dac实现对二维mems振镜的控制已达到对快轴和慢轴的正弦变化。这里控制模块也可以为dsp模块、fpga模块等。

振镜为二维mems振镜，振镜按照李萨如图形振动，指定角度由振镜快轴或慢轴的振动角度确定。arm模块可以通过设定的程序直接获得振镜的当前振动角度，如图1所示，进而确定向激光器驱动模块发射脉冲控制信号的指定角度；arm模块也可以通过adc对振镜驱动模块的驱动电压进行采样，识别二维振镜的当前振动角度，如图2所示，控制模块根据采样得到的振镜的当前振动角度确定向激光器驱动模块发射脉冲控制信号的指定角度。步骤二中的指定角度是根据通过采样得到的二维振镜的快轴及慢轴当前振动角度，振镜的快轴或慢轴的振动角度每改变一个探测位置分辨率，控制模块向激光器驱动电路发射一组脉冲控制信号，这里的探测位置分辨率为0.05^o-0.1^o。探测位置分辨率，由激光器发射的相邻两组脉冲控制信号之间，振镜的振动角度改变量决定，振镜的振动角度改变量越小，探测位置分辨率越高。采样这种发射方式能够有效提高发射模块发送的激光脉冲的脉宽分辨率，同时能够延长激光雷达发射模块的使用寿命。这里快轴和慢轴分别是指二维振镜两个振动方向，快轴是指二维振镜振动频率快的方向，慢轴是指二维振镜振动频率慢的方向。

arm模块通过gpio接口连接激光器驱动控制模块，向激光器驱动模块发射脉冲控制信号，激光器驱动模块根据脉冲控制信号控制激光器发射激光脉冲。arm模块发射的脉冲控制信号可以为多脉冲激光控制信号，也可以是单脉冲控制信号，这里采样的脉冲控制信号为多脉冲控制信号，激光器驱动模块根据多脉冲控制信号控制激光器发射一组多脉冲激光。采用多脉冲控制信号，控制激光器在每个发射角度发射多个激光脉冲，可以将探测器接受到的多个激光脉冲的测量结果进行平均，减小系统测量误差。

arm模块外设定时器，该定时器为高分辨率定时器，其主频能够达到400mhz，最小分辨率2.5ns。该定时器为硬件模块，与通过软件控制的定时方法相比，具有发送周期稳定可控的优点。定时器控制arm模块发射的每组多脉冲控制信号中的每个单激光脉冲的脉宽、单激光脉冲的周期和每组脉冲发射数量。激光器驱动模块根据多脉冲控制信号控制激光器发射的激光脉冲的数量为三个，其中单激光脉冲的脉宽均为5ns-15ns，周期均为20ns-30ns。单激光脉冲的脉宽太大会烧坏半导体激光器，脉宽太小会降低发射能量导致测量距离减小。

本发明还包括一种激光雷达发射控制系统，包括激光器和振镜组成的光路，振镜连接振镜驱动模块，激光器连接激光器驱动模块，振镜驱动模块和激光器驱动模块均连接控制模块。激光器为半导体激光器。

振镜为二维振镜，控制模块为arm模块。arm模块外设dac实现对二维mems振镜的控制已达到对快轴和慢轴的正弦变化，形成李萨如图形，实现对待测区域的快速扫描，振镜快轴的振动频率为400hz，慢轴振动频率为88hz。

arm模块可以通过设定的程序直接获得振镜的当前振动角度，如图1所示；arm模块也可以通过adc对振镜驱动模块的驱动电压进行采样，识别二维振镜的当前振动角度，如图2所示。振镜的快轴或慢轴的振动角度每改变一个位置探测分辨率，控制模块向激光器驱动电路发射一组脉冲控制信号，这里的位置探测分辨率为0.05^o-0.1^o。探测位置分辨率，由激光器发射的相邻两组脉冲控制信号之间，振镜的振动角度改变量决定，振镜的振动角度改变量越小，探测位置分辨率越高。采样这种发射方式能够有效提高发射模块发送的每个激光脉冲的时间分辨率，同时能够延长激光雷达发射模块的使用寿命。

arm模块通过gpio接口连接激光器驱动控制模块，向激光器驱动模块发射脉冲控制信号，激光器驱动模块根据脉冲控制信号控制激光器发射激光脉冲。arm模块发射的脉冲控制信号可以为多脉冲激光控制信号，也可以是单脉冲控制信号，这里采样的脉冲控制信号为多脉冲控制信号，激光器驱动模块根据多脉冲控制信号控制激光器发射一组多脉冲激光。采用多脉冲控制信号，控制激光器在每个发射角度发射多个激光脉冲，可以将探测器接受到的多个激光脉冲的测量结果进行平均，减小系统测量误差。

arm模块外设定时器，该定时器为高分辨率定时器，其主频能够达到400mhz，最小分辨率2.5ns。该定时器为硬件模块，与通过软件控制的定时方法相比，具有发送周期稳定可控的优点。定时器控制arm模块发射的每组多脉冲控制信号中的每个单激光脉冲的脉宽、单激光脉冲的周期和脉冲发射数量。激光器驱动模块根据多脉冲控制信号控制激光器发射的激光脉冲的数量为三个，其中单激光脉冲的脉宽均为5ns-15ns，周期均为20ns-30ns。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。本发明中的上、下、左、右、顶、底等方位词，仅表示各部件之间的相对位置，不代表各部件的固定位置。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。