一种激光雷达系统及目标物体的识别方法与流程

本申请涉及激光测量技术领域，尤其是涉及一种激光雷达系统及目标物体的识别方法。

背景技术：

激光雷达系统是一种采用激光测距技术的扫描式传感器，其工作原理与一般的雷达系统类似，通过发射激光光束来探测目标，并通过搜集反射回来的光束来形成点云并获取数据。激光雷达系统已广泛应用于汽车自动驾驶、无人驾驶、定位导航、空间测绘、机器人等领域。

目前的激光雷达系统通常利用飞行时间法进行测距，即根据发射激光光束后接收到回波光束的时间来计算目标物体的距离。然而，由于接收到的回波光束可能会收到其他激光雷达发射光束的干扰，甚至被不法分子发射的波长相近的激光光束干扰，造成激光雷达系统对目标物体识别错误，导致极大的安全隐患。

为了解决上述干扰的问题，通常的方案是对一个激光光源发射的多个脉冲进行编码，接收端通过编码识别，判断是否是有效的目标物体。然而，由于需要在纳秒级别的时间尺度下对多个脉冲进行编码，对激光光源的控制要求较高，实现难度大。

技术实现要素：

本申请解决的技术问题在于提供一种激光雷达系统及目标物体的识别方法，实现了对多个激光光源发射的激光光束进行编码以及分别探测，不仅提升了激光雷达系统的抗干扰能力，而且降低了设计难度、工程上便于实现和推广。

为此，本申请解决技术问题的技术方案是：

第一方面，本申请实施例提供了一种激光雷达系统，包括：多个激光光源，光共路器件、分光器件、扫描装置、光分路器件、汇聚透镜和多个光电探测模块；所述多个激光光源用于分别发射不同波长的激光光束；所述光共路器件用于将所述不同波长的激光光束共路后获得探测光束，将所述探测光束输出至所述分光器件；所述分光器件用于将所述光共路器件输出的探测光束透射至所述扫描装置，并将所述扫描装置输出的回波光束输出至所述光分路器件；所述扫描装置用于将所述分光器件输出的探测光束输出至目标物体上，并接收所述目标物体返回的回波光束，将所述回波光束反射至所述分光器件；所述光分路器件用于将所述扫描装置输出的回波光束，在空间上分成不同波长的多条光束，并将所述不同波长的多条光束分别输出至所述汇聚透镜；所述汇聚透镜，用于对所述光分路器件输出的多条光束起到汇聚作用，并将汇聚后的多条光束分别输出至所述多个光电探测模块；所述多个光电探测模块对所述汇聚透镜输出的不同波长的多条光束分别进行探测。

可选的，该激光雷达系统还包括：多个滤光组件；所述多个滤光组件用于对所述光分路器件输出的多条光束分别进行滤波，将滤波后的光束输出至多个光电探测模块，其中，所述多个滤光组件的滤波波长分别与所述多个激光光源发射的激光光束的波长相匹配。

可选的，所述光共路器件包括第一光栅器件和/或第一波长分光器件；其中，所述第一光栅器件用于将所述不同波长的激光光束衍射后，获得共路输出的探测光束，并将所述探测光束输出至所述分光器件；所述第一波长分光器件用于将不同波长的激光光束透射或者反射后，获得共路输出的探测光束，并将所述探测光束输出至所述分光器件。

可选的，所述光分路器件包括第二光栅器件和/或第二波长分光器件；其中所述第二光栅器件用于将所述扫描装置输出的回波光束，衍射至不同的输出光路上获得不同波长的多条光束，并将所述不同波长的多条光束分别输出至所述多个光电探测模块；所述第二波长分光器件用于将所述扫描装置输出的回波光束透射或者反射至不同的输出光路上获得不同波长的多条光束，并将所述不同波长的多条光束分别输出至所述多个光电探测模块。

可选的，各个激光光源发射的激光光束相对于所述第一光栅器件的入射角度，分别与所述第一光栅器件对各个激光光源发射的不同波长的激光光束的偏转角度相关。

可选的，该激光雷达系统还包括：检测模块，用于根据所述多个光电探测模块探测到的多条光束获取信号编码信息，并确定所述信号编码信息与初始编码信息是否匹配，若匹配成功，确定所述目标物体为有效目标，若匹配失败，确定所述目标物体为无效目标；其中，所述信号编码信息根据所述多个光电探测模块探测到的多条光束的光学参数和/或传输特征获得；所述初始编码信息根据所述多个激光光源发射的不同波长的激光光束的光学参数和/或传输特征获得。

可选的，所述检测模块用于确定所述信号编码信息与初始编码信息的差值是否在预设范围之内，以确定所述信号编码信息与初始编码信息是否匹配。

可选的，所述检测模块用于确定所述信号编码信息与初始编码信息的差值是否在预设范围之内；若是，则确定所述信号编码信息与初始编码信息匹配；否则，确定所述信号编码信息与初始编码信息不匹配。

可选的，所述多个激光光源分别包括调节组件，用于分别调节各个激光光源的参数；所述各个激光光源的参数包括：各个激光光源发射的激光光束的脉冲宽度和/或脉冲幅度。

第二方面，本申请实施例提供了一种目标物体的识别方法，用于第一方面任一项的激光雷达系统中，该方法包括：以预设时间间隔分别触发所述多个激光光源；所述多个激光光源分别发射不同波长的激光光束；所述光共路器件将所述不同波长的激光光束共路后获得探测光束，将所述探测光束输出至所述分光器件；所述分光器件将所述光共路器件输出的探测光束透射至所述扫描装置；所述扫描装置将所述分光器件输出的探测光束输出至目标物体上，并接收所述目标物体返回的回波光束，将所述回波光束反射至所述分光器件；所述分光器件将所述扫描装置输出的回波光束输出至所述光分路器件；所述光分路器件将所述扫描装置输出的回波光束，在空间上分成不同波长的多条光束，并将所述不同波长的多条光束分别输出至所述汇聚透镜；所述汇聚透镜对所述光分路器件输出的多条光束起到汇聚作用，并将汇聚后的多条光束分别输出至所述多个光电探测模块；所述多个光电探测模块对所述汇聚透镜输出的不同波长的多条光束分别进行探测；检测模块根据所述多个光电探测模块探测到的多条光束获取信号编码信息，并确定所述信号编码信息与初始编码信息是否匹配，若匹配成功，确定所述目标物体为有效目标，若匹配失败，确定所述目标物体为无效目标。

通过上述技术方案可知，本申请实施例提供的激光雷达系统包括：多个激光光源、光共路器件、分光器件、扫描装置、光分路器件、汇聚透镜和多个光电探测模块。所述多个激光光源用于分别发射不同波长的激光光束；所述光共路器件用于将所述不同波长的激光光束共路后获得探测光束，将所述探测光束输出至所述分光器件；所述分光器件用于将所述光共路器件输出的探测光束透射至所述扫描装置，并将所述扫描装置输出的回波光束输出至所述光分路器件；所述扫描装置用于将所述分光器件输出的探测光束输出至目标物体上，并接收所述目标物体返回的回波光束，将所述回波光束反射至所述分光器件；所述光分路器件用于将所述扫描装置输出的回波光束，在空间上分成不同波长的多条光束，并将所述不同波长的多条光束分别输出至所述汇聚透镜；所述汇聚透镜，用于对所述光分路器件输出的多条光束起到汇聚作用，并将汇聚后的多条光束分别输出至所述多个光电探测模块；所述多个光电探测模块对所述汇聚透镜输出的不同波长的多条光束分别进行探测。

其中，多个激光光源输出不同波长的激光光束，并且可以分别控制光学参数和/或传输特征不同，因此实现了根据光学参数和/或传输特征不同进行编码。同时，多个光电探测模块分别接收不同波长的回波光束，因此能够根据不同波长的回波光束的光学参数和/或传输特征确定目标物体是否有效。

可见，本申请实施例提供的激光雷达系统实现了对多个激光光源发射的激光光束进行编码以及分别探测，不仅提升了激光雷达系统的抗干扰能力，而且相比于对同一个激光光源产生的不同序列进行编码，降低了设计难度、工程上便于实现和推广。

此外，由于不同激光光源输出的不同波长的激光光束，采用不同的光电探测模块进行接收，避免了脉冲序列相互干扰导致解码错误的情况出现，进一步提升了检测精度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图；图2为本申请实施例提供的一种光共路器件的光路示意图；

图3为本申请实施例提供的一种光分路器件的光路示意图；

图4为本申请实施例提供的不同波长的脉冲序列的示意图；

图5为本申请实施例提供的一种目标物体的识别方法的流程示意图。

具体实施方式

本申请解决的技术问题在于提供一种激光雷达系统及目标物体的识别方法，实现了对多个激光光源发射的不同波长的激光光束进行编码以及分别探测，不仅提升了激光雷达系统的抗干扰能力，而且降低了设计难度、工程上便于实现和推广。

请参阅图1所示，本申请实施例提供了一种激光雷达系统100，包括：第一激光光源11，第二激光光源12、光共路器件13、分光器件14、光分路器件15、第一光电探测模块16、第二光电探测模块17、扫描装置18和汇聚透镜19。

第一激光光源11和第二激光光源12用于分别发射不同波长的激光光束。例如，第一激光光源11发射第一波长的激光光束，第二激光光源12发射第二波长的激光光束。

其中，各个激光光源可以分别包括调节组件，通过控制模块对调节组件进行控制，从而分别调节各个激光光源的参数。例如，可以对各个激光光源的脉冲宽度和/或脉冲幅度等分别进行调节。此外，还可以通过控制模块以预设时间间隔分别触发第一激光光源11和第二激光光源12，控制发射的激光光束的时间间隔。

在本申请实施例中，激光光源的个数可以为两个或者大于两个，各个激光光源分别发射不同波长的激光光束。各个激光光源可以相互之间呈一定的预设角度，具体地，各个激光光源发射的激光光束相对于所述第一光栅器件的入射角度，分别与所述第一光栅器件对各个激光光源发射的不同波长的激光光束的偏转角度相关。

光共路器件13设置在第一激光光源11和第二激光光源12的输出光路上，用于将不同波长的激光光束共路后获得探测光束，将该探测光束输出至分光器件14。其中，光共路器件13指的是可以实现空间上共路输出的光学器件，可以如图1所示为第一光栅器件131，将不同波长的激光光束衍射至相同的输出光路上，也可以为如图2所示为第一波长分光器件132，对第一激光光源11发射的激光光束进行反射，对第二激光光源12发射的激光光束进行透射，从而使得不同波长的激光光束输出至相同的输出光路上。

分光器件14用于将发射时的光路与接收时的光路分开，具体地，将光共路器件13输出的探测光束透射至扫描装置18，并将扫描装置18输出的回波光束输出至光分路器件15。

扫描装置18用于将分光器件14输出的探测光束输出至目标物体上，并接收所述目标物体返回的回波光束，将所述回波光束反射至所述分光器件14，分光器件14将接收到的回波光束反射至光分路器件15上。

光分路器件15用于将接收到的回波光束分成不同波长的多条光束，并将不同波长的多条光束分别输出至汇聚透镜19。其中，光分路器件15指的是可以实现将不同波长的光束在空间上分路输出的光学器件，可以如图1所示为第二光栅器件151，将分光器件14输出的不同波长的光束衍射至不同的输出光路上，光分路器件15也可以为如图3所示为第二波长分光器件152，对第一波长的回波光束进行反射，对第二波长的回波光束进行透射，从而使得不同波长的激光光束输出至不同的输出光路上。

为了将光分路器件15输出的多条光束输出到同一个光电探测集成电路中，可以通过汇聚透镜对多条光束进行汇聚。具体地，汇聚透镜19设置在光分路器件15和第一光电探测模块16、第二光电探测模块17之间，用于将光分路器件15输出的多条光束起到汇聚作用，汇聚后的多条光束分别输出至第一光电探测模块16和第二光电探测模块17。

为了提高光电探测模块的探测效率，提高测量精度，可以在光电探测模块前端设置滤光组件。具体地，激光雷达系统还包括：第一滤光组件20和第二滤光组件21，第一滤光组件20的滤光波长与第一激光光源11发射的激光光束的波长匹配，第二滤光组件21的滤光波长与第二激光光源12发射的激光光束的波长匹配，第一滤光组件20设置在光分路器件15和第一光电探测模块16之间，用于对光分路器件15输出的第一波长的光束进行滤光，第二滤光组件21设置在光分路器件15和第二光电探测模块17之间，用于对光分路器件15输出的第二波长的光束进行滤光。在本申请实施例中，滤光组件的个数与光电探测模块的个数相同，可以为两个或者大于两个。

第一光电探测模块16、第二光电探测模块17对接收到的多条光束分别进行探测。其中，第一光电探测模块16和第二光电探测模块17可以集成在同一个光电探测集成电路中。在本申请实施例中，光电探测模块的个数与激光光源的个数相同，可以为两个或者大于两个，各个光电探测模块分别接收不同波长的回波光束。

本申请实施例中的激光雷达系统的工作过程包括：第一激光光源11和第二激光光源12分别输出不同波长的激光光束，不同波长的激光光束经过光共路器件13后共路输出至分光器件14，分光器件14将共路输出的探测光束通过扫描装置18输出至目标物体上，并通过扫描装置18接收目标物体返回的回波光束，分光器件14将接收到的回波光束输出至光分路器件15，光分路器件15将其分成不同波长的多条光束并分别通过汇聚透镜19输出至第一光电探测模块16和第二光电探测模块17中分别进行探测。其中汇聚透镜19可以对将光分路器件15输出的多条光束起到汇聚作用，第一滤光组件20和第二滤光组件21分别设置在第一光电探测模块16和第二光电探测模块17的前端，起到滤光的作用。

本申请实施例中，通过多个激光光源输出不同波长的激光光束，并且各个激光光源可以分别控制，例如分别调节各自的光强值、功率值、脉冲宽度以及脉冲幅度等参数。例如图4所示，在单次测量中，第一激光光源和第二激光光源分别输出一个脉冲，其中第一激光光源11输出的一个脉冲的脉冲宽度为δt1,脉冲幅度为a1，第二激光光源12输出的一个脉冲的脉冲宽度为δt2,脉冲幅度为a2。并且，可以以预设时间间隔分别触发第一激光光源11和第二激光光源12，使得输出脉冲的时间间隔为δt1。通过这些参数的不同，实现了对多个激光光束的编码。

在接收端，可以对单次测量的脉冲序列进行解码，也就是由检测模块根据第一光电探测模块11和第二光电探测模块12探测到的多条光束获取信号编码信息，并确定信号编码信息与初始编码信息是否匹配，其中初始编码信息指的是第一激光光源11和第二激光光源12发射激光光束时的光学参数和/或传输特征，不同激光光束发射的时间间隔、各个激光光束对应的激光脉冲的幅值等。信号编码信息根据第一光电探测模块20和第二光电探测模块21探测到的多条光束的光学参数和/或传输特征获得。其中，多个光电探测模块探测到的多条光束的光学参数可以包括以下任一种或多种参数：光强值、功率值、脉冲宽度、以及脉冲幅度；多个光电探测模块探测到的多条光束的传输特征可以包括：多条光束的时间间隔。

可以通过信号编码信息与初始编码信息的差值来确定信号编码信息与初始编码信息匹配。若信号编码信息与初始编码信息的差值小于预设范围，则可以确定信号编码信息与初始编码信息匹配成功。否则，则可以确定信号编码信息与初始编码信息匹配不成功。这里的预设范围可以根据具体的应用场景进行设定，此处不进行限定。

当信号编码信息与初始编码信息匹配成功时，即两者的差值在预设范围内时，表示检测到激光雷达系统100发射的激光光束所返回的回波光束，即目标物体为有效物体；当信号编码信息与初始编码信息匹配失败时，即两者的差值超出预设范围时，表示检测到的为噪声(不是激光雷达系统100发射的激光光束所返回的回波光束)，即目标物体为无效物体。从而实现抗干扰的目的。

例如，控制模块分两次分别触发第一激光光源11和第二激光光源12，其中第一激光光源11的功率为p1，第二激光光源12的功率为p2，触发延迟为δt1。第一光电探测模块20探测到第一信号，第二光电探测模块21探测到第二信号，检测模块判断第一信号和第二信号的功率比与p1/p2是否匹配以及第一信号和第二信号的脉冲延迟与δt1是否匹配，当两者均匹配成功时，确定目标物体为有效物体并计算目标物体的距离信息；当两者中有任一者匹配失败时，确定为噪声。

本申请实施例提供的激光雷达系统100包括：第一激光光源11，第二激光光源12、光共路器件13、分光器件14、光分路器件15、第一光电探测模块16、第二光电探测模块17、扫描装置18和汇聚透镜19。其中，第一激光光源11和第二激光光源12输出不同波长的激光光束，并且可以分别控制光学参数和/或传输特征不同，因此实现了根据光学参数和/或传输特征不同进行编码。同时，第一光电探测模块16和第二光电探测模块17分别接收不同波长的回波光束，因此能够根据不同波长的回波光束的光学参数和/或传输特征确定目标物体是否有效。

可见，本申请实施例提供的激光雷达系统100实现了对多个激光光源发射的激光光束进行编码以及分别探测，不仅提升了激光雷达系统的抗干扰能力，而且相比于对同一个激光光源产生的不同序列进行编码，降低了设计难度、工程上便于实现和推广。

此外，由于不同激光光源输出的不同波长的激光光束，采用不同的光电探测模块进行接收，避免了脉冲序列相互干扰导致解码错误的情况出现，进一步提升了检测精度。

对应地，如图5所示，本申请实施例还提供了一种目标物体的识别方法，用于上述激光雷达系统100的任一种实施例中，该方法包括：

301：以预设时间间隔分别触发多个激光光源。

302：多个激光光源分别发射不同波长的激光光束。

303：光共路器件13将不同波长的激光光束共路后获得探测光束，将所述探测光束输出至所述分光器件14。

304：分光器件14将光共路器件13输出的探测光束透射至扫描装置18。

305：扫描装置18将分光器件14输出的探测光束输出至目标物体上，并接收所述目标物体返回的回波光束，将所述回波光束反射至所述分光器件14。

306：分光器件14将扫描装置18输出的回波光束输出至光分路器件15。

307：光分路器件15将扫描装置18输出的回波光束，在空间上分成不同波长的多条光束，并将所述不同波长的多条光束分别输出至汇聚透镜19。

308：汇聚透镜19对光分路器件15输出的多条光束起到汇聚作用，并将汇聚后的多条光束分别输出至所述多个光电探测模块。

309：多个光电探测模块对汇聚透镜19输出的不同波长的多条光束分别进行探测。

310：检测模块根据多个光电探测模块探测到的多条光束获取信号编码信息，并确定信号编码信息与初始编码信息是否匹配，若匹配成功，确定所述目标物体为有效目标，若匹配失败，确定所述目标物体为无效目标。

上述初始编码信息包括不同激光光源发射激光光束时的光学参数和/或传输特征。信号编码信息可以根据光电探测模块探测到的多条光束的光学参数和/或传输特征获得。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。