一种三维成像激光雷达系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达系统，具体涉及一种Η维成像激光雷达系统。
【背景技术】
[0002] 成像激光雷达主要由发射模块、接收模块、信号处理模块、光学组件、扫描机构等 组成。其基本工作原理如下；发射模块发出的激光束经光学组件处理后，在一定视场范围内 射向目标地物；激光束遇到目标后发生漫反射，其中沿原路返回的部分经光学组件处理后 送入接收模块并转换为电信号；信号处理模块测定激光束从发射到接收的时差或相移，得 到目标地物的距离；扫描机构驱动前述模块进行规律扫描运动，并配合相应的算法实现对 目标地物的方位识别。
[0003] 成像激光雷达通常采用的实现方法有；（1)采用单元激光发射、接收模块通过两 组机械传动机构带动的摆镜实现二维扫描，从而实现对某一平面内的目标探测，如中国专 利CN201310117381. 3 ; (2)采用单元激光发射、接收模块通过转镜旋转实现二维扫描，从 而实现对某一平面内的目标探测，如国防科技大学的脉冲半导体激光器激光雷达；（3)采 用多元激光发射、接收模块在垂直面内W-定的视场角对外发射，实现垂直方向线扫描，同 时在水平方向进行旋转，从而实现对目标的Η维探测，如中国专利CN200780030113. 4和 CN201310202414. 8。
[0004] 上述实现方法中，方法（1)和方法（2)只能实现平面内的二维扫描；方法（3)能够 实现目标Η维成像，但只能提供目标的深度信息，而没有提供目标的灰度信息。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是针对现有技术的缺陷，提供一种Η维成像激光雷达系统。
[0006] 本发明是送样实现的：一种Η维成像激光雷达系统，包括；激光雷达运动部分和 激光雷达固定部分，激光雷达运动部分上设置保护上盖，激光雷达固定部分下设置安装底 座，其中激光雷达运动部分包括，激光发射组件、激光接收组件、发射光学组件、接收光学组 件、信号处理模块，其中激光发射组件和发射光学组件用于发射激光信号并进行光学准直， 接收光学组件和激光接收组件用于对目标反射的激光信号进行聚焦并进行光电转换，信号 处理模块用于对发射和接收的信号进行处理；激光雷达固定部分包括扫描机构、数据通讯 模块和扫描机构驱动电路，数据通讯模块用于与外部进行通讯并进行数据处理，扫描机构 驱动电路用于根据数据通讯模块的处理结果驱动扫描机构，在扫描机构内设置水银滑环、 角位置编码模块、角位置编码器读数头、力矩电机转子、力矩电机定子，其中力矩电机转子 和力矩电机定子配合产生驱动力，角位置编码模块和角位置编码器读数头配合读取角位置 并进行编码转化，水银滑环用于与激光雷达运动部分进行电气连接。
[0007] 如上所述的一种Η维成像激光雷达系统，其中，所述激光发射组件由驱动电路和 半导体激光器组成，驱动电路在外部激励信号控制下产生电流脉冲，用来驱动半导体激光 器发出激光脉冲。
[0008] 如上所述的一种Η维成像激光雷达系统，其中，所述发射光学组件由发射光学透 镜组和发射反射镜组成，用于将激光器发射的激光束进行准直。
[0009] 如上所述的一种；维成像激光雷达系统，其中，所述激光接收组件由 APD(AvalanchePhotodiode)探测器、跨阻放大电路、压控放大电路、时刻鉴别电路、峰值保 持电路组成，用于将反射回来的激光脉冲转换为电信号，然后进行放大、滤波、时刻鉴别和 峰值保持处理，供后续采集和解算使用。
[0010] 如上所述的一种Η维成像激光雷达系统，其中，所述接收光学组件由滤光片、接收 光学透镜组和接收反射镜组成，用于将反射激光脉冲进行聚焦。
[0011] 如上所述的一种Η维成像激光雷达系统，其中，所述信号处理模块由A/D转换电 路、TMU时间测量电路、微处理器组成，用于对激光接收模块提供的信号进行反射强度采集 和飞行时间测量。
[0012] 如上所述的一种Η维成像激光雷达系统，其中，所述数据通讯模块由USB驱动电 路、W太网驱动电路、角位置编码驱动电路、微处理器组成，用于对所有参数进行打包处理 并与上位机通讯。
[0013] 如上所述的一种Η维成像激光雷达系统，其中，所述扫描机构由力矩电机、电机驱 动电路组成，用于驱动激光雷达系统的运动部分。
[0014] 如上所述的一种Η维成像激光雷达系统，其中，所述角位置编码模块由光栅和读 数头组成，用于对激光雷达运动部分与固定部分的相对角位置进行测量。
[0015] 本发明的效果是；本发明利用多组在空间上呈扇形分布的激光发射模块和激光接 收模块，配合电气上的时序控制，产生具有一定张角的多束激光，实现垂直方向上的一维扫 描，同时采用扫描机构驱动上述多激光束水平周向旋转，从而实现Η维扫描和成像；此外， 通过对目标反射信号的强度进行处理，获取Η维成像的灰度信息，从而为分析目标的反射 率提供依据。
【附图说明】
[0016] 图1是本发明一种Η维成像激光雷达的Η维结构示意图；
[0017]图2是本发明内部正面安装结构示意图；
[0018] 图3是本发明内部左侧面安装结构示意图；
[0019]图4是本发明内部右侧面安装结构示意图；
[0020] 图5是本发明固定部分内部安装结构示意图；
[0021] 图6是本发明激光发射组件及发射光学组件示意图；
[0022] 图7是本发明激光接收模块11示意图；
[0023]图8是本发明激光接收组件及接收光学组件示意图；
[0024] 图9是本发明激光发射、接收时序示意图。
[00巧]图中；1.激光雷达运动部分，2.激光雷达固定部分，3.激光发射组件，4.激光接 收组件，5.扫描机构，6.发射光学组件，7.接收光学组件，8.信号处理模块，9.数据通讯模 块，10.扫描机构驱动电路，11.激光接收模块，12.激光发射模块，13.水银滑环，14.角位 置编码器模块，15.角位置编码器读数头，16.力矩电机转子，17.力矩电机定子，18.安装底 座，19.保护上盖，20.发射反射镜，21.发射光学透镜组，22.滤光片，23.接收光学透镜组， 24.接收反射镜。
【具体实施方式】
[0026] -种Η维成像激光雷达系统，包括激光发射组件3、发射光学组件6、激光接收组 件4、接收光学组件7、扫描机构5、信号处理模块8、数据通讯模块9、水银滑环13、角位置编 码模块14、安装底座18、保护上盖19。
[0027] 所述激光发射组件3安装于保护上盖19的内部，位于信号处理模块8上，包含多 个（优选32)组成和功能相同的激光发射模块12,激光发射模块12由驱动电路和半导体激 光器组成，电气上与信号处理模块8相连，并在信号处理模块8提供的偏置高压和触发脉冲 作用下，产生脉冲电流，驱动激光器发出激光脉冲，激光脉冲波长优选905nm;各激光发射 模块12在空间上呈扇形分布，确保其发射的多束激光在空间上形成一定张角的扇面，如图 6所示。
[0028]所述发射光学组件6安装于保护上盖19的内部，位于力矩电机的转子上，由发射 光学透镜组21和发射反射镜20组成，其中发射光学透镜组21由多片球面镜（优选数量为 3)按照一定的位置关系装配，用于将激光器发射的激光束进行准直；发射反射镜20将准直 后的激光束进行45°反射，从而改变激光束出射的角度并实现在较小的空间内增大透镜组 的焦距，如图6所示。
[0029] 所述激光接收组件4安装于保护上盖19的内部，位于信号处理模块8上，包含多 个（与激光发射模块12对应，优选32)组成和功能相同的激光接收模块11，激光接收模块 11由APD(AvalanchePhotodiode)探测器、跨阻放大电路、压控放大电路、时刻鉴别电路、 峰值保持电路组成，电气上与信号处理模块8相连，在信号处理模块8提供的偏置高压和增 益电压作用下，将反射回来的激光脉冲转换为电信号，经过放大、滤波处理后，同时送入时 刻鉴别电路和峰值保持电路，分别产生激光脉冲返回时刻信号和目标反射强度信号，供后 续采集和解算使用，如图7所示；各激光接收模块11在空间上呈扇形分布，位置与激光发射 模块12-一对应，如图8所示。
[0030]所述接收光学组件7安装于保护上盖19的内部，位于力矩电机的转子上，由滤光 片22、接收光学透镜组23和接收反射镜24组