车载脉冲式激光雷达系统技术方案

本发明专利技术提供一种车载脉冲式激光雷达系统，包括激光发射电路、三路接收电路、三路计时电路和处理器，其中激光发射电路包括激光发射器及其驱动电路、分光镜、发射电路光电探测器及光学系统，接收电路包括一个光学仪器、三个聚光镜片、三个接收电路光电探测器以及由两级放大电路、滤波电路和时刻鉴别电路组成的信号调理电路，所述处理器分别于所述驱动电路和三路计时电路电连接，根据记录的激光飞行时间计算出车辆前方障碍物的距离以及方位。本发明专利技术三路计时结构的车载激光雷达系统，在车辆前方10米的范围内不仅能够准确测量目标车辆前方障碍物离目标车辆距离，还能检测出障碍物位于目标车辆前方的方位。

【技术实现步骤摘要】
车载脉冲式激光雷达系统
本专利技术涉及汽车主动安全领域，具体涉及一种车载脉冲式激光雷达系统。
技术介绍
随着人们对汽车驾驶过程中的安全性、舒适性的要求不断提高，激光雷达测距系统正逐渐地被应用于汽车主动安全领域。激光雷达系统在汽车中一般用于测量本车周围其它目标的距离或相对速度，以便在本车与周围其它目标之间存在碰撞危险时，能够及时提醒驾驶员，以避免发生碰撞或者减轻碰撞的程度。由于未来车载测距雷达的发展趋势是要求激光发射器要适合车载安装的特点，即要做到体积小，质量轻，适合在车辆上使用，并且大多数车载激光雷达系统并不需要检测车辆前方太远的距离。因此，激光雷达逐渐地被应用于汽车主动安全领域的同时，人们对于激光雷达测距系统的成本、体积以及安装的便利性也提出了一定的要求。 传统的检测方式采用多线(或者单线)扫描激光雷达测量汽车周围待测目标，采用这种检测方式虽然具备很高的空间分辨率和较远的测量距离，但由于其成本很高，目前还不能够被大众市场接受。采用单激光器产生单束激光非扫描的方式又不能实现大空间区域的目标探测，满足不了对汽车周围大范围区域目标探测的要求。而另一种方式是采用多激光器非扫描式探测，但这种探测方式还是会显著增加系统成本。
技术实现思路
本专利技术提供一种车载脉冲式激光雷达系统，能够实现对车辆前方障碍物的较精确检测。 为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案:一种车载脉冲式激光雷达系统，包括激光发射电路、三路接收电路、三路计时电路和处理器；所述激光发射电路包括用于产生单束激光的激光发射器及其驱动电路、用于将单束激光分成两束的分光镜、用于接收分光镜射出的一束激光的发射电路光电探测器；所述激光雷达系统还包括用于将分光镜射出的另一束激光分成三束并呈品字形分布投射到三个待测区域的光学系统；三路所述接收电路用于接收三束激光投影区域反射的目标回光信号，该接收电路包括光电转换电路和信号调理电路，其中光电转换电路通过信号调理电路与处理器电连接；所述信号调理电路包括依次连接的两级放大电路、滤波电路和时刻鉴别电路，所述两级放大电路包括第一级前置放大电路和第二级主放大电路，所述前置放大电路用于将光电转换电路产生的微弱电流信号放大成微弱电压信号，所述主放大电路用于将微弱电压信号放大成满足系统要求的电压信号；所述光电转换电路包括一个光学仪器、三个聚光镜片以及三个与该聚光镜片对应的接收电路光电探测器，所述光学仪器能够将三个投影区域的反射目标回波信号对应地由三个接收电路光电探测器接收，所述接收电路光电探测器与所述处理器电连接；三路所述计时电路包括三路计时单元模块，三路计时单元模块能同时接收发射电路光电探测器发送的电脉冲信号，并将该电脉冲信号作为激光飞行时间的起始时刻?；;三路所述计时单元模块分别记录三个所述接收电路输送的经放大、滤波、时刻鉴别后的电脉冲信号，将该时刻对应地作为激光飞行时间的终止时刻Τπ，并记录三束激光的飞行时间Α Τ?=Τπ-Τ0 ；所述处理器与三路所述计时电路和驱动电路电连接，用于计算出障碍物的距离并根据三路接收电路产生的电信号判断出三个投影子区域是否有目标，判断出车辆前方待测目标的方位。 进一步地，所述光学系统为衍射光栅，能将所述激光发射器发射的一部分激光进行光学准直和分束，使得单束激光透过该衍射光栅后分成三束，并且三束激光在空间上的投影区域互不重叠。 优选地，经过所述光学系统光学准直和分束后的三束激光的能量分布是左路20%、中路60%和右路20%。 进一步地，所述时刻鉴别电路采用高通时刻鉴别方式，所述高通时刻鉴别方式是将放大电路输出单极性的起止信号脉冲通过高通滤波器，将原来的极值点转变为零点，双极性输出信号的过零点即为定时点。 所述脉冲式激光雷达的测距原理是用激光在飞行往返路径的时间差的准确测量来实现距离测量的。本专利技术中激光发射器产生的单束激光经过分光镜分光后，一路直接经过光电转换送给计时芯片作为起始时刻Start，一路射向被检测目标对象，遇到目标后，回波脉冲的部分能量从探测处通过漫反射，再经过光学镜头后作用在光电转换器上，进而转变为电信号，由于此信号很微弱，再经过放大器放大，达到适合后期处理的值后送入时刻鉴别电路，确定激光飞行的终止时刻stop，将此时刻送给计时芯片与start相减便是飞行时间。假设光速为c，激光的飞行时间为t，则目标距离s为:s=c*t/2。所述滤波电路与所述两级放大电路设计在一起，用于滤除因失调电压等引起的干扰，所述时刻鉴别电路采用高通时刻鉴别方式，用于准确鉴定三束激光的飞行终止时刻，所述的处理器与三路计时电路通信，得到激光飞行时间的差值Λ 1\后，经过已存储的算法计算出障碍物的距离Si=(C* Λ W/2, i=l、2、3分别表示左、中、右路检测到的障碍物距离，该微处理器还能够根据哪一个光电探测器产生的电信号判断出三个投影子区域是否有目标，进而判断出车辆前方待测目标的方位。 本专利技术脉冲式车载激光雷达系统能够在车辆前方1-10米的距离范围内检测出前方障碍物的距离和方位，设计的左、中、右三路结构能够对车辆前方实施较大范围的探测。 由以上技术方案可知，本专利技术具有如下有益效果:本专利技术采用将单半导体激光二极管产生的单束激光分光成具有一定发散角的三束激光，并将所述三束激光分别投射在目标车辆前方的左、中、右三个不同的区域，以实现对目标车辆前方大范围区域内目标探测的方案，该方案的成本较多激光器非扫描式激光雷达低。本专利技术三路计时结构的车载激光雷达系统，在车辆前方10米的范围内不仅能够准确测量目标车辆前方障碍物离目标车辆距离，还能检测出障碍物位于目标车辆前方的方位。 【附图说明】 图1为本专利技术车载脉冲式激光雷达系统的结构原理图；图2为本专利技术三路激光在车辆前方的探测区域分布图；图3为本专利技术中接收电路的结构组成示意图；图4为本专利技术前置放大电路的电路原理图；图5为本专利技术中主放大电路的电路原理图。 图中:100、激光发射电路，110、激光发射器，120、驱动电路，130、分光镜，140、发射电路光电探测器，200、接收电路，210、光电转换电路，211、光学仪器，212、聚光镜片，213、接收电路光电探测器，220、信号调理电路，221、前置放大电路，222、主放大电路，223、滤波电路，224、时刻鉴别电路，300、计时电路，400、处理器，500、光学系统。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的一种优选实施方式作详细的说明。 如图1所示，本专利技术车载脉冲式激光雷达系统包括激光发射电路100、三路接收电路200、三路计时电路300、处理器400和光学系统500。 所述处理器连接激光发射电路，并与三路计时电路连接，激光发射电路发射的激光部分输送至三路计时电路，部分经过光学系统投射到障碍物后经发射由三路接收电路接收，三路接收电路与三路计时电路电连接。 所述激光发射电路100包括用于产生单束激光的激光发射器110及其驱动电路120、用于将单束激光分成两束的分光镜130、用于接收分光镜射出的一束激光的发射电路光电探测器140，其中激光发射器优选为一种半导体激光二极管，该半导体激光二极管采用0SRAM公司的型号为SPL-LL90-3激光管，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种车载脉冲式激光雷达系统，包括激光发射电路(100)、三路接收电路(200)、三路计时电路(300)和处理器(400)，其特征在于： 所述激光发射电路(100)包括用于产生单束激光的激光发射器(110)及其驱动电路(120)、用于将单束激光分成两束的分光镜(130)、用于接收分光镜射出的一束激光的发射电路光电探测器(140)；所述激光雷达系统还包括用于将分光镜射出的另一束激光分成三束并呈品字形分布投射到三个待测区域的光学系统(500)；三路所述接收电路(200)用于接收三束激光投影区域反射的目标回光信号，该接收电路包括光电转换电路(210)和信号调理电路(220)，其中光电转换电路通过信号调理电路与处理器(400)电连接；所述信号调理电路(220)包括依次连接的两级放大电路、滤波电路(223)和时刻鉴别电路(224)，所述两级放大电路包括第一级前置放大电路(221)和第二级主放大电路(222)，所述前置放大电路用于将光电转换电路产生的微弱电流信号放大成微弱电压信号，所述主放大电路用于将微弱电压信号放大成满足系统要求的电压信号；三路所述计时电路(300)包括三路计时单元模块，三路计时单元模块能同时接收发射电路光电探测器发送的电脉冲信号，并将该电脉冲信号作为激光飞行时间的起始时刻T0；三路所述计时单元模块分别记录三个所述接收电路输送的经放大、滤波、时刻鉴别后的电脉冲信号，将该时刻对应地作为激光飞行时间的终止时刻T1i，并记录三束激光的飞行时间△Ti=T1i‑T0；所述处理器(400)与三路所述计时电路(300)和驱动电路(120)电连接，用于计算出障碍物的距离并根据三路接收电路产生的电信号判断出三个投影子区域是否有目标，判断出车辆前方待测目标的方位。...

【技术特征摘要】
1.一种车载脉冲式激光雷达系统，包括激光发射电路(100)、三路接收电路(200)、三路计时电路(300)和处理器(400)，其特征在于: 所述激光发射电路(100)包括用于产生单束激光的激光发射器(110)及其驱动电路(120)、用于将单束激光分成两束的分光镜(130)、用于接收分光镜射出的一束激光的发射电路光电探测器(140)； 所述激光雷达系统还包括用于将分光镜射出的另一束激光分成三束并呈品字形分布投射到三个待测区域的光学系统(500)； 三路所述接收电路(200)用于接收三束激光投影区域反射的目标回光信号，该接收电路包括光电转换电路(210)和信号调理电路(220)，其中光电转换电路通过信号调理电路与处理器(400)电连接；所述信号调理电路(220)包括依次连接的两级放大电路、滤波电路(223)和时刻鉴别电路(224)，所述两级放大电路包括第一级前置放大电路(221)和第二级主放大电路(222)，所述前置放大电路用于将光电转换电路产生的微弱电流信号放大成微弱电压信号，所述主放大电路用于将微弱电压信号放大成满足系统要求的电压信号； 三路所述计时电路(300)包括三路计时单元模块，三路计时单元模块能同时接收发射电路光电探测器发送的电脉冲信号，并将该电脉冲信号作为激光飞行时间的起始时刻Ttl ；三路所述计时单元模块分别记录三个所述接收电路输送的经放大、滤波、时刻鉴别后的电脉冲信号，将该时刻对应地作为...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁华为，单新文，王少平，陈向成，
申请(专利权)人：中国科学院合肥物质科学研究院，
类型：发明
国别省市：安徽;34