一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达制造技术

本发明专利技术公开一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达，包括多波长激光输出模块和激光雷达探头模块；本发明专利技术通过将光源模块和探头模块分离式设计，可实现一个光源模块配备多个探头模块，从而满足车载激光雷达全景点云数据的探测需求，多波长激光输出模块采用扫描光栅微镜对多波长混合激光进行分光，实现激光波长快速切换，也可使系统结构简单紧凑，激光雷达探头模块包括三棱镜、分束镜，旋转电机和单管探测器等器件，构成特殊同轴光路，可以筛选回波激光波长和实现高速率扫描探测，同时系统稳定性提升，成本降低，通过单管探测器实现对各种波长回波激光信号的探测，简化了光学系统结构、降低了成本。降低了成本。降低了成本。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达


[0001]本专利技术涉及光电探测
，尤其涉及一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达。

技术介绍

[0002]激光雷达利用激光单色性好、能量集中、方向性好等特性，在发射端发射激光信号，并在接收端接收经被探测物体反射回来的激光信号，利用飞行时间原理，通过计算发射和接收的时间差，可以得到被探测物体的距离，激光雷达在无人驾驶系统中有大量应用，在未来，无人驾驶汽车将会大量普及，会出现大量激光雷达同时工作在同一环境中，然而有研究表明，多个同时工作的激光雷达之间会出现互相干扰，会导致激光雷达无法探测到物体或探测到虚假目标，此外，激光雷达会受到外部蓄意入侵干扰，这些都会给无人驾驶带来极大的安全隐患；
[0003]现有的商用激光雷达大都使用固定波长和固定波形的激光信号进行探测，激光雷达会接收到其他激光雷达的激光信号，从而导致干扰发生，而现有的抗干扰激光雷达大多通过对发射激光信号进行调制，得到不同波形的发射信号，在接收端对接收到信号进行识别区分，来达到抗干扰目的，常见的有伪随机调制和混沌调制的车载抗干扰激光雷达，他们也存在缺点，比如由于激光人眼安全功率限制，伪随机调制使脉冲的峰值功率降低，探测距离减小，且信号调制时间长，导致测距点偏移、角分辨率降低；混沌信号的调制需要精密且昂贵的光反馈器件和注入激光器等设备，对温度和环境的要求很高，在车载环境下可靠性、稳定性差，也无法实现微型集成化，因此，本专利技术提出一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达用以解决现有技术中存在的问题。
专利
技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术的目的在于提出一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达，该基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达通过多波长激光输出模块采用扫描光栅微镜对多波长混合激光进行分光，实现激光波长快速切换，也可使系统结构简单紧凑，激光雷达探头模块包括三棱镜、分束镜，旋转电机和单管探测器等器件，构成特殊同轴光路，可以筛选回波激光波长和实现高速率扫描探测，同时系统稳定性提升，成本降低。
[0005]为了实现本专利技术的目的，本专利技术通过以下技术方案实现：一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达，包括多波长激光输出模块和激光雷达探头模块，其特征在于：所述多波长激光输出模块包括依次分布在光路上的多波长激光光源、第一准直器、反射镜、扫描光栅微镜、第一聚焦透镜、激光耦合器、光纤和激光调制器，所述激光耦合器通过光纤与激光调制器的输入端连接；
[0006]所述激光雷达探头模块包括第二准直器、分束镜、第二聚焦透镜、第三聚焦透镜、第一单管探测器、第二单管探测器、三棱镜和旋转电机底座，所述第二准直器通过光纤与激光调制器的输出端连接，所述激光雷达探头模块的光路系统结构一体化集成在旋转电机底
座上，所述旋转电机底座采用无刷电机，转速可调且最大转速为600rpm。
[0007]进一步改进在于：所述多波长激光光源采用多波长光纤激光器或通过激光器阵列耦合输出，所述多波长激光光源的激光波长为1550nm，所述第一聚焦透镜的直径为25mm，焦距为75mm。
[0008]进一步改进在于：所述第一准直器为带尾纤的非球面准直器，所述第一准直器的准直激光波长范围为1020
‑
1700nm，有效焦距为18.75mm，通光孔径为5.5mm。
[0009]进一步改进在于：所述扫描光栅微镜选自微型集成MOEMS扫描光栅微镜、FR4电磁式扫描光栅微镜和由微型步进电机驱动转动的刻线平面光栅中的一种，所述扫描光栅微镜的扫描角度为
±7°
，扫描精度优于0.05
°
，衍射光栅的闪耀角为8.6
°
，闪耀波长为1170nm。
[0010]进一步改进在于：所述激光耦合器为SMA光纤耦合器，所述激光耦合器位于扫描光栅微镜静止时的中心波长1550nm处所聚焦成像的焦点位置，且波长范围为1050
‑
1620nm，焦距为37.13mm。
[0011]进一步改进在于：所述第二准直器为带尾纤的非球面准直器，所述第二准直器的准直激光波长范围为1020
‑
1700nm，有效焦距为18.75mm，通光孔径为5.5mm。
[0012]进一步改进在于：所述分束镜为非偏振分束立方体结构，各边长20mm，波长范围为1200
‑
1600nm，所述三棱镜为边长为50mm的等边色散棱镜，材质为N
‑
SF11,适用波长范围为420
‑
2300nm。
[0013]进一步改进在于：所述第一单管探测器和第二单管探测器均为InGaAs雪崩光电探测器模块，光敏面响应波段为800
‑
1700nm，光敏面直径为500um，增益为20KV/W。
[0014]本专利技术的有益效果为：
[0015]1、分离式的光源模块和探头模块，可实现一个光源模块配备多个探头模块，从而满足车载激光雷达全景点云数据的探测需求，同时，一个光源配备多个激光探头模块，可有效降低系统成本和后期数据处理难度，光源模块可置于车内，可有效保障光源的安全性和提高输出的稳定性；
[0016]2、本专利技术基于微型集成扫描光栅微镜实现不同波长的激光快速出射，微型集成扫描光栅微镜一个扫描周期即可获得两次全波长范围的激光输出，当光栅扫描微镜扫描频率≥1000Hz，小于0.5ms即可完成一次纵向的激光点云扫描，同时基于集成扫描光栅微镜的分光光路设计，可有效降低系统成本，简化系统结构；
[0017]3、不同波长的入射激光，经三棱镜分光后实现不同角度的输出，根据微型集成扫描光栅微镜反馈的波长值和三棱镜折射率可获得发射信号的竖直角度，本专利技术激光探头模块由步进电机带动旋转，由步进电机位置传感器可以获得发射信号的旋转角度；
[0018]4、本专利技术从激光波长、激光光源调制、三棱镜光路可逆性等方面来提高激光雷达实际应用中的抗干扰能力，只有当发射信号和回波信号的角度、波长、信号特征、时间等因素都匹配时，才能被系统认定为有效信号，相比于当前激光雷达仅基于光源调制的抗干扰方法，可有效提高大规模车载激光雷达应用环境下的系统抗干扰能力；
[0019]5、本专利技术中，基于分束镜和三棱镜的发射信号和回波信号同轴光路设计，可以实现不同波长发射信号以不同的角度出射，无需机械结构即可实现纵向快速扫描，相比于现有的固态激光器和基于MEMS扫描微镜的激光雷达扫描光路结构，既可以减小系统结构、降低系统成本，又可以避免非同轴光路系统由于颠簸、撞击等因素所导致的光路偏离保证发
射信号和回波信号的稳定性，更适用于车载激光雷达环境。
附图说明
[0020]图1是本专利技术的结构示意图。
[0021]其中：1、多波长激光光源；2、第一准直器；3、反射镜；4、扫描光栅微镜；5、第一聚焦透镜；6、激光耦合器；7、光纤；8、激光调制器；9、第二准直器；10、分束镜；11、第二聚焦透镜；12、第三聚焦透镜；13、第一单管探测器；1本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达，包括多波长激光输出模块和激光雷达探头模块，其特征在于：所述多波长激光输出模块包括依次分布在光路上的多波长激光光源(1)、第一准直器(2)、反射镜(3)、扫描光栅微镜(4)、第一聚焦透镜(5)、激光耦合器(6)、光纤(7)和激光调制器(8)，所述激光耦合器(6)通过光纤(7)与激光调制器(8)的输入端连接；所述激光雷达探头模块包括第二准直器(9)、分束镜(10)、第二聚焦透镜(11)、第三聚焦透镜(12)、第一单管探测器(13)、第二单管探测器(14)、三棱镜(15)和旋转电机底座(16)，所述第二准直器(9)通过光纤(7)与激光调制器(8)的输出端连接，所述激光雷达探头模块的光路系统结构一体化集成在旋转电机底座(16)上，所述旋转电机底座(16)采用无刷电机，转速可调且最大转速为600rpm。2.根据权利要求1所述的一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达，其特征在于：所述多波长激光光源(1)采用多波长光纤激光器或通过激光器阵列耦合输出，所述多波长激光光源(1)的激光波长为1550nm，所述第一聚焦透镜(5)的直径为25mm，焦距为75mm。3.根据权利要求1所述的一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达，其特征在于：所述第一准直器(2)为带尾纤的非球面准直器，所述第一准直器(2)的准直激光波长范围为1020
‑
1700nm，有效焦距为18.75mm，通光孔径为5.5mm。4.根据权利要求1所述的一种基于多波长连续扫描的抗干扰激光雷达，其特征在于：所述扫描光栅微镜(4)选自微型集成MOEMS扫描光栅微镜、FR4电磁式扫描光栅微镜和由微型步进电机...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢瑛珂，梁恒恒，王晰晨，陈永龙，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：