【技术实现步骤摘要】
本申请涉及雷达探测，具体而言，涉及一种调频连续波激光雷达和雷达导航系统。
技术介绍
1、随着科学技术的不断发展，激光雷达技术因其具有分辨率高、方向性好、抗干扰能力强、测距精度高、响应速度快、不受地面杂波影响等优势，被广泛应用于汽车自动驾驶、机器人巡航、安防监控、高精度测绘等领域，其中调频连续波（frequency modulatedcontinuous wave，fmcw）激光雷达技术便是当今激光雷达技术的一项重要研究方向。在调频连续波激光雷达的实际使用过程中，通常需要激光雷达发射对应频率随时间周期性变化的调频连续波光信号，并接收经被探测物体反射的回波光信号，而后解析发射波（即调频连续波光信号）和接收到的反射波（即回波光信号）之间的信号相干状况，来得到被探测物体相对于对应激光雷达的距离、运动速度等信息。
2、而值得注意的是，目前常规调频连续波激光雷达针对被探测物体测量到运动速度信息实质属于被探测物体在激光发射方向上的速度信息，无法有效测量出被探测物体在三维层面任意方向上的速度信息，不利于支撑对被测物体的准确判断操作和后续导航规避操作。因此，如何提供一种结构简单且能够针对被探测物体实现三维速度实时测量功能的调频连续波激光雷达便是当今调频连续波激光雷达技术的一项亟需解决的重要问题。
技术实现思路
1、有鉴于此，本申请的目的在于提供一种调频连续波激光雷达和雷达导航系统，能够将单个发射扫描组件发射的调频连续波光信号同时作为位置不同的多个回波接收组件各自接收到的回波光信号所对应的
2、为了实现上述目的，本申请实施例采用的技术方案如下：
3、第一方面，本申请提供一种调频连续波激光雷达，所述激光雷达包括主控单元、调频连续波光源、发射扫描组件和多个回波接收组件，其中多个所述回波接收组件各自的实际组件位置互不相同；
4、所述主控单元与所述调频连续波光源和所述发射扫描组件分别电性连接，用于驱动所述调频连续波光源产生调频连续波光信号，并控制所述发射扫描组件将所述调频连续波光信号投射到待测对象上进行激光扫描；
5、多个所述回波接收组件分别与所述主控单元光路耦合，并将接收到的由所述待测对象反射的回波光信号传输给所述主控单元，其中所述主控单元还用于根据所述调频连续波光信号与多个所述回波接收组件各自对应的回波光信号，基于多普勒效应计算所述待测对象到所述发射扫描组件的实际距离信息，以及所述待测对象的三维运动速度信息。
6、由此，本申请通过将单个发射扫描组件发射的调频连续波光信号同时作为位置不同的多个回波接收组件各自接收到的回波光信号所对应的发射波信号，使多个回波接收组件各自对应的发射波信号在待测对象上的实际扫描时机保持一致，来确保基于单个光波发射方向上的调频连续波光信号和不同回波接收方向上的回波光信号测量出的三维运动速度信息满足实时性要求，从而在简化激光雷达架构的同时，针对被探测物体实现三维速度实时测量功能，便于前述调频连续波激光雷达所在的车辆、机器人等设备实现高精准度的导航定位功能，提高设备系统的安全性能。
7、此外，本申请通过对调频连续波激光雷达的光束产生、发射、扫描、接收、探测功能等功能进行分布式功能器件拆解，并通过多个回波接收组件共用同一发射扫描组件对外发射相同的发射波信号（即调频连续波光信号），有效降低激光雷达光路复杂度，便于压缩激光雷达尺寸，从而有效提升调频连续波激光雷达的可拓展性及可安装性。
8、在可选的实施方式中，所述回波接收组件的组件总数目大于或等于3，多个所述回波接收组件各自的接收视场范围分别与所述发射扫描组件的扫描视场范围至少部分重叠。
9、由此，本申请可通过上述实施方式针对多个回波接收组件各自与发射扫描组件的视场范围重叠状况的具体限定内容，确保多个回波接收组件均能够在经发射扫描组件发射出的调频连续波光信号投射到待测对象上时始终接收到由该待测对象反射的回波光信号，使多个回波接收组件共用同一发射扫描组件对外发射相同的发射波信号。
10、在可选的实施方式中，与多个所述回波接收组件对应的至少一个组件位置平面的平面法线方向与所述发射扫描组件在对应扫描视场范围内的实际投射方向互不垂直，其中每个所述组件位置平面由多个所述回波接收组件中的任意三个目标接收组件各自的实际组件位置确定，所述任意三个目标接收组件各自的实际组件位置不处于同一直线。
11、由此，本申请可通过上述实施方式针对多个回波接收组件的实际组件位置的具体限定内容，确保多个回波接收组件各自在回波接收方向上与待测对象的相对速度矢量能够尽可能地不在同一平面内，便于提高针对待测对象计算出的三维运动速度信息的信息准确度。
12、在可选的实施方式中，所述主控单元包括控制解算模块、混频探测模块和信息融合模块；
13、所述控制解算模块与所述调频连续波光源电性连接，用于向所述调频连续波光源发送驱动控制信号，以驱动所述调频连续波光源产生调频连续波光信号；
14、所述控制解算模块还与所述发射扫描组件电性连接，用于向所述发射扫描组件发送扫描控制信号，以调整所述发射扫描组件针对所述调频连续波光信号的实际投射方向；
15、所述混频探测模块与所述调频连续波光源和多个所述回波接收组件分别光路耦合，用于将所述调频连续波光源产生的所述调频连续波光信号作为本振信号地对多个所述回波接收组件各自接收到的回波光信号进行混频光电平衡探测，得到多个所述回波接收组件各自针对所述待测对象的运动探测电信号；
16、所述控制解算模块与所述混频探测模块电性连接，用于对多个所述回波接收组件各自对应的运动探测电信号进行探测信息解算，得到多个所述回波接收组件各自与所述待测对象的相对距离信息和相对速度矢量信息；
17、所述信息融合模块与所述控制解算模块电性连接，用于根据多个所述回波接收组件各自的实际组件位置，对多个所述回波接收组件各自的相对距离信息进行信息融合测距，得到所述待测对象到所述发射扫描组件的实际距离信息，并根据多个所述回波接收组件各自的实际组件位置，对多个所述回波接收组件各自的相对速度矢量信息进行矢量融合分解，得到所述待测对象的三维运动速度信息。
18、由此，本申请可通过上述实施方式针对主控单元的具体组成内容，确保该主控单元具备光束产生控制能力、对外扫描控制能力、回波信号探测能力、相对距离求解能力和三维速度计算能力，便于上述调频连续波激光雷达具备结构简单且能够针对被探测物体实现三维速度实时测量功能的特性。
19、在可选的实施方式中，所述调频连续波光源通过分束器与所述混频探测模块光路耦合，其本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种调频连续波激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括主控单元、调频连续波光源、发射扫描组件和多个回波接收组件，其中多个所述回波接收组件各自的实际组件位置互不相同；
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述回波接收组件的组件总数目大于或等于3，多个所述回波接收组件各自的接收视场范围分别与所述发射扫描组件的扫描视场范围至少部分重叠。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，与多个所述回波接收组件对应的至少一个组件位置平面的平面法线方向与所述发射扫描组件在对应扫描视场范围内的实际投射方向互不垂直，其中每个所述组件位置平面由多个所述回波接收组件中的任意三个目标接收组件各自的实际组件位置确定，所述任意三个目标接收组件各自的实际组件位置不处于同一直线。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的激光雷达，其特征在于，所述主控单元包括控制解算模块、混频探测模块和信息融合模块；
5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述调频连续波光源通过分束器与所述混频探测模块光路耦合，其中所述分束器的光束入射端与所述调频连续波光源的光信号
6.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，多个所述回波接收组件各自通过光纤与所述混频探测模块的一个回波输入端光路耦合，其中所述混频探测模块的回波输入端总数目与所述回波接收组件的组件总数目保持一致。
7.根据权利要求6所述的激光雷达，其特征在于，所述混频探测模块包括多路混频光电探测组件，其中每路所述混频光电探测组件对应耦合一个所述回波接收组件，每路所述混频光电探测组件用于对接收到的本振信号和对应耦合得到的回波光信号进行混频光电平衡探测；
8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述调频连续波光源采用分布式反馈DFB激光器、分布式布拉格反射DBR激光器、取样光栅分布式布拉格反射SG-DBR激光器、数字超模分布式布拉格反射DS-DBR激光器、硅基窄线宽激光器、硅基自注入反馈激光器、基于Littrow结构的可调谐外腔半导体激光器、基于Littman结构的可调谐外腔半导体激光器和基于Etalon标准具的可调谐外腔半导体激光器中的任意一种激光器实现。
9.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射扫描组件采用二维转镜、微机电系统MEMS微振镜、光学相控阵OPA器件、光开关焦平面阵列FPSA器件、楔形镜中的任意一种光学器件实现。
10.一种雷达导航系统，其特征在于，所述雷达导航系统包括权利要求1-9中任意一项所述的调频连续波激光雷达。
...【技术特征摘要】
1.一种调频连续波激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括主控单元、调频连续波光源、发射扫描组件和多个回波接收组件，其中多个所述回波接收组件各自的实际组件位置互不相同；
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述回波接收组件的组件总数目大于或等于3，多个所述回波接收组件各自的接收视场范围分别与所述发射扫描组件的扫描视场范围至少部分重叠。
3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，与多个所述回波接收组件对应的至少一个组件位置平面的平面法线方向与所述发射扫描组件在对应扫描视场范围内的实际投射方向互不垂直，其中每个所述组件位置平面由多个所述回波接收组件中的任意三个目标接收组件各自的实际组件位置确定，所述任意三个目标接收组件各自的实际组件位置不处于同一直线。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的激光雷达，其特征在于，所述主控单元包括控制解算模块、混频探测模块和信息融合模块；
5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述调频连续波光源通过分束器与所述混频探测模块光路耦合，其中所述分束器的光束入射端与所述调频连续波光源的光信号输出端耦合，所述混频探测模块的本振输入端与所述分束器的第一光束输出端耦合，所述发射扫描组件设置在所述分束器的第二光束输出端的出光光路上。
6.根据权利要求4所述的激光雷...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐长达，陆瑶，疏达，
申请(专利权)人：北醒北京光子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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