[发明专利]车载四线激光雷达系统及其电路、方法

说明书

技术领域

本发明涉及激光雷达在汽车辅助驾驶系统领域的一种应用，尤其是涉及一种具有4个激光器同时进行线扫描的车载激光雷达系统及其应用电路结构和实现方法。

背景技术

随着汽车工业蓬勃发展，车流量不断增大，交通事故频发，驾驶者的负担也就越来越大。为了减少交通事故造成的损失，如安全气囊、ABS、智能大灯等被动安全技术被应用到汽车当中，但这些被动安全措施只能减轻损失，不能防止事故发生。随着电子技术的发展，汽车行业已广泛应用各种如导航仪、汽车雷达等电子设备进行辅助驾驶，但这些在防止事故发生时，仍然靠驾驶员的判断进行，设备不具有紧急时自动控制车辆驾驶的权限，在发生突发情况或驾驶走神时若驾驶员来不及采取措施，事故仍可能发生。

较为理想的汽车辅助驾驶系统，应具有车距测量、前车车速测量、障碍物的预警、车道偏离预警等功能；当碰撞不可避免时自动采取紧急刹车及提前释放安全气囊的等措施保护车内人员的安全功能；自动识别道路两旁的路沿、隔离带和障碍物功能；在自动巡航(ACC)当中自动保持车距功能，减轻驾驶者负担。先进的汽车辅助驾驶系统的性能主要决定于它的传感器系统和应用系统。

汽车雷达是在汽车辅助驾驶系统广泛应用的一种传感器系统，它主要包括超声波雷达、微波雷达和激光雷达三种。其中超声波雷达有效测距只有几米，只能作为倒车雷达应用；有效测距比超声波雷达更远的微波雷达，具有受雨雾天气影响小、有效距离可达100米左右，但其发散角太大，测量目标距离和位置时精度不高，实际应用中主要用于测速、测距；激光雷达具有测量精度高，测距远，性能优异等特点，适用于汽车测速、测距和目标定位。

激光雷达的优点是结构相对简单，具有高单色性、高方向性、相干性好、测量精度较高、探测距离远，受到了广泛的关注。可应用于自动巡航（ACC）、碰撞预警、车道偏离预警等方面，前景非常广阔。激光雷达主要分为成像激光雷达和非成像激光雷达，成像激光雷达又分为扫描成像和非扫描成像。成像激光雷达可三维成像，功能强大，但技术难度非常大，成本也很高，而且满足不了高速行驶汽车的应用需求；在汽车应用方面非成像激光雷达更具有实用价值，相比成像激光雷达它造价低，速度快，稳定性好，亦可以满足功能需求。但单一的一线扫描激光雷达只能在一个面上进行扫描，覆盖面小，在障碍物预警当中很容易造成检测的缺失，而且在上坡和车身起伏较大时很容易会只探测到地面无法正常检测障碍物。而4线激光雷达能很好的弥补这个缺点，大大的提高了检测精确度，成不同角度扫描也是因为此点。1线激光雷达和4线激光雷达扫描示意图如图1和图3所示。

发明内容

本发明要决问题是：如何利用激光雷达的传感器系统优异性能，提供一种扫描覆盖面广，能有效检测到目标障碍物，且体积小、成本低、功能强的汽车辅助驾驶系统所需的激光雷达系统。为了解决这些问题，本发明提供了如下车载四线激光雷达系统及其电路和方法的技术方案：

车载四线激光雷达系统，主要由供电系统、控制系统、发射系统、接收系统、光学系统和扫描系统组成；供电系统向各系统提供电源，控制系统控制发射系统发出激光，激光通过光学系统处理后，遇目标物体反射回来，再经光学系统处理后，由接收系统接收反射回波信号并进行一系列处理后，反馈回控制系统，由控制系统进行运算处理；所述发射系统由4个激光器发射激光，扫描系统包括电机和水银滑环，其特征是：所述4个激光器设置在电机驱动轴上，并受电机驱动进行旋转扫描，形成四线激光雷达扫描；激光器通过水银滑环与外部电路进行电气连接，水银滑环的活动端与电机驱动轴连接，与激光器一起随驱动轴旋转。

进一步地，所述4个激光器在电机驱动轴上垂直排列成一列，其光轴与水平面形成不同的角度。这样旋转扫描时，扫描覆盖面比一线雷达更广。

本发明基于激光脉冲测距原理，发射系统发射的激光脉冲时间极短，脉冲的能量集中。将激光脉冲测距和扫描系统有机结合在一起，实现了从点到线的转变，从单一的测距到雷达的转变。采用四线激光扫描，可同时在四条线上进行扫描，扫描覆盖面广，防止障碍物预警当中检测的缺失，扫描效果如图2所示。扫描系统通过直流步进电机驱动半导体激光器的旋转来实现扫描功能，采用水银滑环连接高速旋转的激光器和外部电路，水银滑环是以水银为流体介质的一种导电旋转接头，利用水银来进行电信号传递，取代传统的碳刷，电气连接性能更好。发射系统和接收系统对应的光学系统对发射出的激光进行准直和整形，使激光的发散角足够小,使光束形成的光斑直径和激光能量透过率满足使用要求；并促使更多的回波信号进入到接收电路中，且防止其他波长的不相干光照的干扰。