[发明专利]多光束扫描装置及多光束扫描方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种多光束扫描装置及一种多光束扫描方法。

背景技术

激光雷达使用发射激光照射目标物，通过目标物返回激光的延迟，相位或者位移来分析距离和速度信息。这是一个历史悠久的技术，近年来，随着3D打印测量，地图测绘，辅助和自动驾驶，无人机等行业的发展，也带动的激光雷达技术和应用的高速发展。

2D和3D的激光雷达可以提供立体空间的信息，目前主要的技术方案都是通过对单点激光测距仪或者多点激光测距仪的光路进行扫描来实现的，如何快速和高可靠的实现扫描成了一个技术瓶颈。

已有的扫描技术包括：

i.机械/微机械扫描，包括：（慢，可靠性差）

1.转台扫描

2.振镜扫描

3.旋转多棱镜扫描

4.MEMS镜扫描

ii.声光扫描（相当与改变衍射光栅周期实现扫描）

iii.液晶相控阵扫描（慢）

iv.波导相控阵扫描（没有成熟的元器件配套，不能大批量应用）。

鉴于现有技术中的扫描装置均具有机械运动部件，扫描广度和扫描速度均有待提高，因此克服以上现有技术中的缺陷，提供一种新的扫描装置成为本领域亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的上述缺陷，提供一种多光束扫描装置及一种多光束扫描方法。

本发明的目的可通过以下的技术措施来实现：

一种多光束扫描装置，该装置包括：

至少一个被配置为发射不同波长的阵列激光脉冲的信号发射单元；

第一光学单元，用于对所述阵列激光脉冲依次进行准直和衍射以形成发射光束；

第二光学单元，用于对发射光束经待测目标散射或反射的光束依次进行衍射和准直，以形成返回光束；

被配置为接收不同波长的返回光束的信号接收单元；以及

距离分析单元，对返回光束进行信号分析以确定待测目标距离。

优选地，所述的信号发射单元依次包括：

被配置为能够发射不同波长激光光束的可调谐激光光源；

用于将激光光束形成激光脉冲的脉冲发生器；

用于将激光脉冲进行放大的光放大器；和

用于将激光脉冲进行分路以形成阵列激光脉冲的光分路器。

优选地，所述第一光学单元依次包括用于对阵列激光脉冲进行准直的发射透镜、和第一衍射光栅。

优选地，所述第二光学单元依次包括第二衍射光栅和用于对光束进行准直的接收透镜。

优选地，所述第一衍射光栅和第二衍射光栅形成整体。

优选地，所述信号接收单元包括用于接收返回光束的光检测器、用于对光检测器接收信号进行信号处理的信号放大调理电路。

优选地，所述可调谐激光光源的数量大于等于两个，所述光检测器的数量大于等于两个，所述光检测器与所述可调谐激光光源一一对应。

优选地，所述距离分析单元包括多个ADC或多个比较计时器或鉴相器。

优选地，该多光束扫描装置还包括一个计算控制单元，用于对可调谐激光光源的波长进行调节，用于对光放大器的放大倍数进行调节，用于触发脉冲发生器，用于根据不同波长所对应的距离获得待测目标距离与波长的关系、再结合波长与角度的关系映射出待测目标距离与角度的关系。

本发明还提供了一种多光束扫描方法，该方法包括如下步骤：

步骤a：生成第一波长的阵列激光脉冲；

步骤b：对阵列激光脉冲依次进行准直后经过衍射光栅以形成发射光束；

步骤c：将所述发射光束导向所述待测目标，并且将从所述待测目标散射或反射的光束经过衍射光栅后再进行准直以形成返回光束；

步骤d：接收所述返回光束并对返回光束进行放大和信号调理后对返回光束进行信号分析以确定待测目标距离；

步骤e：生成第i波长的阵列激光脉冲，重复步骤b至步骤d，其中，i=2,3，……，n；

步骤f：根据不同波长所对应的距离获得待测目标距离与波长的关系、再结合波长与角度的关系映射出待测目标距离与角度的关系以重构待测目标的二维空间结构。

本发明的多光束扫描装置和方法为一种基于衍射的激光雷达扫描方式，使用固定衍射光栅，通过改变激光波长来改变衍射角实现激光雷达的扫描，上述方式可以做到没有机械运动部件，扫描角度广，例如可以达到+/-4度以上，扫描速度快，例如可以超过10kHz，同时可靠性得到了很大的提升。