[发明专利]基于FDML的调频连续波三维激光雷达捕获系统及方法

说明书

本发明涉及激光雷达测距技术领域，尤其涉及一种基于FDML的调频连续波三维激光雷达捕获系统及方法。该系统包括：三维转台单元，用于获取待测目标的方向信息；扫描光源单元，用于根据待测目标的方向信息，基于FDML技术向待测目标的方向发射激光，锁定待测目标的位置；光纤干涉单元，用于接收目标反射的激光信号并得到电信号；信号采集与处理单元，用于基于电信号得到待测目标的距离和速度。解决了调频连续波激光测距分辨率和测量精度低、测量结果单一的技术问题。

技术领域

本发明涉及激光雷达测距技术领域，尤其涉及一种基于FDML的调频连续波三维激光雷达捕获系统及方法。

背景技术

激光雷达是一种非接触主动光学测距系统，具有测距精度高、实时性好、分辨率高、指向性明确、抗干扰能力强的特点，能够稳定可靠地对目标物体在空间内的距离、大小以及强度等信息进行测量。在汽车无人驾驶、机器人三维视觉等领域中，激光雷达可以提供高分辨的点云数据和三维场景重建的功能，并不会受到外界因素(如昼夜、温度、环境、天气等)的干扰。

在种类众多的激光雷达中，调频连续波激光雷达具有处理电路简单、功率小、结构紧凑、重量轻及功耗小等特点，能同时测量目标的速度、距离两种参数，其在高精度大尺寸空间测量领域占有重要地位，发展空间和前景十分广阔。

虽然调频连续波激光测距具有诸多优势，但一直以来受激光器调制范围和调制线性度的限制，影响了激光测量的分辨率和精度。另外，现有激光雷达测试结果单一，不能同时实现距离和速度的测量。

发明内容

(一)要解决的技术问题

鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种基于FDML的调频连续波三维激光雷达捕获系统及方法，其解决了调频连续波激光测距分辨率和测量精度低、测量结果单一的技术问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

第一方面，本发明实施例提供一种基于FDML的调频连续波三维激光雷达捕获系统，包括：

三维转台单元，用于获取待测目标的方向信息；

扫描光源单元，用于根据待测目标的方向信息，基于FDML技术向待测目标的方向发射激光，锁定待测目标的位置；

光纤干涉单元，用于接收目标反射的激光信号并得到电信号；

信号采集与处理单元，用于基于电信号得到待测目标的距离和速度。

本发明实施例提出的基于FDML的调频连续波三维激光雷达捕获系统，首先利用三维转台单元获取待测目标的方向信息，再基于FDML技术和相干探测方式，实现了扫描速度高，扫描范围宽、瞬时线宽窄和相位稳定性高的扫频激光输出，能使激光雷达的测距精度更高、响应时间更快、稳定性更好，实现了高精度的距离和速度测量。

可选地，三维转台单元包括水平中空旋转平台和竖直中空旋转平台，其中，水平中空旋转平台的旋转角度为180°，竖直中空旋转平台的旋转角度为360°；

水平中空旋转平台和竖直中空旋转平台均与信号采集与处理单元连接。

可选地，三维转台单元上设置有相机和液体透镜，相机和液体透镜跟随水平中空旋转平台和竖直中空旋转平台作旋转运动；

相机和液体透镜均与信号采集与处理单元连接。

可选地，扫描光源单元选用FDML激光器作为调频连续波激光雷达捕获系统的光源，FDML激光器包括依次连接的驱动电路、滤波器、第一光隔离器、半导体放大器、第二光隔离器、色散补偿光纤和第一光纤耦合器；

驱动电路用于发出扫频激光，扫频激光依次通过滤波器、第一光隔离器、半导体放大器、第二光隔离器、色散补偿光纤和第一光纤耦合器；