[发明专利]一种基于Rotman光透镜的固态激光雷达探测方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于Rotman光透镜的固态激光雷达探测方法，将包含M个扫频梳齿的光频梳信号分为两路，一路作为参考光信号，另一路作为探测光信号依次送入包含N个输入端口的Rotman光透镜；不同输入端口的探测光信号在ϕ平面扫描，同时每个输入端口内探测光信号通过光天线在垂直于ϕ平面的θ平面进行扫描；探测光信号遇到目标后反射回光天线，与参考光信号合为一路复合光信号解波分复用后得到M个包含子梳齿的待检测子光信号群，处理后可获取目标三维空间分布及速度信息；本发明还公开了基于Rotman光透镜的固态激光雷达探测装置，通过频率色散波束扫描技术与基于Rotman光透镜的波束方向控制技术，可无机械扫描实现目标三维空间分布及速度信息的高精度测量。

技术领域

本发明涉及一种固态激光雷达探测方法，尤其涉及一种基于色散及Rotman光透镜技术实现二维波束控制的固态激光雷达探测方法及装置。

背景技术

作为一种高精度传感器，激光雷达广泛应用于自动驾驶、智能机器人、三维传感等领域。目前激光雷达系统多采用机械扫描方式结合脉冲时间到达技术获取探测场景/目标的三维/二维空间分布信息，(参见[T. Raj, F. Hashim, A. Huddin, etc, A Surveyon LiDAR Scanning Mechanisms, electronics, vol. 9, no. 5, pp. 741,2020.])。由于机械部件结构复杂、稳定性及寿命受限，且安装校准过程繁琐，体积庞大。导致基于机械扫描方式的方案其在日常消费级应用场景受限。与此同时，集成光相控阵、光晶体波导、色散介质等固态波束控制技术的方案也在快速发展，采用电控/热控实现激光波束的快速扫描，与机械扫描相比具有更好的稳定性，且系统紧凑 (参见[S. Miller, Y. Phare, M.Shin, etc, Large-scale optical phased array using a low-power multi-passsilicon photonic platform, Optica, vol. 7, no. 1, pp. 3-6, 2020.])。虽然相关技术目前主要还处于实验室研究阶段，但固态波束控制技术因其潜在的优势特性，仍吸引着学术及产业界推动其向实用化方向发展，特别是基于调频连续波外差法及固态波束控制技术的方案。论文 (参见[M. Okano, C. Chong, Swept Source Lidar: simultaneousFMCW ranging and nonmechanical beam steering with a wideband swept source,Optics Express, vol. 28, no. 16, pp. 23898-23915, 2020.]) 提出了一种基于垂直腔体激光器(VCSEL)宽带扫频源的激光雷达方案，通过将宽带连续扫频源分段并利用波长色散机理实现目标距离、角度二维信息的获取，系统结构简单，效率高。但因为基于VCSEL的扫频源存在非线性且相干长度有限，导致该方案需要较复杂的非线性校正电路及非线性校正算法。此外，因宽带扫频源的时间分段探测，导致系统时间利用率不足。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：克服现有技术不足，基于色散机理，实现频率复用光扫频信号光波束的一维扫描，并基于Rotman光透镜通道-波束角度映射机理实现光波束另一个维度的扫描，从而实现目标三维空间信息的获取；整个系统纯固态，无需机械扫描控制波束方向，系统可一体化集成。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种基于Rotman光透镜的固态激光雷达探测方法，该方法具体为：