具体实施方式

下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在下文中，可在本发明的各种实施例中使用的术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本发明的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本发明的实施例1公开了一种调频连续波激光雷达，如图1所示，包括N个激光发射组件100、N个光信号传输模块200、信号处理模块400和激光扫描模块300，所述N是大于1的整数；所述N个激光发射组件100分别发出不同波长的激光；所述光信号传输模块200用于传输激光发射组件100发射的激光和激光扫描模块300的反射激光进行拍频处理，并传输至信号处理模块400；所述激光扫描模块300接收来自光信号传输模块200的激光进行发射，并将反射激光传输至光信号传输模块200；信号处理模块400通过采集光信号传输模块200的拍频信号进行信号处理，激光扫描模块300受信号处理模块400的控制；所述N个激光发射组件100分别与N个光信号传输模块200连接；所述N个光信号传输模块200分别与激光扫描模块300连接；所述N个光信号传输模块200分别与信号处理模块400连接。以此，通过多个调频连续波激光雷达的激光发射站模块，通过发射不同波长的激光束，在整个激光发射组件100发射频率不变的情况下，提高了激光点云的采样率。

需要说明的是，本实施例所提供的激光发射组件的数量N是大于1的整数。在实际操作中，N的取值不做任何限制。

在一个具体的实施例中，如图2所示，所述每个光信号传输模块200包括第一光分路器201、第一光耦合器202、光收发器203和光电探测器204，所述第一光分路器201用于将一路输入光信号分为两路输出光信号，第一光分路器201的输入端与激光发射组件100的输出端连接；所述第一光分路器201的第一输出端输出发射光波，第一光分路器201的第一输出端与光收发器203的一端连接；所述光收发器203的另一端与激光扫描模块300的输入端连接；所述第一光分路器201的第二输出端输出本振光波，第一光分路器201的第二输出端与第一光耦合器202的第一输入端连接；所述第一光耦合器202用于将两路输入光信号合为一路输出光信号，第一光耦合器202的第二输入端与光收发器203的一端连接；所述第一光耦合器202的输出端与光电探测器204的输入端连接；所述光电探测器204的输出端与信号处理模块400的输入端连接。

需要说明的是，本实施例所提供的第一光分路器201只需要具有将一路输入光信号分为两路输出光信号功能即可，其他具有控制输出两路以上的光分路器也可以满足上述要求。在实际操作中，对第一光分路器201的型号、大小、种类不做任何限制。

具体的，第一光分路器201输出的是本振激光，光收发器203输出的是反射激光，两者进行拍频处理，输出拍频信号。

需要说明的是，本实施例所提供的第一光耦合器202只需要具有将两路输入光信号合为一路输出光信号功能即可，其他具有控制输入两路以上的光耦合器也可以满足上述要求。在实际操作中，对第一光耦合器202的型号、大小、种类不做任何限制。

具体的，所述光收发器203中包括准直器，所述准直器将光纤内的传输光转变成准直光。此外为了使得光可以最大效率的耦合进入所需的器件中以及实现受光信号最大效率的接受，所述光收发器203中包括准直器，通过准直器的设置，更好的实现光信号的传输。

具体的，如图3所示，所述每个光信号传输模块200包括：第一光分路器201、光纤环形器205、第一光耦合器202、光收发器203和光电探测器204；第一光分路器201的输入端与激光发射组件100的输出端连接；第一光分路器201的第一输出端与所述光纤环形器205的第一端连接；所述光纤环形器205的第二端连接所述光收发器203的一端；所述光纤环形器205的第三端与所述第一光耦合器202的第二输入端连接；所述光收发器203的另一端与激光扫描模块300的输入端连接；第一光分路器201的第二输出端与第一光耦合器202的第一输入端连接；所述第一光耦合器202的输出端与光电探测器204的输入端连接；所述光电探测器204的输出端与信号处理模块400的输入端连接。通过光纤环形器205的设置，实现输入与输出信号的隔离。

具体的，如图4所示，所述每个光信号传输模块200还包括第二光分路器206、第三光分路器207，所述光信号传输模块200的光纤环形器205的数量是M个，光信号传输模块200的光收发器203的数量是M个，光信号传输模块200的第一光耦合器202的数量是M个，光信号传输模块200光电探测器204的数量是M个，光信号传输模块200的光纤环形器205的数量是M个，所述M是大于1的整数；所述第二光分路器206用于将一路输入光信号分为M路输出光信号，第二光分路器206的输入端与第一光分路器201的第一输出端连接；所述第二光分路器206的M路输出端分别与M个光纤环形器205的第一端连接；所述M个光纤环形器205的第二端分别与M个光收发器203的一端连接；所述M个光收发器203的另一端分别与激光扫描模块300的输入端连接；所述M个光纤环形器205的第三端分别与M个第一光耦合器202的第二输入端连接；所述第三光分路器207用于将一路输入光信号分为M路输出光信号，第三光分路器207的输入端与第一光分路器201的第二输出端连接；所述第三光分路器207的M个输出端分别与M个第一光耦合器202的第一输入端连接；所述M个第一光耦合器202的输出端分别与M个光电探测器204的输入端连接；所述M个光电探测器204的输出端分别与信号处理模块400的输入端连接。

具体的，由于不能无限制通过提高载波频率增加激光云点数量(且提高载波频率的成本很高)，本方案中可以通过多个光分路器，对每一个激光发射组件形成多路分光，在不提高载波频率的情况下，增加激光点云数量。结合上面的多个激光发射组件，可以实现倍数累计的效果。在此基础上，还可以通过在每个激光发射组件对应M个收发器，实现了激光点云采样率的M倍提升,由此进一步提升了激光点云的采样率。

需要说明的是，本实施例所提供的激光发射组件100的数量M是大于1的整数。在实际操作中，M的取值不做任何限制。

需要说明的是，本实施例所提供的第二光分路器206和第三光分路器207只需要具有将一路输入光信号分为M路输出光信号功能即可，其他具有控制输出M路以上的光分路器也可以满足上述要求。在实际操作中，对第二光分路器206和第三光分路器207的型号、大小、种类不做任何限制。

此外，如图5所示，所述每个光信号传输模块200还包括光纤放大器208，所述光纤放大器208的输入端与第一光分路器201的第一输出端连接；所述光纤放大器208的输出端与第二光分路器206的输入端连接。

光纤放大器208用于获取到的光波进行强度放大和抑制噪声。

具体的，本方案中的调频连续波激光雷达可以进行测距以及测速。所述激光发射组件100由驱动器与激光器组成；其中，所述驱动器连接所述激光器，以调制所述激光器的输出频率。

进一步的，所述激光器为产生可调波长的连续波激光束的激光发射模块。

在实际操作中，优先选用1550nm激光器，以产生1550nm窄线宽可调波长的连续波激光束；也可以选用其他波长的激光器，以产生其他波长的激光束；至于驱动器，则用于产生线性三角波形状的电流，用于调制激光器的输出频率。

具体激光器为窄线宽线性调频连续波激光光源，产生的输出光束为频率线性调制的连续相干激光，采用对称三角波线性调制，调制信号的频率随时间成对称三角形变化，在一个周期内，前半部分为正向调频，后半部分为负向调频；输出光束的光场表示为：

其中，t是时间，E0是振幅，T为调频周期，f0为调频初始频率，为调频速率，B为调频带宽，φup(n)为第n个输出光束调频脉冲上升段的初始位相，φdown(n)为第n个输出光束调频脉冲下降段的初始位相，exp是以自然常数e为底的指数函数，

在驱动器的驱动下，激光器输出的信号波形如图6所示。

此外，所述驱动器包括：激光二极管调制器、或激光电场振幅外调制器、或相位调制器。由此，对应的调制方式可以为激光二极管直接调制、或激光电场振幅外调制或通过相位调制器实行光外调制。

当选择激光二极管直接调制时，如果激光二极管的稳态工作点是300mA，300mA的稳恒电流(稳定度RMS＝10μA)在叠加上一个幅度为500μA三角波电流，可以实现三角波调频。在此情况下，激光输出频率与驱动电流的关系如图7所示。

而当选择激光电场振幅外调制时，发射激光和本振激光受到完全一致的强度调制，得到的激光输出光功率-激光二极管驱动电流的关系如图8所示。

而当选择相位调制器进行调制时，可以基于相位调制器实行光外调制，具体的，可以选择铌酸锂电光相位调制器，对单频激光进行相位调制；通过光相位调制实现频率调制，随时间延拓，频率得到三角波线性频率调制。

在光纤放大器208对第一光分路器201输出的发射光波进行强度放大和抑制噪声后，通过第二光分路器将每一波长对应的发射光波均分成N路发射光波，假设1550nm激光器输出的调制信号的频率为500Khz，波长分别为λ1、λ2、λ3，N＝2，则调频连续波激光雷达的激光点云采样率＝500Khz*3*2＝3Mhz。由此，在激光点云采样率一定的情况下，第一光分路器与第二光分路的数量越多，不同波长的1550nm激光器的数量越少，1550nm激光器的发射频率越低。其他波长与之类似，在此不在进行赘述。

具体输入第一耦合器的信号波形如图9所示。

具体的，为了更好的进行光电检测，所述光电探测器204包括P个接收器、P个放大单元和P个采样单元，所述的P是正整数；

所述接收器用于接收反射激光，并将光信号转化为电信号，P个接收器的输出端分别与P个放大单元的输入端连接；

所述放大单元用于放大电信号，P个放大单元的输出端分别与采样单元的输入端连接；

所述采样单元用于对放大单元输出的放大信号进行采样，采样数据传输至信号处理模块400，P个采样单元分别与信号处理模块400的输入端连接。

至于光电探测器204，用于将获取的光学信号转换为电流信号。光电探测器204输出的信号波形为正弦波，如图10所示。

具体的，所述激光扫描模块300包括至少两个激光发射器210，至少两个所述激光发射器210的激光出射方向不同；如图11所示，还包括：

多棱镜220，包括沿第一方向21延伸的第一旋转轴2100以及围绕第一旋转轴2100的多个棱镜面221；

摆镜230，包括沿第二方向22延伸的第二旋转轴2200以及与第二旋转轴2200平行的反射面231。

其中，第二方向22和第一方向21相交；激光发射器210和摆镜230分别设置在多棱镜220的棱镜面221的入光侧和出光侧；

多棱镜220围绕第一旋转轴2100转动，以使棱镜面221将至少两个激光发射器210出射的激光光束反射至反射面231上；摆镜230围绕第二旋转轴2200摆动，以使至少两个激光发射器210出射的激光光束沿不同的方向出射。

具体的，本方案中可以采用两个激光发射器210，因此在两个激光发射器210出射的激光束依次经过多棱镜220和摆镜230的反射后，可以在空间上形成数量对应的至少两个激光扫描区域，此时激光雷达在空间上的探测分辨率会随激光发射器210数量的增加而增加。而同时，由于激光束在空间上的扫描是由多棱镜220的转动和摆镜230的摆动实现，从激光发射器210发射角度调试工作的角度而言，对各激光发射器210的发射角度精度要求较低，与现有的激光发射器需要一致的发射角度的方案相比更容易进行发射角度的调试，调试工作更为简单方便；从整体结构而言，对激光发射器的摆放位置要求较低，与现有的激光发射器需要一定间隔排布的方案相比，可以适当缩小空间间距，减少位置摆放的精度，结构布局相对更简单。

此外，通过设置多棱镜220和摆镜230，其中多棱镜220包括沿第一方向21延伸的第一旋转轴2100以及围绕第一旋转轴2100的多个棱镜面221，摆镜230包括沿第二方向22延伸的第二旋转轴2200以及与第二旋转轴2200平行的反射面231，此时，通过多棱镜220围绕第一旋转轴2100转动，摆镜230围绕第二旋转轴2200摆动，可以使至少两个激光发射器210出射的激光束同时在垂直第一方向21和垂直第二方向22即空间的两个维度上进行扫描，实现了激光雷达分辨率的增加，同时能够适当减少激光雷达对激光发射器210发射角度和摆放位置的精度要求，有利于降低成本，简化调试工作。

进一步的，所述多棱镜220围绕所述第一旋转轴2100转动，以使所述棱镜面221将至少两个所述激光发射器210出射的激光光束反射至所述反射面231上；所述摆镜230围绕所述第二旋转轴2200摆动，以使至少两个所述激光发射器210出射的激光光束沿不同的方向出射。可以有效避免干涉。

在一个具体的实施例中，所述信号处理模块400包括：放大器、低通滤波器、模数转换模块和处理器；

每个所述光信号传输模块200中的所述光电探测器204、所述放大器、所述低通滤波器、所述模数转换模块与所述处理器依次连接。所述处理器还连接所有的所述激光发射组件100以及所述激光扫描器。信号处理模块400对光电模块的各路电信号进行放大、滤波、增益控制、AD采集以及信号处理；同时，用于完成数据通信，以及驱动器的控制、激光扫描器的控制等。

综上，本方案可以实现足够的点云采样率，可以保证足够的精度，以及抗干涉功能。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，也应当注意，在作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，附图中的两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，结构图中的每个方框、以及结构图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块或单元可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或更多个模块集成形成一个独立的部分。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。