CN110940990A - 激光雷达***及其探测方法和应用 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光雷达***及其探测方法和应用，其中所述激光雷达***包括至少一激光发射器，一激光接收组件，以及一雷达测算模块。所述激光发射器投射激光光线，形成一扫描视场，以扫描一目标探测物，其中所述接收组件中的三个所述接收器单元被不共线地设置，其中至少三所述接收器单元接收所述目标探测物所反射的激光，其中每个所述接收单元分别地生成相应的探测信号，其中所述雷达测算模块通信地连接于所述激光接收组件，藉由所述雷达测算模块基于所述探测信号计算所述目标探测物的空间位置信息。

Description

激光雷达***及其探测方法和应用
技术领域
本发明涉及一雷达探测***，尤其涉及一种激光雷达***及其探测方法和应用。
背景技术
激光雷达***，激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。激光雷达以激光作介质，发射到目标物上，目标物产生漫反射，反射回来的激光(包含幅值、相位等物理信息)被探测器所接受，从而获取目标物的距离、方位等信息，实现对周围环境的三维探测。激光雷达具有主动探测、抗干扰能力强、探测精度高、全天时工作等优点，广泛应用于自动驾驶领域。现有的激光雷达分为收发共光路和收发非共光路两种类型。
收发共光路激光雷达***是激光雷达投射到目标物的激光与目标物漫反射后反射回来的激光在同一光路。附图1A示出了所述收发共光路激光雷达***的探测光学原理。通常情况下，收发共光路激光雷达***是由激光光源经过发射镜头生成特定波长的激光，经由分光器件和扫描器件(MEMS、旋转棱镜等)将激光光线向外投射。光线投射到被测目标物后，目标物表面产生的激光漫反射光线经过相同的光线路径后-入射到分光器件，并由分光器件将接收到的反射光回传至接收镜头，最后由激光探测器对接收到的激光反射光线进行计算分析。收发共光路激光雷达，一般会受到扫描器件口径限制，接收光路入瞳直径较小，只能够接收到较小口径的反射光信号，因此探测距离短。此外，这种收发共光路激光雷达***测量的探测精度受到扫描器件角度分辨能力制约，角度分辨率较低，并不能满足正常使用需求。
如图1B所示，收发非共光路激光雷达的投射光线与目标物的反射光线不在同一光路，接收端通光孔不受到扫描器件口径限制，因此可以使用通光口径较大的接收镜头，在一定程度上能够弥补收发共光路激光雷达***探测距离较短的问题。但是由于受到目前用于激光雷达的近红外探测器尺寸限制，收发非共光路激光雷达的视场角较小。同时由于激光雷达主要需要实现对探测区域的二维扫描和3D重建，因此在扫描过程中需要完成各个时刻的扫描角度检测。非共光路激光雷达的扫描角度检测主要通过以下两种方法：第一种是通过检测扫描器件输入信号或通过光声反馈等方式检测扫描器件的扫描角度，这方法需要在扫描器件上增加角度反馈装置，增大了扫描器件设计难度和生产成本，同时角度分辨率受到扫描器件扫描角度测量精度制约；另一种是使用大口径面阵激光探测器，通过检测像点在探测器上的位置，检测目标反射光束入射角度，这种方法需要使用高分辨率的面阵激光探测器。由于激光雷达多工作于红外波段，受制于现阶段探测器工业限制，此波段下面阵探测器像素较低(常见阵列：4*4，2*8等)，角度分辨率有限。综合上述分析，现有技术的收发非共光路激光雷达在扫描视场、角度测试精度上受到探测器等器件限制，不能满足现阶段使用要求。
发明内容
本发明的一个主要优势在于提供一激光雷达***及其探测方法和应用，其中所述激光雷达***是基于多个接收器单元检测的激光雷达***，提高了激光雷达的检测精度。
本发明的另一个优势在于提供一激光雷达***及其探测方法和应用，其中所述激光雷达***的每个接收器单元能独立测出目标到接收器距离，根据每个接收器测到的目标距离值，反演计算得到出目标位置信息。
本发明的另一个优势在于提供一激光雷达***及其探测方法和应用，其中所述激光雷达***的激光光线的接收端入瞳直径不受扫描器件的口径限制，提高了探测距离。
本发明的另一个优势在于提供一激光雷达***及其探测方法和应用，其中所述激光雷达***使用单元探测器，其中所述单元探测器的探测面积大，增大了探测的视场角。
本发明的另一个优势在于提供一激光雷达***及其探测方法和应用，其中所述结构雷达***角度分辨率不受到扫描器件扫描角度测量精度、面阵探测器(面阵APD等)象元数限制，提高了角度分辨率。
本发明的另一个优势在于提供一激光雷达***及其探测方法和应用，其中所述激光雷达***的使用三个以上的单元接收器完成激光雷达的接收工作时，激光雷达***可以对目标检测物多次检测，并基于检测结果而除去冗余信息，减少检测误差，提高测量精度。
本发明的另一个优势在于提供一激光雷达***及其探测方法和应用，其中所述激光雷达***的使用三个以上的单元接收器完成激光雷达的接收工作时，所述激光雷达***可以对每个探测视场进行拼接，从而获取更大探测视场。
本发明的另一个优势在于提供一激光雷达***及其探测方法和应用，其中所述激光雷达***使用单元探测器，价格便宜，安装简单，不需要使用其他昂贵、复杂的机械设备，减少了制造组装成本。因而本发明提供了一种经济有效的解决方案。
本发明的其它优势和特点通过下述的详细说明得以充分体现并可通过所附权利要求中特地指出的手段和装置的组合得以实现。
依本发明的一个方面，能够实现前述目的和其他目的和优势的本发明的一激光雷达***，包括：
至少一激光发射器，其中所述激光发射器投射激光光线，形成一扫描视场，以扫描一目标探测物；
一激光接收组件，其中所述激光接收组件包括至少三接收器单元，其中所述接收组件中的三个所述接收器单元之间被不共线地设置，其中至少三所述接收器单元接收所述目标探测物所反射的激光，其中每个所述接收单元分别地生成相应的探测信号；以及至少一雷达测算模块，其中所述雷达测算模块通信地连接于所述激光接收组件，藉由所述雷达测算模块基于所述探测信号获取所述目标探测物的空间位置信息。
根据本发明的一些实施例，所述激光发射器向外投射激光形成至少一出射光路，其中所述激光接收组件的所述接收器单元接收所述目标探测物的反射激光形成至少三接收光路，其中所述出射光路与每一所述接收光路之间存在夹角。
根据本发明的一些实施例，所述激光接收组件的每一所述接收器单元接收所述目标探测物的反射激光和生成相应的探测信号，藉由所述雷达测算模块基于所述接收器单元生成的所述探测信号测算出所述目标探测物与所述接收器单元之间的所述接收光路的长度，并且由所述雷达测算模块基于三个所述接收器单元与所述目标探测物之间的所述接收光路的长度得出所述目标探测物的空间位置信息。
根据本发明的一些实施例，所述激光接收组件进一步包括至少一激光探测单元组，其中所述激光探测单元组包括三个所述接收器单元，其中每一所述接收器单元与目标探测物之间形成的一个所述接收光路，任意两个所述接收光路之间存在夹角，其中所述激光探测单元组进一步具有至少一单元探测视场，其中所述激光探测单元组接收所述单元探测视场内的所述目标探测物的反射光线，并由所述雷达测算模块得出所述目标探测物的空间位置信息。
根据本发明的一些实施例，当所述激光接收组件包括三个以上的所述接收器单元时，由任意三个所述接收器单元组成一个所述激光探测单元组，其中所述激光探测单元组形成的所述单元探测视场之间相互拼接，形成一拼接的探测视场。
根据本发明的一些实施例，所述接收器单元进一步包括一接收镜头和一激光探测器，其中所述接收镜头将所述目标探测物的反射激光汇集至所述激光探测器，藉由所述激光探测器基于所述反射激光生成相应的探测信号。
根据本发明的一些实施例，所述接收镜头为小光圈镜头，其中所述接收镜头的光圈值小于或等于1.5。
根据本发明的一些实施例，所述激光探测器为单元探测器，所述单元探测器接收所述接收镜头汇集的反射激光而产生相应的探测信号，其中所述雷达测算模块基于所述单元探测器产生的探测信号测算出所述接收器单元与所述目标探测物之间的距离。
根据本发明的一些实施例，所述激光发射器进一步包括：
一激光光源，其中所述激光光源产生激光光束；
一发射镜头，其中所述发射镜头接收所述激光光源投射的激光光束，并将所述激光光束整理为扫描光束；以及
一扫描器件，其中所述扫描器件接收由所述发射镜头整理后的激光光束，由所述扫描器件将所述激光光束反射，以形成所述出射光路。
根据本发明的一些实施例，所述扫描器件相对出射激光可转动地设置，由所述扫描器件将所述发射镜头投射的激光光束偏折反射形成不同角度的出射光路，进而由所述扫描器件的出射激光形成所述扫描视场。
根据本发明的一些实施例，所述探测计算模块基于所述接收器单元接收所述反射激光的时间信息得到所述目标探测物与所述接收器单元之间的距离。
根据本发明的一些实施例，所述雷达测算模块进一步包括一探测计算模块，其中所述探测计算模块接收所述接收器单元生成的所述探测信号，并根据所述探测信号测算所述目标探测物与所述接收器单元之间的距离，和基于三个所述接收器单元与所述目标探测物之间距离长度计算出所述目标探测物的空间位置信息。
根据本发明的一些实施例，所述雷达测算模块进一步包括一结果处理模块，其中所述结果处理模块整理所述探测计算模块计算结果，和减少所述探测结果中的冗余数据信息。
根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一车辆，包括：
一车辆主体；和
如上所述的至少一所述的激光雷达***，其中所述激光雷达***被设置于所述车辆主体，由所述车辆主体搭载所述激光雷达***，由所述激光雷达***获取所述车辆主体附近的目标探测物的空间位置信息。
根据本发明的一些实施例，所述激光雷达***被通信地连接有所述车辆主体，由所述激光雷达***将所述车辆主体附近的所述目标探测物的探测信息传输至所述车辆主体，其中所述激光雷达***被设置于所述车辆主体的前部，以探测扫描所述车辆主体前方的所述目标探测物。
根据本发明的一些实施例，所述车辆进一步包括一雷达安装装置，其中所述激光雷达***的激光发射器和所述激光接收组件被集成于所述雷达安装装置，其中藉由所述雷达安装装置将所述激光雷达***安装于所述车辆主体。
根据本发明的另一方面，本发明进一步提供一激光雷达***的探测方法，所述探测方法包括如下步骤：
(a)由至少三个接收器单元接收反射激光，生成相应的探测信号；和
(b)基于每个所述接收器单元生成的探测信号，得到激光反射的空间位置信息。
根据本发明的一些实施例，在上述方法步骤(a)之前进一步包括方法步骤(a.0)发射至少一探测激光，和扫描一扫描视场内的至少一目标探测物1000。
根据本发明的一些实施例，在上述方法步骤(a.0)中由至少一激光发射器扫描形成至少一扫描视场，并由所述激光发射器向所述扫描视场中投射扫描激光光线。
根据本发明的一些实施例，所述方法步骤(a)进一步包括以下步骤：
(a.1)汇集所述目标探测物的反射激光至每一接收器单元的一激光探测器；和
(a.2)由所述激光探测器基于所述反射激光生成相应的探测信号。
根据本发明的一些实施例，所述方法步骤(b)进一步包括以下步骤：
(b.1)测算每一接收器单元与所述目标探测物之间的距离；和
(b.2)根据任意三个接收器单元与所述目标反应物的探测距离信息，计算分析所述目标探测物的空间位置数据。
通过对随后的描述和附图的理解，本发明进一步的目的和优势将得以充分体现。
本发明的这些和其它目的、特点和优势，通过下述的详细说明，附图和权利要求得以充分体现。
附图说明
图1A是现有技术的一种激光雷达的光学原理图，示出了收发共光路的探测原理。
图1B是现有技术的另一种激光雷达的光学原理图，示出了收发非共光路的探测原理。
图2A是根据本发明的第一较佳实施例的一激光雷达***的整体结构框图。
图2B是根据本发明的上述较佳实施例的一激光雷达***的光路示意图。
图2C是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达***的整体光路示意图。
图3是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达***的一激光发射器的光学原理图。
图4是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达***的一激光接收单元的光学原理图。
图5是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达***的激光接收器探测原理与计算示意图。
图6是根据本发明的上述较佳实施例的所述激光雷达***的探测视场拼接原理示意图。
图7是根据本发明的上述较佳实施例的应用所述激光雷达***的一车辆的整体示意图。
图8是根据本发明的上述较佳实施例的应用所述激光雷达***的一车辆的另一可选实施方式的整体示意图。
具体实施方式
以下描述用于揭露本发明以使本领域技术人员能够实现本发明。以下描述中的优选实施例只作为举例，本领域技术人员可以想到其他显而易见的变型。在以下描述中界定的本发明的基本原理可以应用于其他实施方案、变形方案、改进方案、等同方案以及没有背离本发明的精神和范围的其他技术方案。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
参考本发明说明书附图之图2A至图6所示，依照本发明第一较佳实施例的一激光雷达***在接下来的描述中被阐述。所述激光雷达***包括一激光发射器10，一激光接收组件20，以及一雷达测算模块30，其中所述激光发射器10向外发射探测激光，所述探测激光照射到目标探测物1000后形成反射，其中所述激光接收组件20接收所述目标探测物1000的反射光线，藉由所述雷达测算模块30基于所述激光接收组件接收到的光线分析计算目标探测物1000的空间位置或相对位置。
值得一提的是，依照本发明的第一较佳实施例，其中所述激光雷达***的所述激光发射器向外发射的探测激光的光线与所述激光接收组件接收的激光反射光线不在同一光路，即所述激光雷达***为收发非共光路。所述激光接收组件20入瞳大小不受所述激光发射器10口径大小的制约，所述激光接收组件20可以接收更广范围的反射光线，因而能够获取更远的探测范围。
所述激光雷达***的所述激光发射器10形成至少一出射光路101，其中所述激光发射器10生成的激光光束通过所述出射光路101向外投射，当所述出射光路101的激光光束投射到目标探测物1000时，所述激光光速在所述目标探测物1000的表面形成光线的漫反射。所述目标探测物1000与所述激光雷达***的所述激光接收组件20之间形成至少三接收光路201，其中所述目标探测物1000表反射的激光光线通过所述接收光路201们传输至所述激光接收组件20，藉由所述激光接收组件20接收所述目标探测物1000反射的激光光线。所述雷达测算模块30通信地连接于所述激光接收组件20，由所述雷达测算模块30基于所述激光接收组件20与目标探测物1000之间形成所述接收光路201们的长度信息计算分析所述目标探测物1000的位置信息。
如图2A所述，所述激光发射器10包括一激光光源11，一发射镜头12以及一扫描器件13，其中所述激光光源11产生激光光束，并将产生的激光光束投射至所述发射镜头12，由所述发射镜头12对所述激光光源11产生的激光光束进行整形，以适于被所述扫描器件13扫描。所述发射镜头12对所述激光光源11发射的激光光束整形成为平行光束，以适于所述扫描器件13的二维点扫描。可选地，所述发射镜头12对所述激光光源11发射的激光光束整形为线性光束，以适于所述扫描器件13的一维线扫描。换句话说，所述发射镜头12将所述激光光源11投射的激光光束整形成为适于所述扫描器件13扫描的光束，藉由所述发射镜头12将整形后的光束投射至所述扫描器件13。所述扫描器件13偏折所述发射镜头12投射的光束，并且由所述扫描器件13经反射形成所述出射光路101。可以理解的是，所述激光发射器10产生的激光探测光束经过所述出射光路101被向外投射，当投射到所述目标探测物1000时，由所述目标探测物1000与所述激光接收组件20形成所述接收光路201们。
优选地，所述激光发射器10的所述激光光源11为LD半导体激光器(Laser Diode，激光二极管)。本领域技术人员可以理解的是，所述激光光源11的类型在此仅仅作为示例，而非限制，其他类型的激光光源也可以应用于此。更优选地，所述激光光源11发射近红外扫描激光。可选地，所述激光光源11发射光线还可以是其他波长类型的激光光束，因此，所述激光光源11发射光线的类型在此仅仅是示例性的，而非限制。
所述激光发射器10的所述扫描器件13将所述发射镜头12投射的激光光束反射，形成所述出射光路101，其中所述扫描器件13相对于所述发射镜头12投射的激光光束偏转，形成不同反射角度的所述出射光路101。所述扫描器件13的偏转反射形成不同出射角度的所述出射光路101，进而由所述激光发射器10形成一扫描视场100。可以理解的是，所述激光发射器10发射的激光扫描光束覆盖所述扫描视场100内的目标探测物1000。被所述激光发射器10投射至所述扫描视场100的探测激光光束在所述目标探测物1000的表面发生反射，反射后的部分激光光线形成了所述接收光路201。
优选地，所述激光发射器10的所述扫描器件13为MEMS(微机电***，Micro-Electro-Mechanical System)扫描镜。值得一提的是，依照本发明的第一较佳实施例，其中所述扫描器件13还可以被实施为其他扫描装置，比如旋转棱镜。因此，所述扫描器件13的类型在此为示例性的，不作为限制。
如图2A至图4所示，所述激光发射器10投射至所述扫描视场100内的探测激光光线，在遇到所述目标探测物1000时发生反射，其中部分反射光线被投射至所述激光接收组件20，形成所述接收光路201。所述激光接收组件20包括至少三接收器单元21，其中每一所述接收器单元21收集和接收所述目标探测物1000反射所述激光发射器10投射的激光信号。所述激光接收组件20的所述接收器单元21们接收到的激光信号被传输至所述雷达测算模块30，由所述雷达测算模块30基于所述激光接收组件20接收到的激光信号计算所述目标探测物1000的距离和位置信息。
值得一提的是，所述激光接收组件20中至少有三个所述接收器单元21不在同一直线，以便由所述雷达测算模块30基于所述激光接收组件20接收的反射激光信息计算得出所述目标探测物1000的空间位置信息。本领域技术人员可以理解的是，三个所述接收器单元21不在同一直线是指任意两个所述接收器单元21之间的连线所在直线与其它另一个所述接收器单元21不相交。如图2A至图2C所示，所述激光接收组件20的每一所述接收器单元21进一步包括至少一接收镜头211和一激光探测器212，其中所述接收镜头211汇集所述目标探测物1000的反射激光和将汇集到的所述反射激光投射到所述激光探测器212，由所述激光探测器212基于所述接收镜头211汇集的所述反射激光生成相应的反射信号。优选地，所述接收镜头211为大光圈镜头，以便汇集更大范围内的目标探测物1000的反射激光，进而使得所述激光接受组件20的探测范围更大，视场角更大。可以理解的是，所述接收镜头211的镜头光圈越大，光圈值F越小。更优先地，所述接收镜头211的F数值不大于1.5。
如图4所示，所述激光接收组件20的每一所述接收器单元21具有一接收视场210，其中所述接收光路201被形成于所述接收视场210中。处于所述接收视场210内的所述目标探测物1000的反射光线能够被所述接收器单元21的所述接收镜头汇集，并传输至所述激光探测器212。可以理解的是，所述接收镜头211的镜头光圈越大所述接收器单元21的所述接收视场210越大，相应地所述接收器单元21的探测范围越大。
所述激光接收组件20的任一所述接收器单元21汇集接收所述目标探测物1000发射的激光光线，和生成相应的探测信号，其中探测信号被传输至所述雷达测算模块30，藉由所述雷达测算模块30基于所述探测信号计算所述目标探测物1000的距离。
优选地，所述接收器单元21的所述激光探测器212为单元探测器，其中所述单元探测器212只有一个像素，因而所述激光探测器212能够判断所述接收器单元21的所述接收视场210中是否存在所述目标探测物1000，但是不能分辨所述目标探测物1000的空间位置。可以理解的是，所述雷达测算模块30基于任一所述接收器单元21的所述激光探测器212生成的所述探测信号计算出所述目标探测物1000的相对距离大小。可以理解的是，所述激光雷达***的探测精度不依赖于所述接收器单元21的激光探测器212的探测精度。
如图5所示，所述雷达测算模块30基于所述激光接收组件20的不在同一直线的任意三个所述接收器单元21们生成的所述探测信号探测所述目标探测物1000的空间位置信息。所述目标探测物1000反射的激光光线被所述激光接收组件20的所述接收器单元21S1，21S2，21S3，21S4…，21Sn，其中所述接收器单元21S1的坐标设定为(a1，b1，c1)，所述接收器单元21S2的坐标设定为(a2，b2，c2)，所述接收器单元21S3的坐标设定为(a3，b3，c3)，所述接收器单元21Sn的坐标设定为(an，bn，cn)，其中所述目标探测物1000的坐标为(x，y，z)。
所述接收器单元21S1与所述目标探测物1000之间的距离为R1，所述接收器单元21S2与所述目标探测物1000之间的距离为R2，所述接收器单元21S3与所述目标探测物1000之间的距离为R3，所述接收器单元21Sn与所述目标探测物1000之间的距离为Rn。相应地，R1、R2、…、Rn和接收器以及目标坐标关系如下式所示：
Figure BDA0001808246470000111
因此，可以通过上式，计算出所述目标探测物1000的坐标(x，y，z)。所述激光雷达***探测所述目标探测物1000的空间位置信息，是通过检测所述接收器单元21与所述目标探测物1000之间的距离长度计算所述目标探测物1000的空间位置信息。因此，所述激光雷达***的探测角度分辨率不受到扫描器件扫描角度测量精度，可以获得更高的角度分辨率。
值得一提的是，所述雷达测算模块30接收到所述激光接收组件20的所述接收器单元21们生成的探测信号，并由所述雷达测算模块30选择使用三个或三个以上的所述接收器单元21的探测信号计算所述目标探测物1000的空间位置信息，当所述激光接收组件20的所述接收器单元21的数量超过三个时，其中每一所述接收器单元21接收所述目标探测物1000的反射激光，并且任意三个所述接收器单元21不在同一直线时，所述雷达测算模块30可基于所述激光接收组件20生成的所述探测信号计算多组所述目标探测物1000的坐标，以减小测量误差和去除冗余数据。
如图6所示，所述激光接收组件20进一步包括至少一激光探测单元组200，其中所述激光探测单元组200具有一单元探测视场230，其中所述激光探测单元组200能够探测所述单元探测视场230内的所述目标探测物1000的空间位置信息。所述激光探测单元组200包括任意三个不在同一直线的所述接收器单元21，并且所述激光探测单元组200的所述接收器单元21们的所述接收视场210的重叠部分形成所述单元探测视场230。可以理解的是，处于所述单元探测视场230内的所述目标探测物1000发射的激光光线能够被所述激光探测单元组200的任一所述接收器单元21接收，并产生相应的探测信号。值得一提的是，所述激光探测单元组200的任意两个所述接收器单元21与所述目标探测物1000不在同一直线。换句话说，在同一所述激光探测单元组200中，任意两个所述接收光路201之间存在夹角，或者说，任意两个所述接收光路201不同线。
相应地，当所述激光接收组件20的所述接收器单元21的数量超过三个，并且任意三个所述接收器单元21不在同一直线时，组成所述激光接收组件20的所述激光探测单元组200超过三个。因此，所述激光探测单元组200们的所述单元探测视场230之间相互重叠，进而拼接成更大的一探测视场。例如，当所述激光接收组件20的所述接收器单元21的数量为四时，并且任意三个所述接收器单元21不在同一直线，所述激光接收组件20的所述激光探测单元组200的数量为三。所述激光接收组件20的所述激光探测单元组200的所述单元探测视场230组成所述探测视场。
值得一提的是，当所述激光接收组件20包括三个所述接收器单元21时，所述激光探测单元组200的所述单元探测视场即为所述激光接收组件20的探测视场。
如图2A和图2B所示，所述雷达测算模块30被通信地连接于所述激光接收组件20，其中所述激光接收组件20的每一所述接收器单元21将产生的所述探测信号传输至所述雷达测算模块30，藉由所述雷达测算模块30基于每一所述激光探测单元组200的所述接收器单元21的所述探测信号计算所述目标探测物1000的空间位置信息。所述雷达测算模块30包括一探测计算模块31和一结果处理模块32。所述探测计算模块31基于至少一个所述激光探测单元组200的三个所述接收器单元21生成的探测信号计算所述目标探测物1000的空间距离信息。所述结果处理模块32通信地连接于所述探测计算模块31，其中所述结果处理模块32对所述探测计算模块31探测的所述目标探测物1000的结果数据进行整合处理，以获取更精准的数据。
优选地，所述雷达测算模块30是通过测量所述激光发射器10发射激光至所述激光接收组件20接收到所述目标探测物1000的反射激光的时间间隔，计算所述目标探测物1000与所述激光接收组件20的任一所述接收器单元21的距离，进而计算所述目标探测物1000的空间位置信息。值得一提的是，在本发明中，所述雷达测算模块30还可以通过其他测量方法，测量所述目标探测物1000与所述激光接收组件20的任一所述接收器单元21的距离。因此，所述雷达测算模块30的实施方式在此仅仅作为示例性的，不作为限制。
参照本发明说明书附图之图7和图8所示，应用本发明上述较佳实施例的所述激光雷达***的一车辆接下来的描述中被阐述。所述车辆包括一车辆主体400和设置于所述车辆主体400的上述至少一激光雷达***500。所述激光雷达***500被用于探测所述车辆主体400周围的目标探测物1000，比如探测所述车辆主体400前方或后方的障碍物，其中所述激光雷达***500探测到的所述目标探测物1000的探测信息被传输至所述车辆主体400，以供所述车辆驾驶人员获取所述激光雷达***500的探测信息。
可以理解的是，所述激光雷达***500进一步包括一激光发射器10，至少一激光接收组件20以及一雷达测算模块30，其中所述激光发射器10向外发射探测激光，所述探测激光照射到目标探测物1000后形成反射，其中所述激光接收组件20接收所述目标探测物1000的反射光线，藉由所述雷达测算模块30基于所述激光接收组件接收到的光线分析计算目标探测物1000的空间位置或相对位置。
本发明附图7示出了本发明所述车辆的第一种较佳实施方式，在该较佳实施方式中，所述激光雷达***500的所述激光接收组件20包括三个所述接收器单元21，并且三个所述接收器单元21不在同一直线。所述激光雷达***500的所述激光发射器10被设置于所述车辆主体400，在所述车辆主体400的支撑作用下所述激光发射器10形成所述扫描视场100，所述扫描视场100内的目标探测物1000被所述激光发射器10发出的探测激光光线照射。所述激光发射器10发出的探测激光光线照射至所述目标探测物1000后形成发射，反射光线被所述激光接收组件20接收后生成相应的探测信号。相应地，所述激光接收组件20的三个所述接收器单元21被分别设置于所述车辆主体400，由所述车辆主体400支撑所述接收器单元21。
相应地，所述激光接收组件20通信地连接于所述雷达测算模块30，所述激光接收组件20的三个所述接收器单元21生成的所述探测信号被传输至所述雷达测算模块30，由所述雷达测算模块30基于所述探测信号测算所述目标探测物1000的空间位置信息。
优选地，在本发明的第一较佳实施方式中，所述激光接收组件20的三个所述接收器单元21被分别安装于所述车辆主体100的不同位置处。也就是说，所述激光雷达***500的所述激光发射器10与所述激光接收组件20为分体式结构。更优选地，所述激光发射器10被设置于所述车辆的所述车辆主体400的上部，以便形成更大的扫描视场100；其中所述激光接收组件20的所述接收器单元21被设置于所述车辆主体400的前部，以便由所述接收器单元21汇集所述目标探测物1000的反射光线。值得一提的是，在本发明中，所述激光雷达***500被安装的位置仅仅是示例性的，而非限制。因此，所述激光雷达***500还可以被安装于所述车辆主体400的其他位置处，以测量车辆附近其他空间的所述目标探测物1000，比如将所述激光雷达***500安装于所述车辆主体400的后部，以测量所述车辆主体400后方的所述目标探测物1000，进而为车辆驾驶人员提供车辆后方的提示。
本发明附图8示出了本发明所述车辆的另一种较佳实施方式，在该较佳实施方式中，所述激光雷达***500的所述激光接收组件20包括三个以上的所述接收器单元21，并且至少三个所述接收器单元21不在同一直线。优选地，所述激光接收组件20的任意三个所述接收器单元21不在同一直线。更优选地，所述激光雷达***500的所述激光发射器10与所述激光接收组件20为一体式结构。
相应地，所述车辆进一步包括一雷达安装装置600，其中所述激光接收组件20的所述接收器单元21与所述激光发射器10集成于所述雷达安装装置600，由所述雷达安装装置600将所述激光雷达***500的所述激光发射器10与所述激光接收组件20安装于所述车辆主体400。优选地，所述激光雷达***500的所述激光发射器10与所述激光接收组件20被设置于所述车辆主体400的前部或后部，在不影响车辆正常行驶的情况下在所述车辆前方的形成所述激光雷达***500的探测视场。可以理解的是，所述激光雷达的所说激光发射器10和所述激光接收组件20的所述接收器单元21被集成于所述雷达安装装置600中，使得安装空间小，简化安装，和便于所述激光接收组件20的定位。
例如，当所述激光接收组件20的所述接收器单元21的数量为四时，由所述接收器单元21组成三个所述激光探测单元组200，并且每一所述激光探测单元组200都能被用于探测所述目标探测物1000的空间位置信息。所述雷达测算模块30的所述探测计算模块31基于任一所述激光探测单元组200生成的所述探测信号计算出所述目标探测物1000的空间位置信息，并且由所述结果处理模块32处理所述探测计算模块31的计算结果，以得到更加准确的位置定位信息。
依照本发明的另一方面，本发明进一步提供一激光雷达***的探测方法，其中该探测方法包括以下方法步骤：
(a)由不在同一直线的至少三个接收器单元21接收所述目标探测物1000的反射激光，和生成相应的探测信号；和
(b)基于所述接收器单元21生成的探测信号，由所述雷达测算模块30计算所述目标探测物1000的空间位置信息。
在上述激光雷达***的探测方法中，其中所述方法步骤(a)之前进一步包括如下步骤(a.0)：发射至少一探测激光，和扫描一扫描视场内的至少一目标探测物1000。
在上述激光雷达***的探测方法中，其中所述方法步骤(a.0)，由至少一激光发射器10扫描形成至少一扫描视场，并由所述激光发射器10向所述扫描视场中投射扫描激光光线。
在上述激光雷达***的探测方法中，其中所述方法步骤(a)进一步包括以下步骤：
汇集所述目标探测物1000的反射激光至每一接收器单元21的一激光探测器212；和
由所述激光探测器212基于所述反射激光生成相应的探测信号。
在上述激光雷达***的探测方法中，其中所述方法步骤(b)进一步包括以下步骤：
测算每一接收器单元21与所述目标探测物1000之间的距离；和
根据不在同一直线的任意三个接收器单元21与所述目标反应物的探测距离信息，计算分析所述目标探测物1000的空间位置数据。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整并有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。

Claims (21)

1.一激光雷达***，其特征在于，包括：
至少一激光发射器，其中所述激光发射器投射激光光线，以扫描一目标探测物；
一激光接收组件，其中所述激光接收组件包括至少三接收器单元，其中所述接收组件中的三个所述接收器单元被不共线地设置，其中至少三所述接收器单元接收所述目标探测物所反射的激光，其中每个所述接收单元分别地生成相应的探测信号；以及
一雷达测算模块，其中所述雷达测算模块通信地连接于所述激光接收组件，藉由所述雷达测算模块基于所述探测信号获取所述目标探测物的空间位置信息。
2.根据权利要求1所述的激光雷达***，其中所述激光发射器向外投射激光形成至少一出射光路，其中所述激光接收组件的所述接收器单元接收所述目标探测物的反射激光形成至少三接收光路，其中所述出射光路与每一所述接收光路之间存在夹角。
3.根据权利要求2所述的激光雷达***，其中所述激光接收组件的每一所述接收器单元接收所述目标探测物的反射激光和生成相应的探测信号，藉由所述雷达测算模块基于所述接收器单元生成的所述探测信号测算出所述目标探测物与所述接收器单元之间的所述接收光路的长度，并且由所述雷达测算模块基于三个所述接收器单元与所述目标探测物之间的所述接收光路的长度得出所述目标探测物的空间位置信息。
4.根据权利要求2或3所述的激光雷达***，其中所述激光接收组件进一步包括至少一激光探测单元组，其中所述激光探测单元组包括三个所述接收器单元，其中每一所述接收器单元与目标探测物之间形成的一个所述接收光路，任意两个所述接收光路之间存在夹角，其中所述激光探测单元组进一步具有至少一单元探测视场，其中所述激光探测单元组接收所述单元探测视场内的所述目标探测物的反射光线，并由所述雷达测算模块得出所述目标探测物的空间位置信息。
5.根据权利要求4所述的激光雷达***，其中当所述激光接收组件包括两个以上的所述激光探测单元组时，所述激光探测单元组形成的所述单元探测视场之间相互拼接，形成一拼接的探测视场。
6.根据权利要求4所述的激光雷达***，其中所述接收器单元进一步包括一接收镜头和一激光探测器，其中所述接收镜头将所述目标探测物的反射激光汇集至所述激光探测器，藉由所述激光探测器基于所述反射激光生成相应的探测信号。
7.根据权利要求6所述的激光雷达***，其中所述接收镜头为小光圈镜头，其中所述接收镜头的光圈值小于或等于1.5。
8.根据权利要求6所述的激光雷达***，其中所述激光探测器为单元探测器，所述单元探测器接收所述接收镜头汇集的反射激光而产生相应的探测信号，其中所述雷达测算模块基于所述单元探测器产生的探测信号测算出所述接收器单元与所述目标探测物之间的距离。
9.根据权利要求2所述的激光雷达***，其中所述激光发射器进一步包括：
一激光光源，其中所述激光光源产生激光光束；
一发射镜头，其中所述发射镜头接收所述激光光源投射的激光光束，并将所述激光光束整理为扫描光束；以及
一扫描器件，其中所述扫描器件接收由所述发射镜头整理后的激光光束，由所述扫描器件将所述激光光束反射，以形成所述出射光路。
10.根据权利要求9所述的激光雷达***，其中所述扫描器件相对出射激光可转动地设置，由所述扫描器件将所述发射镜头投射的激光光束偏折反射形成不同角度的出射光路，进而由所述扫描器件的出射激光形成一扫描视场。
11.根据权利要求10所述的激光雷达***，其中所述探测计算模块基于所述接收器单元接收所述反射激光的时间信息得到所述目标探测物与所述接收器单元之间的距离。
12.根据权利要求9所述的激光雷达***，其中所述雷达测算模块进一步包括一探测计算模块，其中所述探测计算模块接收所述接收器单元生成的所述探测信号，并根据所述探测信号测算所述目标探测物与所述接收器单元之间的距离，和基于三个所述接收器单元与所述目标探测物之间距离长度得出所述目标探测物的空间位置信息。
13.根据权利要求10所述的激光雷达***，其中所述雷达测算模块进一步包括一结果处理模块，其中所述结果处理模块整理所述探测计算模块得出的结果，和减少所述探测结果中的冗余数据信息。
14.一车辆，其特征在于，包括：
一车辆主体；和
如权利要求1至13至少一所述的激光雷达***，其中所述激光雷达***被设置于所述车辆主体，由所述车辆主体搭载所述激光雷达***，由所述激光雷达***获取所述车辆主体附近的目标探测物的空间位置信息。
15.根据权利要求14所述的车辆，其中所述激光雷达***被通信地连接有所述车辆主体，由所述激光雷达***将所述车辆主体附近的所述目标探测物的探测信息传输至所述车辆主体，其中所述激光雷达***被设置于所述车辆主体的前部，以探测扫描所述车辆主体前方的所述目标探测物。
16.根据权利要求14所述的车辆，其中所述车辆进一步包括一雷达安装装置，其中所述激光雷达***的激光发射器和所述激光接收组件被集成于所述雷达安装装置，其中藉由所述雷达安装装置将所述激光雷达***安装于所述车辆主体。
17.一激光雷达***的探测方法，其特征在于，所述探测方法包括如下步骤：
(a)由至少三个接收器单元接收所述目标探测物的反射激光，和生成相应的探测信号；和
(b)基于所述接收器单元生成的探测信号，计算所述目标探测物的空间位置信息。
18.根据权利要求17所述的探测方法，其中在上述方法步骤(a)之前进一步包括步骤：
(a.0)发射至少一探测激光，和扫描一扫描视场内的至少一目标探测物。
19.根据权利要求18所述的探测方法，其中在上述方法步骤(a.0)中，由至少一激光发射器扫描形成至少一个所述扫描视场，并由所述激光发射器向所述扫描视场中投射扫描激光光线。
20.根据权利要求17所述的探测方法，其中所述方法步骤(a)进一步包括以下步骤：
(a.1)汇集所述目标探测物的反射激光至每一接收器单元的一激光探测器；和
(a.2)由所述激光探测器基于所述反射激光生成相应的探测信号。
21.根据权利要求20所述的探测方法，其中所述方法步骤(b)进一步包括以下步骤：
(b.1)测算每一接收器单元与所述目标探测物之间的距离；和
(b.2)根据至少三个所述接收器单元与所述目标反应物的探测距离信息，分析所述目标探测物的空间位置数据。
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