CN118311589A - 一种激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本申请适用于激光应用技术领域，提供一种激光雷达，包括光源、分束器、光学相控阵模块、探测模块以及数据处理模块。光源提供的出射激光光束包括第一光信号和第二光信号，第一光信号和第二光信号在任意时刻的频率变化趋势不同。分束器对出射激光光束进行分束，第一光信号经分束后形成第一探测光信号和第一参考光信号，第二光信号经分束后形成第二探测光信号和第二参考光信号。光学相控阵模块用于接收回波信号；探测模块用于接收本振光束和回波信号干涉所产生的干涉信号，数据处理模块用于根据干涉信号转化得到的第一电信号和第二电信号对待检测物体进行探测。在T/2时长内可以确定探测区域的目标物的距离和速度，从而提升了激光雷达的测量帧率。

Description

一种激光雷达
技术领域
本申请属于激光应用技术领域，尤其涉及一种激光雷达。
背景技术
激光雷达在自动驾驶、3D打印、虚拟现实、增强现实以及智慧交通等方面得到广泛的应用。调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)与光学相控阵(Optical Phased Array，OPA)结合的激光雷达作为新一代的全固态雷达形式，具备无机械扫描器件、集成度高、体积小、功耗低等优势，同时可实现高帧率、大视场、高灵敏度、低串扰的测量，逐渐得到业界的关注。但是，在信号处理过程中，要确定探测区域内目标物的距离和速度至少需采集一整个调频周期的信号，这限制了激光雷达的测量帧率。通过减小调频连续波的调制周期，即加快光源的调频速率可适当提升帧率，但会导致光源的瞬时线宽发生劣化，限制***的最大测量距离。
发明内容
有鉴于此，本申请实施例提供了一种激光雷达，以解决现有技术中至少需要采集一整个调频周期的信号进行目标物探测，限制了激光雷达的测量帧率的问题。
本申请实施例的第一方面提供了一种激光雷达，包括：
光源，用于提供出射激光光束，所述出射激光光束包括第一光信号和第二光信号，所述第一光信号和所述第二光信号的频率变化趋势方向不同；
分束器，与所述光源光路连接，用于对所述出射激光光束进行分束，得到探测光束和本振光束；其中所述第一光信号经分束后形成第一探测光信号和第一参考光信号，所述第二光信号经分束后形成第二探测光信号和第二参考光信号，所述探测光束包括所述第一探测光信号和所述第二探测光信号，所述本振光束包括所述第一参考光信号和所述第二参考光信号；
光学相控阵模块，与所述分束器光路连接，用于将接收到的所述探测光束出射至探测区域，以及接收所述探测光束经所述探测区域内的待检测物体反射后的回波信号；
探测模块，与所述分束器和所述光学相控模块分别光路连接，用于接收所述本振光束和所述回波信号干涉所产生的干涉信号，所述干涉信号包括第一差频信号和第二差频信号，所述探测模块还将所述第一差频信号转化为第一电信号，将所述第二差频信号转化为第二电信号；
数据处理模块，与所述探测模块电连接，用于接收所述第一电信号和第二电信号，并根据所述第一电信号和所述第二电信号对所述待检测物体进行探测。
在一实施例中，所述光源包括第一激光器和第二激光器，所述第一激光器用于输出所述第一光信号，所述第二激光器用于输出所述第二光信号。
在一实施例中，所述第一光信号和所述第二光信号为啁啾特性相反的调频光信号。
在一实施例中，所述光源包括第三激光器和第一调制器，所述第一调制器用于对所述第三激光器发射的激光进行载波抑制双边带调制，得到所述啁啾特性相反的调频光信号。
在一实施例中，所述第一光信号和所述第二光信号分别为调频光信号和不调频的光信号。
在一实施例中，所述光源包括第四激光器、第一分束器和第二调制器，所述第一分束器用于将所述第四激光器发射的激光分为第一激光束和第二激光束，所述第二调制器用于对所述第一激光束进行单边带调制，得到所述第一光信号，所述第二激光束为所述第二光信号。
在一实施例中，所述激光雷达还包括功率放大器，所述功率放大器与所述分束器以及所述光学相控阵模块分别光路连接，用于对接收到的所述探测光束进行放大处理，并将经过放大处理后的探测光束提供给所述光学相控阵模块。
在一实施例中，所述光源为多波长光源，所述第一光信号和所述第二光信号均为包括多个中心波长的调频连续光信号。
在一实施例中，所述多波长光源包括光学频率梳生成器件、基于腔内滤波的激光器、非线性效应的激光器中的任一种。
在一实施例中，所述探测模块包括合束器、波分解复用器和探测器阵列；
合束器，与所述分束器和所述光学相控阵模块分别光路连接，用于接收所述本振光束和所述回波信号，所述本振光束和所述回波信号在所述合束器内发生干涉，得到所述干涉信号；
波分解复用器，与所述合束器光路连接，用于对所述干涉信息进行波分解复用，得到多组中心波长不同的干涉子信号；
探测器阵列，包括多个阵列排布的探测器，每一所述干涉子信号对应至少一个所述探测器，所述探测器用于接收所述干涉子信号，得到每一组中心波长不同的干涉子信号对应的第一子电信号和第二子电信号。
本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：出射激光束包括第一光信号和第二光信号，第一光信号和第二光信号的频率变化趋势方向不同，第一光信号分束后得到的第一探测光信号和第二光信号分束后得到的第二探测光信号经探测区域反射后，与对应的第一参考光信号、第二参考光信号发生干涉，得到干涉信号，干涉信号的周期为T。由于第一光信号和第二光信号的频率变化趋势方向不同，因此数据处理模块根据第一差频信号对应的第一电信号以及第二差频信号对应的第二电信号，在T/2时长内可以确定干涉信号的上升沿频率和下降沿频率，根据上升沿频率和下降沿频率确定探测区域的目标物的距离和速度。即仅需要半个周期的干涉信号，即可实现目标物的距离和速度的探测，因此提升了激光雷达的测量帧率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1是本申请实施例提供的解调干涉信号的原理图；
图2是本申请一实施例提供的一种激光雷达的示意图；
图3是本申请实施例提供的解调啁啾特性相反的调频光信号对应的干涉信号的原理图；
图4是本申请实施例提供的解调调频光信号和不调频的光信号对应的干涉信号的原理图；
图5是本申请另一实施例提供的一种激光雷达的示意图；
图6是本申请实施例提供的多个中心波长的光信号进行探测时的干涉信号的示意图；
图7是本申请实施例提供的通过单频信号进行载波抑制双边带调制的原理图；
图8是本申请实施例提供的通过啁啾信号进行载波抑制双边带调制的原理图；
图9是本申请另一实施例提供的一种激光雷达的示意图；
图10是本申请又一实施例提供的一种激光雷达的示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的***、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
另外，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
现有的调频连续波与光学相控阵结合的激光雷达，将发光器件发射的光信号分为探测光信号和干涉光信号，探测光信号经探测区域反射后得到回波信号，通过解调回波信号和参考光信号干涉所产生的干涉信号，可以得到干涉信号的上升沿频率和下降沿频率，根据干涉信号的上升沿频率和下降沿频率可以确定探测区域的目标物的距离和速度。如图1所示，参考光信号和回波信号均为调频连续波，参考光信号和回波信号发生干涉后的干涉信号的上升沿频率为f1，下降沿频率为f2，则目标物的距离和速度分别为其中，c表示真空中的光速，B表示调频连续波的调制带宽，T表示调频连续波的调制周期，调频连续波的调制周期与干涉信号的周期相等，λ1表示调频连续波的中心波长。由于需要一个周期的干涉信号才可以确定上升沿频率和下降沿频率，因此，为了得到目标物的距离和速度，需要至少一个周期的干涉信号，限制了激光雷达的测量帧率。
为此，本申请提供一种激光雷达，出射激光束包括第一光信号和第二光信号，第一光信号和第二光信号的频率变化趋势方向不同，第一光信号分束后得到的第一探测光信号和第二光信号分束后得到的第二探测光信号经探测区域反射后，与对应的第一参考光信号、第二参考光信号发生干涉，得到干涉信号，干涉信号的周期为T。由于第一光信号和第二光信号的频率变化趋势方向不同，因此数据处理模块根据第一差频信号对应的第一电信号以及第二差频信号对应的第二电信号，在T/2时长内可以确定干涉信号的上升沿频率和下降沿频率，根据上升沿频率和下降沿频率确定探测区域的目标物的距离和速度。即仅需要半个周期的调频连续波信号，即可实现目标物的距离和速度的探测，因此提升了激光雷达的测量帧率。
下面对本申请提供的激光雷达进行示例性说明。
请参阅附图2，本申请一实施例提供的激光雷达包括：
光源21、分束器22、光学相控阵模块23、探测模块24以及数据处理模块25。
光源21用于提供出射激光光束，出射激光光束包括第一光信号和第二光信号，第一光信号和第二光信号的频率变化趋势方向不同。其中，频率变化趋势不同是指第一光信号和第二光信号的频率在任意时刻的正负变化趋势情况不同。
分束器22与光源21光路连接，光路连接可以是光纤连接或者片上光路连接。分束器22用于对出射激光光束进行分束，得到探测光束和本振光束。其中第一光信号经分束后形成第一探测光信号和第一参考光信号，第二光信号经分束后形成第二探测光信号和第二参考光信号，探测光束包括第一探测光信号和第二探测光信号，本振光束包括第一参考光信号和第二参考光信号。
光学相控阵模块23与分束器22光路连接，用于将接收到的探测光束出射至探测区域，以及接收探测光束经探测区域内的待检测物体反射后的回波信号。
探测模块24与分束器22和光学相控模块23分别光路连接，用于接收本振光束和回波信号干涉所产生的干涉信号，干涉信号包括第一差频信号和第二差频信号。其中，第一差频信号是第一探测光信号所对应的回波信号和第一参考光信号干涉所产生的，第二差频信号是第二探测光信号所对应的回波信号和第二参考光信号干涉所产生的。探测模块24还将第一差频信号转化为第一电信号，将第二差频信号转化为第二电信号。
数据处理模块25与探测模块24电连接，用于接收第一电信号和第二电信号，并根据第一电信号和第二电信号对待检测物体进行探测。
具体地，第一探测光信号和第二探测光信号出射至探测区域后，探测区域的同一位置，在同一时刻会存在第一探测光信号和第二探测光信号照射。第一探测光信号所对应的回波信号和第一参考光信号干涉产生第一差频信号，第二探测光信号所对应的回波信号和第二参考光信号干涉产生第二差频信号。由于第一光信号和第二光信号在任意时刻的频率变化趋势方向不同，因此第一探测光信号和第二探测光信号在任意时刻的频率变化趋势方向不同。对应地，同一个周期内的第一差频信号和第二差频信号的频率变化情况不同，例如当所述第一光信号和第二光信号均包括上扫频信号和下扫频信号时，在同一周期内，对于第一光信号来说先得到上扫频差频信号然后得到下扫频差频信号，对于第二光信号来说首先检测到它的下扫频差频信号然后再得到它的上扫频差频信号，即在每半个周期内，即存在上扫频差频信号又存在下扫频差频信号。因此，通过设定第一光信号和第二光信号的调频特征，结合半个周期时长内探测到的第一差频信号和第二差频信号，可以确定干涉信号的上升沿频率和下降沿频率，进而可以在半个周期的时长内确定目标物的距离和速度，提高了激光雷达的测量帧率。
在一实施例中，光学相控阵模块包括光学相控阵器件以及环形器，第一探测光信号和第二探测光信号用于经过环形器和光学相控阵器件后射向探测区域，回波信号用于经过光学相控阵器件和环形器后被探测模块接收。
在另一实施例中，光学相控阵模块包括第一光学相控阵器件和第二光学相控阵器件第一探测光信号和第二探测光信号可以经过第一光学相控阵器件后射向探测区域，回波信号经过第二光学相控阵器件后被探测模块接收。
在一实施例中，探测模块包括合束器和探测器。本振光束和回波信号在合束器内发生干涉，得到干涉信号。干涉信号包括第一差频信号和第二差频信号。探测器用于将第一差频信号转化为第一电信号，将第二差频信号转化为第二电信号。
在一实施例中，第一光信号和第二光信号为啁啾特性相反的调频光信号，对应地，如图3所示，第一光信号对应的回波信号和第二光信号对应的回波信号为啁啾特性相反的调频光信号，第一光信号对应的第一参考光信号和第二光信号对应的第二参考光信号为啁啾特性相反的调频光信号。对应地，第一参考光信号和对应的回波信号发生干涉得到的第一差频信号，第二参考光信号和对应的回波信号发生干涉得到的第二差频信号，第一干差频信号和第二差频信号的频率变化情况不同。在T/2时长内，根据第一差频信号和第二差频信号可以分别得到干涉信号的上升沿频率为f1以及下降沿频率为f2，因此仅需要半个周期的时长，即可确定目标物的距离和速度，提高了激光雷达的测量帧率。
在另一实施例中，第一光信号和第二光信号分别为调频光信号和不调频的光信号。对应地，如图4所示，第一光信号对应的回波信号和第二光信号对应的回波信号分别为调频光信号和不调频的光信号，第一光信号对应的第一参考光信号和第二光信号对应的第二参考光信号分别为调频光信号和不调频的光信号。以第一光信号为调频光信号，第二光信号为不调频的光信号为例，第一光信号对应的第一差频信号为两列调频连续波发生干涉所产生的干涉信号，第二光信号对应的第二差频信号为不调频的光信号。对第二差频信号进行解调，可以确定多普勒频移fb。根据半个周期的第一差频信号可以确定干涉信号的上升沿频率为f1或者下降沿频率为f2。由于上升沿频率、下降沿频率、多普勒频移之间的关系可以表示为f1+fb＝f2-fb，因此，在探测到上升沿频率时，根据多普勒频移可以同时确定下降沿频率，在探测到下降沿频率时，根据多普勒频移可以同时确定上升沿频率。因此，根据半个周期的干涉信号即可确定目标物的距离和速度，即仅需要半个周期的时长，即可确定目标物的距离和速度，提高了激光雷达的测量帧率。
在其他实施例中，在确定多普勒频移以及上升沿频率(或下降沿频率)后，可以根据公式确定目标物的距离和速度。
在一实施例中，光源包括第一激光器和第二激光器，第一激光器用于输出第一光信号，第二激光器用于输出第二光信号。即通过对第一激光器和第二激光器进行内部调制的方式，使第一激光器和第二激光器分别输出啁啾特性相反的调频光信号，或者第一激光器和第二激光器分别输出调频光信号和不调频的光信号，从而通过在激光器内部调制实现。
示例性地，如图5所示，第一激光器51和第二激光器52可以共用一个激光驱动信号发生器50，激光驱动信号发生器50输出驱动信号，使第一激光器51和第二激光器52分别输出第一光信号和第二光信号。第一光信号和第二光信号经过第一合束器53合并后，进入分束器(可以是1×2耦合器)54，分束器54将第一光信号分为第一探测信号光和第一参考信号光，将第二光信号分为第二探测光信号和第二参考光信号。第一探测光信号和第二探测光信号经过环形器55和光学相控阵器件56后射向探测区域，经探测区域反射后得到回波信号；回波信号经过光学相控阵器件56和环形器55后进入第二合束器(可以是2×2耦合器)57，第一参考光信号和第二参考光信号分别与对应的回波信号在第二合束器57内发生干涉，得到干涉信号。探测器58探测干涉信号，将干涉信号转化为电信号后发送至数据处理模块59；数据处理模块59根据半个周期的干涉信号所对应的电信号即可确定目标物的距离和速度。
调频连续波与光学相控阵结合的激光雷达中，通过调整光学相控阵器件中的相位调制器可以调整探测光信号的相位，使探测光信号射向探测区域的不同横向位置，从而实现探测光信号在探测区域的横向扫描。通过调整探测光信号的中心波长，可以使探测光信号射向不同的纵向位置，实现对探测区域的纵向扫描。因此，为了实现二维扫描，发光器件发射的光信号包括多个中心波长的光信号，对应地，第一光信号和第二光信号均包括多个中心波长的光信号。
例如，如图6所示，以发光器件发射的光信号包括3个不同中心波长的光信号为例，3个不同中心波长的光信号经过调制后可以得到3组啁啾特性相反的调频光信号，对应的参考光信号和回波信号均为3组，对应的参考光信号和回波信号发生干涉后所产生的干涉信号也为3组。通过对3组干涉信号进行解调，可以在半个周期得到3组上升沿频率和对应的下降沿频率(即fa1和fb1、fa2和fb2、fa3和fb3)。每组上升沿频率和对应的下降沿频率可以确定一个探测位置的探测信息。即在半个周期的时长内可以确定3个探测位置的探测信息。通过进一步增加波长数量，可以在半个周期的时长内实现更多探测位置的同步探测。
为了产生包括多个中心波长的光信号，在一实施例中，发光器件包括多个第一激光器和多个第二激光器，用于输出一组啁啾特性相反的调频光信号的第一激光器和第二激光器为一组激光器，同一组激光器输出的第一光信号和第二光信号为单波长信号且波长相同，不同组激光器输出的第一光信号和第二光信号的波长不同。其中，输出单波长信号的激光器可以是分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)激光器、分布式布拉格反射(distributed Bragg reflector，DBR)激光器或光纤激光器。多个第一激光器输出的第一光信号经过波分复用器合并后，得到一组包括多个中心波长的光信号。多个第二激光器输出的第二光信号经过波分复用器合并后，得到一组包括多个中心波长的光信号。
在另一实施例中，光源为多波长光源，即第一激光器和第二激光器分别为多波长光源，多波长光源为对激光器发射的光信号进行调制后的光源，可以直接输出包括多个中心波长的光信号，即不需要波分复用器，多波长光源一个器件即可输出包括多个中心波长的光信号，从而可以减少激光雷达的器件数量，降低激光雷达的设计复杂度和成本。
示例性地，多波长光源可以是基于腔内滤波的激光器，也可以是非线性效应的激光器，也可以是光学频率梳生成器件，光学频率梳生成器件用于生成光学频率梳。光学频率梳的每一个梳齿具有不同的中心频率，且梳齿线宽较窄，可达到百kHz甚至更窄，且光谱覆盖范围较广，采用光学频率梳进行探测，可以提高激光雷达的性能。
当采用包括多个中心波长的光信号进行探测时，不同中心波长的光信号对应的回波信号在探测模块内与对应的参考光信号发生干涉后所产生的干涉信号在时间上是叠加的。例如，如图6所示，对3组干涉信号进行探测时，探测上升沿频率为或者下降沿频率的时间相同，从而不能区分各组干涉信号，进而无法区分各探测位置的干涉信号。
为了区分不同探测位置的干涉信号，提高激光雷达的探测准确度，可以在接收端设置多个探测器，在产生干涉信号后，每个探测器接收不同中心波长的光信号所对应的干涉信号，从而可以单独探测各中心波长的干涉信号。之后数据处理模块再分别对各探测器探测的干涉信号进行解调，即可得到各干涉信号对应的探测信息，即得到探测区域各探测位置的探测信息。
在一实施例中，如图2所示，探测模块24包括合束器241、波分解复用器242和探测器阵列243。合束器241与分束器22和光学相控阵模块23分别光路连接，用于接收本振光束和回波信号，本振光束和回波信号在合束器241内发生干涉，得到干涉信号。波分解复用器242与合束器241连接，用于对干涉信息进行波分解复用，得到多组中心波长不同的干涉子信号。探测器阵列243包括多个阵列排布的探测器，每一干涉子信号对应至少一个探测器，探测器用于接收干涉子信号，得到每一组中心波长不同的干涉子信号对应的第一子电信号和第二子电信号。从而实现各中心波长的干涉信号的单独探测。
在一实施例中，光源包括第三激光器和第一调制器，第一调制器用于对第三激光器发射的激光进行载波抑制双边带调制，得到啁啾特性相反的调频光信号。即通过采用激光器外部调制的方式，得到啁啾特性相反的调频光信号。
在一实施例中，对固定波长的连续光进行调制，可以得到啁啾特性相反的调频光信号。具体地，如图7所示，频率为f0的连续光经过调制器(例如马赫-曾德尔调制器)进行载波抑制双边带调制后，会在载波信号两侧出现两个新的频率的信号，两个信号的频率分别为f0-f1和f0+f1，其中，f1为调制信号的射频频率。两个信号的频率与载波信号的频率间距与调制信号的频率f1一致。通过调节调制器的偏置电压可以实现调制后载波信号的强度几乎为0，即实现载波抑制双边带调制。
如图8所示，将啁啾信号作为调制信号，啁啾信号的频率周期性地在f1到f2之间变化，频率为f0的连续光经过调制器进行载波抑制双边带调制后，即可得到频率从f0-f2和f0-f1变化的信号以及频率从f0+f1和f0+f2变化的信号，即得到频率相近、啁啾特性相反的调频光信号。
示例性地，如图9所示，激光雷达包括第三激光器90、第一调制器91、分束器92、环形器93、光学相控阵器件94、合束器95、探测器96以及数据处理模块97。第三激光器90输出的光信号经过第一调制器91进行载波抑制双边带调制后，得到啁啾特性相反的第一光信号和第二光信号。第一光信号被分束器92分为第一探测信号光和第一参考信号光，第二光信号被分束器92分为第二探测光信号和第二参考光信号；第一探测光信号和第二探测光信号经过环形器93和光学相控阵器件94后射向探测区域，经探测区域反射后得到回波信号。回波信号经过光学相控阵器件94和环形器93后进入合束器95，第一参考光信号和第二参考光信号分别与对应的回波信号在合束器95内发生干涉，得到干涉信号。探测器96探测干涉信号，将干涉信号转化为电信号后发送至数据处理模块97。数据处理模块97根据电信号，在半个周期的时长内即可确定目标物的距离和速度。
在一实施例中，激光雷达还包括功率放大器，功率放大器与分束器以及光学相控阵模块分别光路连接，用于对探测光束进行放大，即用于对第一光信号和第二光信号进行放大，放大之后的第一光信号和第二光信号再用于目标物的探测，从而提高了探测准确度。
在另一实施例中，光源包括第四激光器、第一分束器和第二调制器，第一分束器用于将第四激光器发射的激光分为第一激光束和第二激光束，第二调制器用于对第一激光束进行单边带调制，得到第一光信号，第二激光束为所述第二光信号。即第一光信号和第二光信号分别为调频光信号和不调频的光信号。即通过采用激光器外部调制的方式，得到一组调频光信号和不调频的光信号。
示例性地，如图10所示，激光雷达包括第四激光器100、第一分束器101、第二调制器102、第二分束器103、第三分束器104、环形器105、光学相控阵器件106、合束器107、探测器108以及数据处理模块109。第四激光器100输出的光信号被第一分束器101分为两束后，一束经过第二调制器102进行单边带调制得到调频光信号(第一光信号)，另一束不经过调制，为第二光信号。第一光信号被第二分束器103分为第一探测信号光和第一参考信号光，第二光信号被第三分束器104分为第二探测光信号和第二参考光信号。第一探测光信号和第二探测光信号经过环形器105和光学相控阵器件106后射向探测区域，经探测区域反射后得到回波信号。回波信号经过光学相控阵器件106和环形器105后进入合束器107，第一参考光信号和第二参考光信号分别与对应的回波信号在合束器107内发生干涉，得到干涉信号。探测器108探测干涉信号，将干涉信号转化为电信号后发送至数据处理模块109。数据处理模块109根据电信号，在半个周期的时长内即可确定目标物的距离和速度。
在一实施例中，当采用外部调制的方式(输出啁啾特性相反的调频光信号或输出一组调频光信号和不调频的光信号)时，光源也可以包括多个激光器(例如光源可以包括多个第三激光器或包括多个第四激光器)，每个激光器输出的光信号的波长不同。多个激光器输出的光信号分别为不同中心频率(例如频率分别为f01、f02、f03…f0n)的连续光源，多个激光器输出的光信号经过波分复用器合并后，可以得到包括多个中心波长的光信号。之后再对包括多个中心波长的光信号同步进行载波抑制双边带调制，得到多组啁啾特性相反的第一光信号和第二光信号。或者对包括多个中心波长的光信号进行单边带调制，得到多组调频光信号和不调频的光信号。
采用多组啁啾特性相反的光信号或者多组调频光信号和不调频的光信号进行探测，可以和光学相控阵器件结合实现激光雷达的二维扫描。
在另一实施例中，光源为多波长光源(例如第三激光器为多波长光源或第四激光器为多波长光源)，不需要波分复用器，采用多波长光源一个器件即可输出包括多个中心波长的光信号，对多波长光源输出的光信号进行载波抑制双边带调制，得到多组啁啾特性相反的第一光信号和第二光信号。或者对多波长光源输出的光信号进行单边带调制，得到多组调频光信号和不调频的光信号。
与内部调制的方式相同，当采用包括多个中心波长的光信号进行探测时，不同中心波长的光信号对应的回波信号在合束器内与对应的参考光信号发生干涉后所产生的干涉信号在时间上是叠加的。为了区分不同探测位置，提高激光雷达的探测准确度，可以在接收端设置波分复用器以及包括多个探测器的探测器阵列，在产生干涉信号后，波分解复用器用于对干涉信号进行波长解复用处理，得到中心波长不同的干涉信号，每个探测器接收不同中心波长的光信号所对应的干涉信号，从而可以单独探测各中心波长的干涉信号。
内部调制的方式是对激光器进行直接调制，在进行频率的调制的同时也会对强度进行调制，由于激光器内部工作的复杂性其频率调制的线性度较低，且由于在激光器内部引入噪声，会影响激光器输出的光信号的线宽。
外部调制的方式是对激光器形成的光信号进行调制，是对已经输出的激光的参数进行调制，因此不会改变激光器的参数，因此，外部调制的方式相对于内部调制的方式具有更优的调频线性度和瞬时线宽，可以进一步提高激光雷达的性能。
本申请实施例中，通过一组啁啾特性相反的调频光信号或一组调频光信号和不调频的光信号进行目标物探测，仅需要半个周期的干涉信号，即可实现目标物的距离和速度的探测，因此提升了激光雷达的测量帧率。通过多波长光源产生多组啁啾特性相反的调频光信号或调频光信号和不调频的光信号进行目标物探测，可以在实现二维扫描的同时，提升激光雷达的测量帧率。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括：
光源，用于提供出射激光光束，所述出射激光光束包括第一光信号和第二光信号，所述第一光信号和所述第二光信号频率变化趋势方向不同；
分束器，与所述光源光路连接，用于对所述出射激光光束进行分束，得到探测光束和本振光束；其中所述第一光信号经分束后形成第一探测光信号和第一参考光信号，所述第二光信号经分束后形成第二探测光信号和第二参考光信号，所述探测光束包括所述第一探测光信号和所述第二探测光信号，所述本振光束包括所述第一参考光信号和所述第二参考光信号；
光学相控阵模块，与所述分束器光路连接，用于将接收到的所述探测光束出射至探测区域，以及接收所述探测光束经所述探测区域内的待检测物体反射后的回波信号；
探测模块，与所述分束器和所述光学相控模块分别光路连接，用于接收所述本振光束和所述回波信号干涉所产生的干涉信号，所述干涉信号包括第一差频信号和第二差频信号，所述探测模块还用于将所述第一差频信号转化为第一电信号，将所述第二差频信号转化为第二电信号；
数据处理模块，与所述探测模块电连接，用于接收所述第一电信号和第二电信号，并根据所述第一电信号和所述第二电信号对所述待检测物体进行探测。
2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光源包括第一激光器和第二激光器，所述第一激光器用于输出所述第一光信号，所述第二激光器用于输出所述第二光信号。
3.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一光信号和所述第二光信号为啁啾特性相反的调频光信号。
4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述光源包括第三激光器和第一调制器，所述第一调制器用于对所述第三激光器发射的激光进行载波抑制双边带调制，得到所述啁啾特性相反的调频光信号。
5.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述第一光信号和所述第二光信号分别为调频光信号和不调频的光信号。
6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述光源包括第四激光器、第一分束器和第二调制器，所述第一分束器用于将所述第四激光器发射的激光分为第一激光束和第二激光束，所述第二调制器用于对所述第一激光束进行单边带调制，得到所述第一光信号，所述第二激光束为所述第二光信号。
7.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括功率放大器，所述功率放大器与所述分束器以及所述光学相控阵模块分别光路连接，用于对接收到的所述探测光束进行放大处理，并将经过放大处理后的探测光束提供给所述光学相控阵模块。
8.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述光源为多波长光源，所述第一光信号和所述第二光信号均为包括多个中心波长的调频连续光信号。
9.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述多波长光源包括光学频率梳生成器件、基于腔内滤波的激光器、非线性效应的激光器中的任一种。
10.根据权利要求8所述的激光雷达，其特征在于，所述探测模块包括合束器、波分解复用器和探测器阵列；
合束器，与所述分束器和所述光学相控阵模块分别光路连接，用于接收所述本振光束和所述回波信号，所述本振光束和所述回波信号在所述合束器内发生干涉，得到所述干涉信号；
波分解复用器，与所述合束器光路连接，用于对所述干涉信息进行波分解复用，得到多组中心波长不同的干涉子信号；
探测器阵列，包括多个阵列排布的探测器，每一所述干涉子信号对应至少一个所述探测器，所述探测器用于接收所述干涉子信号，得到每一组中心波长不同的干涉子信号对应的第一子电信号和第二子电信号。
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