本實(shí)用新型涉及激光探測技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種多線激光雷達(dá)。

背景技術(shù)：

“雷達(dá)”是一種利用電磁波探測目標(biāo)的位置的電子裝置，主要用于探測目標(biāo)的距離、速度、角位置等運(yùn)動參數(shù)。雷達(dá)包括超聲波雷達(dá)、微波雷達(dá)以及激光雷達(dá)。激光雷達(dá)是利用激光光波來完成探測任務(wù)。傳統(tǒng)的激光雷達(dá)多應(yīng)用于定點(diǎn)測量。傳統(tǒng)的多線激光雷達(dá)的穩(wěn)定性較差。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

基于此，有必要提供一種穩(wěn)定性較好的多線激光雷達(dá)。

一種多線激光雷達(dá)，包括固定部、旋轉(zhuǎn)部和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；所述旋轉(zhuǎn)部通過所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)與所述固定部連接；所述旋轉(zhuǎn)部包括相互連接的距離測量系統(tǒng)和FPGA主控系統(tǒng)；所述固定部包括依次連接的角度測量系統(tǒng)、FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)以及輸出裝置；所述FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)和所述FPGA主控系統(tǒng)形成所述多線激光雷達(dá)的控制系統(tǒng)；所述旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)內(nèi)設(shè)置有無線通信系統(tǒng)；所述FPGA主控系統(tǒng)通過所述無線通信模塊與所述FPGA數(shù)據(jù)集成模塊進(jìn)行通信連接。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述旋轉(zhuǎn)部包括支架；所述距離測量系統(tǒng)包括激光發(fā)射陣列和激光接收陣列；所述激光發(fā)射陣列和所述激光接收陣列分別固定在所述支架的兩側(cè)且由所述支架分隔開來。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述距離測量系統(tǒng)還包括發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)和激光接收聚焦系統(tǒng)；所述發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)設(shè)置在所述激光發(fā)射陣列的出射光側(cè)，用于對激光發(fā)射陣列發(fā)射的多束激光進(jìn)行準(zhǔn)直；所述激光接收聚焦系統(tǒng)設(shè)置在所述激光接收陣列的入射光側(cè)，用于對由目標(biāo)物體反射的各路激光回波進(jìn)行聚焦。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)包括準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭；所述激 光接收聚焦系統(tǒng)包括聚焦接收鏡頭；所述準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭和所述聚焦接收鏡頭均固定在弧形曲面上。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭所構(gòu)成的弧形與所述聚焦接收鏡頭所構(gòu)成的弧形的圓心相同，且所述準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭和所述聚焦接收鏡頭均在圓心角30度范圍內(nèi)。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)還包括沿所述激光發(fā)射陣列的發(fā)射方向依次同軸排列的第三透鏡、第二透鏡和第一透鏡；所述第三透鏡為正彎月透鏡且所述第三透鏡的曲面朝所述激光發(fā)射陣列所在位置彎曲；所述第二透鏡為負(fù)彎月透鏡且所述第二透鏡的曲面朝所述激光發(fā)射陣列的射出方向彎曲；所述第一透鏡為正彎月透鏡，且所述第一透鏡的曲面朝所述激光發(fā)射陣列的射出方向彎曲。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述激光接收聚焦系統(tǒng)還包括沿入射方向依次同軸排列的第四透鏡、第五透鏡和第六透鏡；所述第六透鏡為正彎月透鏡且所述第六透鏡的曲面朝所述激光發(fā)射陣列所在位置彎曲；所述第五透鏡為負(fù)彎月透鏡且所述第五透鏡的曲面朝所述激光發(fā)射陣列的射出方向彎曲；所述第四透鏡為正彎月透鏡，且所述第四透鏡的曲面朝所述激光發(fā)射陣列的射出方向彎曲。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述距離測量系統(tǒng)還包括接收光路系統(tǒng)和發(fā)射光路系統(tǒng)；所述發(fā)射光路系統(tǒng)設(shè)置在所述激光發(fā)射陣列和所述發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)之間，用于控制所述多束激光沿平行于出射光的方向射出；所述接收光路系統(tǒng)設(shè)置在所述激光接收陣列和所述激光接收聚焦系統(tǒng)之間，用于控制所述多束激光回波沿入射方向輸出至所述激光接收陣列。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述發(fā)射光路系統(tǒng)包括平行設(shè)置的第一光學(xué)鏡片和第二光學(xué)鏡片；所述第一光學(xué)透鏡和所述第二光學(xué)透鏡的反射面朝所述激光發(fā)射陣列設(shè)置。

在其中一個(gè)實(shí)施例中，所述接收光路系統(tǒng)包括平行設(shè)置的第三光學(xué)鏡片和第四光學(xué)鏡片；第三光學(xué)鏡片與所述第一光學(xué)鏡片垂直設(shè)置；所述第三光學(xué)透鏡和所述第四光學(xué)透鏡的反射面朝所述激光接收陣列設(shè)置。

上述多線激光雷達(dá)，F(xiàn)PGA主控系統(tǒng)與距離測量系統(tǒng)連接且設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部， FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)和角度測量系統(tǒng)、輸出裝置連接且設(shè)置在固定部。FPGA主控系統(tǒng)通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的無線通信系統(tǒng)與FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)進(jìn)行通信連接，從而形成多線激光雷達(dá)的控制系統(tǒng)。通過將控制系統(tǒng)中的FPGA主控系統(tǒng)和FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)單獨(dú)設(shè)置且分別設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部和固定部，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1為一實(shí)施例中的多線激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為一實(shí)施例中的多線激光雷達(dá)的具體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為圖2的俯視圖；

圖4為圖2中的多線激光雷達(dá)的發(fā)射光路和接收光路的示意圖；

圖5為圖2中的發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖2中的激光接收聚焦系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。

圖1為一實(shí)施例中的多線激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)框圖。該多線激光雷達(dá)包括旋轉(zhuǎn)部200、固定部300和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)400。旋轉(zhuǎn)部200通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)400與固定部300連接。其中，旋轉(zhuǎn)部200包括相互連接的距離測量系統(tǒng)210和FPGA主控系統(tǒng)220。固定部300則包括相互連接的角度測量系統(tǒng)310、FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)320和輸出裝置330。FPGA主控系統(tǒng)220和FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)320形成多線激光雷達(dá)的控制系統(tǒng)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)400內(nèi)設(shè)置有帶能量的無線通信系統(tǒng)410。FPGA主控系統(tǒng)220通過無線通信系統(tǒng)與FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)320進(jìn)行通信連接。

上述多線激光雷達(dá)，F(xiàn)PGA主控系統(tǒng)220與距離測量系統(tǒng)210連接且設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部200，F(xiàn)PGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)320和角度測量系統(tǒng)310、輸出裝置330連接且設(shè)置在固定部300。FPGA主控系統(tǒng)220通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)400中的無線通信系統(tǒng) 410與FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)320進(jìn)行通信連接，從而形成多線激光雷達(dá)的控制系統(tǒng)。通過將控制系統(tǒng)中的FPGA主控系統(tǒng)220和FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)320單獨(dú)設(shè)置且分別設(shè)置在旋轉(zhuǎn)部200和固定部300，有利于提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

在本實(shí)施例中，距離測量系統(tǒng)210包括激光發(fā)射陣列212、發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)214、激光接收聚焦系統(tǒng)216以及激光接收陣列218。激光發(fā)射陣列212和激光接收陣列218分別與FPGA主控系統(tǒng)220連接。激光發(fā)射陣列212用于發(fā)射多路脈沖激光(4路、8路、16路、32路、64路)。多路激光的路數(shù)可以根據(jù)需要設(shè)置，如設(shè)置成偶數(shù)路。發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)214設(shè)置在激光發(fā)射陣列212的出射光側(cè)。發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)214用于對激光發(fā)射陣列212發(fā)射的多路激光進(jìn)行準(zhǔn)直。激光接收聚焦系統(tǒng)216設(shè)置在激光接收陣列218的入射光側(cè)。激光接收聚焦系統(tǒng)216用于對由目標(biāo)物體反射的各路激光回波進(jìn)行聚焦后輸出給激光接收陣列218。激光接收陣列218用于接收經(jīng)過激光接收聚焦系統(tǒng)216聚焦后的多路激光回波。通過對入射光進(jìn)行聚焦，并對出射光進(jìn)行準(zhǔn)直，有利于提高測量的精確度。FPGA主控系統(tǒng)210用于對激光發(fā)射陣列212和激光接收陣列218進(jìn)行控制。FPGA主控系統(tǒng)210還用于根據(jù)接收到的多路激光回波確定測量數(shù)據(jù)(距離信息)。

角度測量系統(tǒng)310用于對旋轉(zhuǎn)部200的旋轉(zhuǎn)角度進(jìn)行測量并輸出給FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)320。角度測量系統(tǒng)310可以采用本領(lǐng)域常用的高精度旋轉(zhuǎn)角度測量系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)。FPGA數(shù)據(jù)集成系統(tǒng)320用于接收角度測量系統(tǒng)310輸出的角度信息和FPGA主控系統(tǒng)220輸出的距離信息，從而生成帶角度的測量數(shù)據(jù)后通過輸出裝置330輸出。輸出裝置330可以為多路激光測距數(shù)據(jù)輸出接口，也可以為能夠進(jìn)行直觀顯示的顯示裝置。

圖2為一實(shí)施例中的多線激光雷達(dá)的具體結(jié)構(gòu)示意圖，圖3為圖2的俯視圖。在本實(shí)施例中，旋轉(zhuǎn)部200包括支架230。激光發(fā)射陣列212和激光接收陣列218分別固定在支架230的兩側(cè)且由支架230分隔開來。并且，激光發(fā)射陣列212中的多個(gè)激光發(fā)射器和激光接收陣列218中的多個(gè)激光接收器均沿支架230豎向間隔排列。在本實(shí)施例中，多個(gè)激光發(fā)射器和多個(gè)激光接收器所在的支架面均為弧形曲面。激光發(fā)射陣列212的出射光和激光接收陣列218的入射光 之間的夾角呈90度。距離測量系統(tǒng)210還包括發(fā)射光路系統(tǒng)和接收光路系統(tǒng)。發(fā)射光路系統(tǒng)設(shè)置在激光發(fā)射陣列212和發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)214之間。發(fā)射光路系統(tǒng)用于控制多路激光沿平行于激光發(fā)射陣列212的出射光方向射出。具體地，發(fā)射光路系統(tǒng)包括第一光學(xué)透鏡242和第二光學(xué)透鏡244。第一光學(xué)透鏡242和第二光學(xué)透鏡244平行設(shè)置，并且與激光發(fā)射陣列212的出射光呈45度夾角。同時(shí)，第一光學(xué)透鏡242和第二光學(xué)透鏡244的反射面朝激光發(fā)射陣列212設(shè)置。接收光路系統(tǒng)則設(shè)置在激光接收聚焦系統(tǒng)216和激光接收陣列218之間。接收光路系統(tǒng)用于控制多路激光沿激光回波的反射方向輸出至激光接收陣列218。具體地，接收光路系統(tǒng)包括第三光學(xué)透鏡252和第四光學(xué)透鏡254。第三光學(xué)透鏡252和第四光學(xué)透鏡254平行設(shè)置，并且與激光接收陣列218的入射光呈45度夾角。第三透鏡252和第四光學(xué)透鏡254的反射面朝激光接收陣列218設(shè)置。發(fā)射光路和接收光路的示意圖如圖4示。激光發(fā)射陣列212中的多個(gè)激光發(fā)射器發(fā)射的激光經(jīng)裝在激光發(fā)射陣列212前面的第一光學(xué)鏡片242反射90°后入射到安裝在第一光學(xué)鏡片242前面的第二光學(xué)鏡片244。經(jīng)第二光學(xué)鏡片244反射90°后入射到發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)214，經(jīng)過發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)214準(zhǔn)直后直接入射到目標(biāo)物體(或探測物體)。經(jīng)探測物體反射后入射到激光接收聚焦系統(tǒng)216，經(jīng)過激光接收聚焦系統(tǒng)216聚焦后入射到第三光學(xué)鏡片252，經(jīng)第三光學(xué)鏡片252反射90°后入射到第四光學(xué)鏡片254，經(jīng)第四光學(xué)鏡片254反射90°后入射到激光接收陣列218。在本實(shí)施例中，第一光學(xué)鏡片242、第二光學(xué)鏡片244、第三光學(xué)鏡片252和第四光學(xué)鏡片254均為普通的全光學(xué)鏡片。

在本實(shí)施例中，發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)214為大視場準(zhǔn)直系統(tǒng)。發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)214包括多個(gè)準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭(圖中未示)。多個(gè)準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭設(shè)置在弧形曲面上，弧形曲面的半徑為200mm。激光接收聚焦系統(tǒng)216包括多個(gè)聚焦接收鏡頭(圖中未示)。多個(gè)聚焦接收鏡頭設(shè)置在弧形面上，弧形曲面的半徑為200mm。在本實(shí)施例中，準(zhǔn)直發(fā)射鏡頭所構(gòu)成的弧形與聚焦接收鏡頭所構(gòu)成的弧形的圓心相同，且均在圓心角30度范圍內(nèi)。發(fā)射準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)214還包括沿激光發(fā)射陣列212的出射光方向依次同軸排列的第三透鏡J5、第二透鏡J3以及第一透鏡J1，如圖5所示。參見圖5，激光發(fā)射陣列212包括16路激光發(fā)射器F1～F16。 16路激光器F1～F16固定在激光支架W上。激光支架W為圓弧形支架。在本實(shí)施例中，第一透鏡J1為正彎月透鏡，且第一透鏡J1的曲面朝激光發(fā)射器凸出。第二透鏡J3為負(fù)彎月透鏡，且第二透鏡J3的曲面朝激光發(fā)射器的射出方向彎曲。第三透鏡J5為正彎月透鏡，且第三透鏡J5的曲面朝激光發(fā)射器的射出方向彎曲。M1、M2、M3、M4、M5、M6分別是J1、J3、J5透鏡的鏡面。在本實(shí)施例中，正透鏡是指透鏡的中心厚度大于比邊緣厚度的透鏡，負(fù)透鏡是指透鏡的中心厚度小于邊緣厚的透鏡。負(fù)號表示沿光的傳播方向，以球面和主光軸的交點(diǎn)為準(zhǔn)，球面的球心在該點(diǎn)以左，則曲率半徑為負(fù)，反之，球心在該點(diǎn)以右，則曲率半徑為正。具體參數(shù)可設(shè)計(jì)為：鏡面M1的半徑為15.6mm，鏡面M2半徑58.33mm，鏡面M3半徑為14.011mm，鏡面M4半徑為7.508mm，鏡面M5半徑為-156.575mm，鏡面M6半徑為-19.31mm。圓弧形支架W的內(nèi)側(cè)半徑為-200.058mm。其中，鏡面M1到鏡面M2間玻璃厚度為7.33mm，材料折射率為1.49、阿貝數(shù)為55.3、孔徑為31.7mm。鏡面M2到鏡面M3的厚為2mm，材料為空氣。鏡面M3到鏡面M4的玻璃厚為3.59mm，材料的折射率1.59、阿貝數(shù)為30.9、孔徑為23mm。鏡面M4到鏡面M5的厚為13.57mm，材料為空氣。鏡面M5到鏡面M6的玻璃厚為21.3mm，材料的折射率1.50、阿貝數(shù)為56.41、孔徑為19mm。鏡面M6到激光支架W的內(nèi)側(cè)弧面距離為31.168mm。上述參數(shù)僅為一具體示例，在其他的實(shí)施例中可以根據(jù)需要對各參數(shù)進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整。

激光接收聚焦系統(tǒng)216還包括沿入射方向依次同軸排列的第四透鏡J2、第五透鏡J4、以及第六透鏡J6，如圖6所示。參見圖6，激光接收陣列218包括16路激光接收器P1～P16。16路激光器P1～P16固定在激光支架W上。激光支架W為圓弧形支架。激光接收聚焦系統(tǒng)216的結(jié)構(gòu)與發(fā)射準(zhǔn)直系統(tǒng)214的結(jié)構(gòu)相同，此處不贅述。

上述多線激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性較好。

以上所述實(shí)施例的各技術(shù)特征可以進(jìn)行任意的組合，為使描述簡潔，未對上述實(shí)施例中的各個(gè)技術(shù)特征所有可能的組合都進(jìn)行描述，然而，只要這些技術(shù)特征的組合不存在矛盾，都應(yīng)當(dāng)認(rèn)為是本說明書記載的范圍。

以上所述實(shí)施例僅表達(dá)了本實(shí)用新型的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和 詳細(xì)，但并不能因此而理解為對實(shí)用新型專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實(shí)用新型構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。因此，本實(shí)用新型專利的保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。