本實用新型屬于激光雷達領(lǐng)域，具體涉及一種基于光纖陣列的激光雷達系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

激光雷達技術(shù)有著多年的研究歷史，最初應(yīng)用于國防、航空航天等領(lǐng)域。近年來隨著激光技術(shù)和信息處理技術(shù)的發(fā)展，激光雷達在地圖測繪、機器人空間定位、汽車無人駕駛等方面有著越來越多的應(yīng)用。

激光雷達技術(shù)在具體的技術(shù)方案上有相位測量法、脈沖測量法、三角測量法等，其中脈沖測量法由于測量距離遠、測量精度高，受到了廣泛的關(guān)注。脈沖測量法的具體實現(xiàn)方式為：激光器發(fā)射激光，經(jīng)過準直處理后照射在待測物體表面，有一部分激光在物體表面會被反射，并被探測器接收。根據(jù)測量發(fā)射激光和接收反射激光的時間差來計算待測物體與激光器之間的距離。

采用脈沖測量法的激光雷達，每發(fā)出一個脈沖信號進行一次測量，即得到待測物體的一個位置信息，在機器人空間定位、汽車無人駕駛等應(yīng)用中，為得到所處環(huán)境的完整信息，需要大量的環(huán)境測量數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的激光雷達技術(shù)方案，一般采用多線程測量技術(shù)，即增加發(fā)射激光的激光器和接收反射激光的探測器的個數(shù)，來增加測量的效率。以現(xiàn)有應(yīng)用于汽車無人駕駛領(lǐng)域中的64線激光雷達為例，采用64個激光器和64個探測器。

現(xiàn)有技術(shù)的問題在于：

1)成本很高：多線程測量需要采用數(shù)量眾多的激光器和探測器，而目前激光器和探測器的價格都比較高。

2)系統(tǒng)體積大：每個激光器和探測器都需要與之匹配的電路，大量激光器和探測器的使用，會導(dǎo)致激光雷達系統(tǒng)的體積龐大。

3)不方便使用：占用空間大，不具有隱蔽性，同時在安裝固定上都有很高的要求。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題和缺陷的至少一個方面。

本實用新型的一個目的在于提供一種激光雷達系統(tǒng)，采用光纖進行激光的發(fā)射和傳輸，而光纖具有體積小的特點，利用光纖組成光纖陣列來發(fā)射激光，可以實現(xiàn)激光雷達探頭的微型化。

本實用新型的另一個目的在于提供一種激光雷達系統(tǒng)，采用光開關(guān)的時分復(fù)用功能，可以利用一個激光器實現(xiàn)多路激光信號的發(fā)射，同時將多路反射信號傳送到同一個探測器中。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種基于光纖陣列的激光雷達系統(tǒng)，包括：

激光器，發(fā)射激光；探測器，探測反射回來的激光，并將探測到的信號輸入控制處理單元；第一光開關(guān)，將激光器輸入的激光信號進行時分復(fù)用，連接激光器和第一光纖陣列，在不同的時刻將激光器發(fā)射的激光在第一光纖陣列的不同光纖之間導(dǎo)通，起到一個激光器給多個測量線路提供激光的作用；第二光開關(guān)，連接探測器和第二光纖陣列，在不同的時刻將第二光纖陣列中有反射回來的激光的光纖所在線路與探測器導(dǎo)通，起到一個探測器對多路反射激光進行探測的作用；發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)，包含第一光纖陣列和發(fā)射透鏡，發(fā)射透鏡將第一光纖陣列中不同光纖發(fā)射的激光進行準直，并分別以與水平面成不同的夾角發(fā)射出去；接收光學(xué)系統(tǒng)，包含第二光纖陣列和接收透鏡，接收透鏡將反射回來的激光接收，并匯聚到第二光纖陣列中與第一光纖陣列此刻導(dǎo)通的光纖相對應(yīng)的那根光纖中；光纖以及多路光纖組成的光纖束，將第一光開關(guān)和第二光開關(guān)分別與發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)以及接收光學(xué)系統(tǒng)相連接；旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)，通過旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和接收光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，使激光雷達對空間不同位置進行掃描測量，并將旋轉(zhuǎn)時的角度信息發(fā)送給控制處理單元；控制處理單元，控制激光器發(fā)射激光并記錄發(fā)射時間，控制第一光開關(guān)和第二光開關(guān)的開關(guān)狀態(tài)以及光路選擇，控制旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)進行旋轉(zhuǎn)，記錄探測器輸入探測信號的時間并對進行數(shù)據(jù)處理。

其中，第一光纖陣列和第二光纖陣列由光纖組成；第一光開關(guān)在不同的時刻將激光器發(fā)射的激光在第一光纖陣列的不同光纖之間導(dǎo)通，并由發(fā)射透鏡將導(dǎo)通的激光準直后以與水平面成不同的夾角發(fā)射出去；反射回來的激光經(jīng)過接收透鏡匯聚到第二光纖陣列的對應(yīng)光纖中，第二光開關(guān)將第二光纖陣列中有反射回來的激光的光纖所在線路與探測器導(dǎo)通；控制處理單元根據(jù)某一時刻控制的激光器發(fā)射激光和探測器接收到反射激光的時間差，可以得出此時刻激光雷達所測量的待測物體的距離，根據(jù)此時刻旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)的角度信息可以得出待測物體在水平方向的方位角；控制處理單元控制第一光開關(guān)在激光器輸入和多路輸出光纖，第二光開關(guān)在多路輸出光纖和探測器輸入之間高速切換工作，同時控制旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)旋轉(zhuǎn)，可以得到有關(guān)待測物體的空間測量數(shù)據(jù)。

在本實用新型中，激光器發(fā)射的激光為脈沖激光，為了行文簡潔，以下不再贅述。

激光雷達是一種對周圍環(huán)境的測量工具，環(huán)境由眾多的待測物體組成，為方便表述，在本實用新型的具體實施例中，周圍環(huán)境以待測物體替代。

在本實用新型中，所述第一光纖陣列和第二光纖陣列中的光纖數(shù)量大于2根。

在本實用新型中，所述旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)為電機旋轉(zhuǎn)平臺，在水平方向旋轉(zhuǎn)。將發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和接收光學(xué)系統(tǒng)固定在平臺上，電機旋轉(zhuǎn)平臺的旋轉(zhuǎn)將帶動發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和接收光學(xué)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)，從而使得激光雷達系統(tǒng)在水平方向進行旋轉(zhuǎn)掃描測量。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述第一光纖陣列和第二光纖陣列中的光纖數(shù)量為2個至128個之間的任一個。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述第一光纖陣列和第二光纖陣列中的光纖成線狀排列。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述第一光纖陣列和第二光纖陣列中的光纖成網(wǎng)格狀排列。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述第一光纖陣列中光纖的出射端面在發(fā)射透鏡的第一焦平面上。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述第二光纖陣列中光纖的入射端面在接收透鏡的第二焦平面上。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述發(fā)射透鏡為準直透鏡。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述接收透鏡為匯聚透鏡。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)包括第一光纖陣列、第一微透鏡陣列和發(fā)射透鏡，第一微透鏡陣列由多個第一微透鏡組成。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述第一微透鏡為準直透鏡。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述第一微透鏡陣列中的第一微透鏡與第一光纖陣列中的光纖是一一對應(yīng)的，每個第一微透鏡的主光軸與發(fā)射透鏡的主光軸平行，同時通過所對應(yīng)的光纖出射端面的中心。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述接收光學(xué)系統(tǒng)包括第二光纖陣列、第二微透鏡陣列和接收透鏡，第二微透鏡陣列由多個第二微透鏡組成。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述第二微透鏡為匯聚透鏡。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述第二微透鏡陣列中的第二微透鏡與第二光纖陣列中的光纖是一一對應(yīng)的，每個第二微透鏡的主光軸與接收透鏡的主光軸平行，同時通過所對應(yīng)的光纖的入射端面的中心。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述準直透鏡為平凸透鏡。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述匯聚透鏡為開普勒望遠鏡。

根據(jù)本實用新型的另一個實例性的實施例，所述發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)、接收光學(xué)系統(tǒng)和旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)組成獨立的旋轉(zhuǎn)掃描探頭，在空間上與激光器、探測器、第一光開關(guān)、第二光開關(guān)和控制處理單元分離。

本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)的區(qū)別在于：

本實用新型利用光開關(guān)進行時分復(fù)用設(shè)計，利用光纖陣列來進行多路激光信號的發(fā)射和接收，只需要一個激光器和一個探測器，即可實現(xiàn)多線程測量，降低了系統(tǒng)的成本。

本實用新型由于光纖具有體積細小的特點，使得激光雷達系統(tǒng)微型化，減小了體積。

本實用新型利用光纖進行激光信號的傳輸，使得發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和接收光學(xué)系統(tǒng)在空間上可以與激光器、探測器等分離，組成獨立的旋轉(zhuǎn)掃描探頭。

通過下文中參照附圖對本實用新型所作的描述，本實用新型的其他目的和優(yōu)點將顯而易見，并可幫助對本實用新型有全面的理解。

附圖說明

圖1顯示本實用新型的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2顯示本實用新型的一種實例性的實施例的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3顯示本實用新型的一種實例性的實施例的接收光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4顯示本實用新型的一種實例性的實施例的光纖陣列的正視圖。

圖5顯示圖4中的光纖陣列的右視圖。

圖6顯示圖5中的光纖陣列的A-A剖視圖。

圖7顯示本實用新型的另一種實例性的實施例的光纖陣列的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖8顯示本實用新型的另一種實例性的實施例的發(fā)射透鏡方案示意圖。

圖9顯示本實用新型的另一種實例性的實施例的接收透鏡方案示意圖。

圖10顯示本實用新型的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)工作原理圖。

圖11顯示本實用新型的接收光學(xué)系統(tǒng)的工作原理圖。

圖12顯示本實用新型的另一種實例性的實施例的總體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖13顯示本實用新型的另一種實例性的實施例的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖14顯示本實用新型的另一種實例性的實施例的接收光學(xué)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

下面通過實施例，并結(jié)合附圖，對本實用新型的技術(shù)方案作進一步具體的說明。在說明書中，相同或相似的附圖標號指示相同或相似的部件。下述參照附圖對本實用新型實施方式的說明旨在對本實用新型的總體實用新型構(gòu)思進行解釋，而不應(yīng)當(dāng)理解為對本實用新型的一種限制。

另外，在下面的詳細描述中，為便于解釋，闡述了許多具體的細節(jié)以提供對本披露的實施例的全面理解。然而明顯的，一個或多個實施例在沒有具體細節(jié)的情況下也可以被實施。在其它情況下，公知的結(jié)構(gòu)和裝置以圖示的方式體現(xiàn)以簡化附圖。

在圖1至圖3所示的一個實例性的實施例中，提供了一種基于光纖陣列的激光雷達系統(tǒng)，包括：

激光器102，發(fā)射激光；探測器112，探測反射回來的激光，并將探測到的信號輸入控制處理單元101；第一光開關(guān)103，將激光器輸入的激光信號進行時分復(fù)用，在不同的時刻將激光在多路輸出光纖110之間切換，起到一個激光器給多個測量線路提供激光的作用；第二光開關(guān)111，將多路輸入光纖114與探測器112連接，在不同的時刻，將某一輸入光纖104中的信號與探測器112導(dǎo)通，起到一個探測器對多路反射激光進行探測的作用；發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105，包含第一光纖陣列201和發(fā)射透鏡203，將第一光開關(guān)103輸出的多路光纖信號進行準直，并以與水平面成不同的夾角發(fā)射出去；接收光學(xué)系統(tǒng)109，包含第二光纖陣列204和接收透鏡206，將待測物體表面反射回來的激光接收，并聚焦匯聚到第二光開關(guān)111的不同輸入光纖116中；多路輸入光纖110將第一光開關(guān)103和發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105相連，多路輸出光纖114將第二光開關(guān)111和接收光學(xué)系統(tǒng)109相連；旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113，通過旋轉(zhuǎn)帶動發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105和接收光學(xué)系統(tǒng)旋轉(zhuǎn)，使激光雷達對空間不同位置進行掃描測量,并將旋轉(zhuǎn)時的角度信息發(fā)送給控制處理單元；控制處理單元101，控制激光器102發(fā)射激光并記錄發(fā)射時間，控制第一光開關(guān)103和第二光開關(guān)111的開關(guān)狀態(tài)以及光路選擇，控制旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113進行旋轉(zhuǎn)，并對探測器112輸入的探測信號進行數(shù)據(jù)處理。

其中，第一光開關(guān)103在不同的時刻將激光器102發(fā)射的激光在第一光纖陣列201的不同光纖之間導(dǎo)通，并由發(fā)射透鏡203將導(dǎo)通的激光準直后以與水平面成不同的夾角發(fā)射出去；反射回來的激光經(jīng)過接收透鏡206匯聚到第二光纖陣列204的對應(yīng)光纖中，第二光開關(guān)111將第二光纖陣列204中有反射回來的激光的光纖所在線路與探測器112導(dǎo)通；控制處理單元101根據(jù)某一時刻控制的激光器102發(fā)射激光和探測器112接收到反射激光108的時間差，可以得出此時刻激光雷達所測量的待測物體107的距離，根據(jù)此時刻旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113的角度信息可以得出待測物體107的方位角；控制處理單元101控制第一光開關(guān)103在激光器102輸入和多路輸出光纖110，第二光開關(guān)111在多路輸出光纖114和探測器112輸入之間高速切換工作，同時控制旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113旋轉(zhuǎn)，可以得到大量的點對點測量數(shù)據(jù)，從而得到周邊待測物體的大小、形狀、距離等三維信息。

旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113為電機旋轉(zhuǎn)平臺，在水平方向旋轉(zhuǎn)。將發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和接收光學(xué)系統(tǒng)固定在平臺上，電機旋轉(zhuǎn)平臺的旋轉(zhuǎn)將帶動發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)和接收光學(xué)系統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)，從而使得激光雷達系統(tǒng)在水平方向進行旋轉(zhuǎn)掃描測量。

控制處理單元101發(fā)出信號，驅(qū)動激光器102發(fā)射激光，發(fā)射的激光進入第一光開關(guān)103。第一光開關(guān)103有多個輸出端口，通過多路輸出光纖110，將第一光開關(guān)103與發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105相連，光開關(guān)103的每個輸出端口，分別與發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105的第一光纖陣列201中的一根光纖相連。

控制處理單元101在驅(qū)動激光器102工作的同時，控制第一光開關(guān)103工作，使得在一定的時間間隔內(nèi)，第一光開關(guān)103只有一對輸入-輸出通道處于導(dǎo)通狀態(tài)，即在任一時刻，激光器102發(fā)射的激光，只能被導(dǎo)通至第一光纖陣列201中的某一根光纖。控制處理單元101驅(qū)動第一光開關(guān)103進行工作端口依次切換，使第一光纖陣列201中的光纖104是依次導(dǎo)通的。第一光纖陣列201中的每根光纖104在導(dǎo)通狀態(tài)時，激光器102發(fā)射的激光，都通過光纖104發(fā)射出來，每根光纖都近似于一個微型的點光源，第一光纖陣列201近似于一個點光源陣列。在第一光開關(guān)103的控制下，此近似點光源陣列中的各點光源依次發(fā)光。

第一光纖陣列201中的光纖的個數(shù)，即本實用新型中激光雷達的測量線數(shù)，是由第一光開關(guān)103的輸出端口數(shù)決定的。根據(jù)公開信息，光通信領(lǐng)域的基于微機電系統(tǒng)的光開關(guān)目前已經(jīng)有包含128個以上輸出端口的成熟產(chǎn)品，因此本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，可以根據(jù)本實用新型制造包含數(shù)量在2個到128個的任一線數(shù)的激光雷達。特別地，根據(jù)信息處理的習(xí)慣，激光雷達的線數(shù)可以是2個、4個、8個、16個、32個、64個或128個中的任一個。

為增加對本實用新型中光纖陣列的理解，在圖4至圖6中顯示的是本實用新型中包含16根光纖的光纖陣列示意圖。圖4顯示的是正視圖，圖5顯示的是圖4中光纖陣列的右視圖，圖6顯示的是圖5中光纖陣列的A-A方向剖視圖。在圖4至圖6中，光纖陣列中的光纖是線性排列的。應(yīng)知道，選擇16線光纖陣列作示意圖只是為了對本實用新型作更清晰的說明而選取的一種示例性的實施例。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖5所示，光纖陣列中的光纖是成線狀排列的。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖7所示，光纖陣列中的光纖是成網(wǎng)格狀排列的。

在本實用新型的一種實例性的實施例中，第一光纖陣列201和第二光纖陣列204具有相同的結(jié)構(gòu)和光纖數(shù)量。

第一光纖陣列和第二光纖陣列中的光纖，起著傳輸和發(fā)射激光的作用，可以是單模光纖，也可以是多模光纖。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，本實用新型中的單模光纖為符合國際電信聯(lián)盟ITU-T G.652標準的光纖。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，本實用新型中的多模光纖為符合國際電信聯(lián)盟ITU-T G.651標準的光纖。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖10中所示，第一光纖陣列201，其中所包含所有光纖的出射端面301都處于與發(fā)射透鏡203平行的同一平面上，而且是處于發(fā)射透鏡203的第一焦平面上(過物方焦點且垂直于透鏡主光軸的平面)。由光學(xué)基本原理可知，發(fā)射透鏡203第一焦平面上的任一點光源(第一光纖陣列201中光纖出射端口)所發(fā)出的激光，經(jīng)過發(fā)射透鏡203后，會變成平行光，此平行光的發(fā)射方向，與此點光源即光纖端面在第一焦平面上的位置有關(guān)，與連接此點光源和發(fā)射透鏡203的光心的連線(副光軸)方向相同。第一光纖陣列201中的光纖，是依次排列成一條直線，處于發(fā)射透鏡203第一焦平面上的不同位置，在豎直方向排列，因此不同光纖發(fā)射的激光，經(jīng)過發(fā)射透鏡203后，會以與水平面成不同的夾角對待測物體107進行照射，夾角的大小與所發(fā)射激光的光纖位置有關(guān)。因此，第一光纖陣列201與發(fā)射透鏡配合，即可實現(xiàn)激光雷達多線測量的功能。同時，旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113在水平方向上周期性旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105和接收光學(xué)系統(tǒng)109旋轉(zhuǎn)，引起發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105發(fā)出的發(fā)射激光106在水平方向?qū)Υ郎y物體進行周期性掃描，并將掃描時的角度信息發(fā)送給控制處理單元。由此，根據(jù)測量時發(fā)射激光的光纖在發(fā)射透鏡203第一焦平面上的位置，激光雷達系統(tǒng)可得到待測物體107在豎直方向的方位角；根據(jù)旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113發(fā)送給控制處理單元101的水平方向的角度信息，可得到待測物體107在水平方向的方位角；根據(jù)發(fā)射激光和接收激光的時間差可測得待測物體107的距離，根據(jù)距離和豎直、水平方向的方位角，可得出待測物體的三維空間信息。

第一光纖陣列201中光纖發(fā)射的激光，經(jīng)過發(fā)射透鏡203后，以與水平面成不同的夾角對待測物體107進行照射，在待測物體107表面有一部分激光會反射，一部分反射激光108會被接收光學(xué)系統(tǒng)109接收。在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖3和圖12所示，反射光108被接收透鏡206接收后，被耦合進第二光纖陣列204中。第二光纖陣列204中光纖的入射端面302，都處于接收透鏡206的第二焦平面上(過象方焦點且垂直于主光軸的平面)，與前所述的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105相似的原理，如圖11所示，第一光纖陣列201中每根光纖經(jīng)過發(fā)射透鏡203向待測物體107照射的發(fā)射激光106，其反射激光108會被耦合進第二光纖陣列204中相對應(yīng)的光纖中。

控制處理單元101控制第一光開關(guān)103將激光器102與第一光纖陣列201中的某根光纖導(dǎo)通的同時，控制第二光開關(guān)111，將第二光纖陣列204中與第一光纖陣列201中導(dǎo)通的光纖相對應(yīng)的那根光纖與探測器112導(dǎo)通，反射激光108因此被探測112接收，信號被送入控制處理單元101。

在t₀時刻，控制處理單元101控制激光器102發(fā)射激光，同時將光開關(guān)103中與光纖陣列201中的第一根光纖相連的端口導(dǎo)通，激光器102發(fā)射的激光因此通過光纖陣列201中的第一根光纖向發(fā)射透鏡203發(fā)射，發(fā)射透鏡203對激光進行準直，并根據(jù)第一根光纖在其第一焦平面上的位置在豎直方向以特定的角度向待測物體107發(fā)射激光106。

發(fā)射激光106在待測物體107表面發(fā)生反射現(xiàn)象，一部分反射激光108被接收透鏡206接收。接收透鏡206將反射激光108匯聚耦合進與第一光纖陣列201中第一根光纖所對應(yīng)的第二光纖陣列204的第一根光纖中。在t₀時刻，控制處理單元101還發(fā)出控制信號，驅(qū)動第二光開關(guān)111進行光路選擇，將第二光纖陣列204中的第一根光纖與探測器112導(dǎo)通，反射激光108因此被探測器112接收，接收到的發(fā)射激光108在經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換后被送入控制處理單元101，控制處理單元101記錄此時的時刻t₁，并發(fā)出控制信號，將第一光開關(guān)103和第二光開關(guān)111的所有通道都關(guān)閉。

令t₁時刻和t₀時刻的時間差為ΔT，假設(shè)激光器102與控制處理單元101處于同一位置，根據(jù)脈沖探測法的測量原理，本次測量中測得的待測物體107上某點與激光器102的距離L為其中C為激光在空氣中的傳輸速度。同時，如圖12所示，根據(jù)第一光纖陣列201中第一根光纖在發(fā)射透鏡203的焦平面上所處的位置，即可得到第一根光纖發(fā)出的激光經(jīng)過發(fā)射透鏡203后的發(fā)射激光106在豎直方向的發(fā)射角度，即由此可得的待測物體107表面某點在豎直方向所處的方位角。在t₀時刻和t₁時刻，旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113分別將在水平方向所處的角度信息發(fā)送給控制處理單元101，則待測物體107在水平方向上的方位角即處于這兩個角度之間，作為一種優(yōu)選方案，取t₀時刻和t₁時刻旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113所處的角度的平均值作為本次測量中待測物體在水平方向的方位角。

在t₂時刻，控制處理單元101控制激光器102發(fā)射激光，并驅(qū)動第一光開關(guān)103和第二光開關(guān)111，將激光器102與第一光纖陣列201中的第二根光纖、探測器112與第二光纖陣列204中的第二根光纖同時導(dǎo)通，進入第一光開關(guān)103中的第二根光纖的測量周期。記t₂時刻與t₀時刻的時間差為T，此即為本實用新型中激光雷達系統(tǒng)得到一個測量數(shù)據(jù)所占用的時間。

激光器102發(fā)射的激光為脈沖激光，激光雷達對空間距離的測量精度與脈沖寬度有關(guān)，一般來說，脈沖寬度越寬，測量精度越低。同時，由于激光雷達的測量距離與脈沖寬度也有關(guān)系，由于脈沖寬度越寬，激光能量越大，則測量距離越大。因此，一般脈沖寬度要綜合考慮。

激光器102是周期性發(fā)射脈沖激光的，其周期根據(jù)待測物體或者激光雷達的測量距離決定，周期應(yīng)該大于激光在測量距離內(nèi)傳播一個來回所需要的時間。作為一種示例性的說明，當(dāng)待測物體106的距離為150米時，自激光器102發(fā)射激光，激光到達待測物體106的表面后，反射激光107被探測器接收的時間約為1微秒，則激光器102發(fā)射脈沖激光的周期要大于1微妙。為方便本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員更深入的理解本實用新型，作為一種示例性說明，可選定激光器102發(fā)射脈沖激光的周期為2微秒，脈沖寬度為10納秒，即每2微秒發(fā)射一次脈沖寬度為10納秒的激光。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，激光器102的周期為2微秒和脈沖寬度為10納秒只是一種示例性說明，不應(yīng)成為本實施例的一種限制。

控制處理單元101通過控制第一光開關(guān)103和第二光開關(guān)111進行光路選擇，使得第一光纖陣列201和第二光纖陣列204中的光纖依次工作，則包含N根光纖的第一光纖陣列201和第二光纖陣列204的一次完整工作時間為2N微秒。假設(shè)第一光纖陣列201和第二光纖陣列204中各包含64根光纖，則在128微秒內(nèi)，六十四對光纖依次工作一次，得到待測物體107表面的六十四個點的距離和角度信息。

控制處理單元101在控制激光器102、第一光開關(guān)103和第二光開關(guān)111進行周期性工作的同時，控制旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113進行旋轉(zhuǎn)，帶動發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105和接收光學(xué)系統(tǒng)109在水平方向進行旋轉(zhuǎn)掃描。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113的掃描頻率為20赫茲，即掃描一周的時間為50毫秒。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖1所示，發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105、接收光學(xué)系統(tǒng)109和控制處理單元101、激光器102等器件在空間上是集成在一起的，因此旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113是帶動整個激光雷達系統(tǒng)進行旋轉(zhuǎn)掃描。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖5所示，第一光纖陣列201和第二光纖陣列204中的光纖是按線狀排列的。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖7所示，第一光纖陣列201和第二光纖陣列204中的光纖是按網(wǎng)格狀排列的。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖8所示，發(fā)射透鏡203為平凸透鏡。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖9所示，接收透鏡206為開普勒型望遠鏡。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖12所示，發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105、接收光學(xué)系統(tǒng)109和旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)113組成獨立的旋轉(zhuǎn)掃描探頭115。旋轉(zhuǎn)掃描探頭115中的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105通過光纖束110與第一光開關(guān)103相連，接收光學(xué)系統(tǒng)109通過光纖束114與第二光開關(guān)111相連，旋轉(zhuǎn)掃描機構(gòu)115通過導(dǎo)線與控制處理單元101相連。旋轉(zhuǎn)掃描探頭115在空間上可以與第一光開關(guān)103、第二光開關(guān)111、控制處理單元101、激光器102和探測器112分離。獨立的旋轉(zhuǎn)掃描探頭115結(jié)構(gòu)簡單，體積小，便于安裝。

在圖2所示的發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)105的實例性的實施例中，由于光纖的發(fā)射端面與發(fā)射透鏡203有一定的距離，而從第一光纖陣列201中光纖發(fā)射的激光，具有比較大的發(fā)散角，導(dǎo)致從光纖到達發(fā)射透鏡203入射端的光斑比較大。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖13所示，在第一光纖陣列201和發(fā)射透鏡203之間，有一個第一微透鏡陣列202，第一微透鏡陣列202中的第一微透鏡303數(shù)量以及排列方式，與第一光纖陣列201中的光纖數(shù)量和排列方式相同，第一微透鏡陣列202中的第一微透鏡303和第一光纖陣列201中光纖是一一對應(yīng)的。第一微透鏡陣列202中的第一微透鏡303，為準直透鏡。作為一種優(yōu)選方案，是平凸透鏡。作為一種優(yōu)選方案，第一微透鏡陣列202中的第一微透鏡303，主光軸與發(fā)射透鏡203的主光軸平行，且通過其對應(yīng)的發(fā)射光纖的中心，在主光軸上。因此，微透鏡陣列202中的第一微透鏡303，將第一光纖陣列201中光纖發(fā)射的激光，進行準直，以與發(fā)射透鏡203主光軸平行的方向?qū)Πl(fā)射透鏡203傳輸，且傳輸?shù)桨l(fā)射透鏡203上時光斑較小。由光學(xué)基本知識可知，平行于透鏡主光軸的入射光線，通過透鏡后，其出射光線或出射光線的延長線，通過透鏡的焦點，由此，根據(jù)光纖陣列201中的光纖的纖芯的位置以及發(fā)射透鏡203的焦距，可以得知這條光纖發(fā)射的激光經(jīng)過發(fā)射透鏡203后，射向待測物體107的方向角。

在圖3所示的接收光學(xué)系統(tǒng)的實例性的實施例中，第二光纖陣列204光纖的入射端，處于接收透鏡206的焦平面上，待測物體107表面的反射光108，被接收透鏡206耦合進第二光纖陣列204的光纖中。由于光纖的數(shù)值孔徑比較小，耦合效率比較低。

在本實用新型的一個實例性的實施例中，如圖14所示，第二光纖陣列204和接收透鏡206之間，有一個第二微透鏡陣列205。第二微透鏡陣列205中的第二微透鏡304，為匯聚透鏡。作為一種優(yōu)選方案，是平凸透鏡。作為一種優(yōu)選方案，第二微透鏡陣列205中的第二微透鏡304，主光軸與接收透鏡206的主光軸平行，且通過其對應(yīng)的發(fā)射光纖的中心，在主光軸上。第二微透鏡陣列205中的第二微透鏡304，將從接收透鏡206中傳輸過來的反射激光108，進行二次匯聚，耦合進所對應(yīng)的光纖中。

本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，上面所描述的實施例都是示例性的，并且本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對其進行改進，各種實施例中所描述的結(jié)構(gòu)在不發(fā)生結(jié)構(gòu)或者原理方面的沖突的情況下可以進行自由組合。

雖然結(jié)合附圖對本實用新型進行了說明，但是附圖中公開的實施例旨在對本實用新型的實施方式進行示例性說明，而不能理解為對本實用新型的一種限制。

雖然闡述本實用新型的構(gòu)思的一些實施例已經(jīng)被顯示和說明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將理解，在不背離本實用新型構(gòu)思的原則和精神的情況下，可對這些實施例做出改變，本實用新型的范圍以權(quán)利要求和它們的等同物限定。