專利名稱：一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置及應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種前視防撞激光雷達裝置及應(yīng)用，尤其是涉及一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置及應(yīng)用。
背景技術(shù)：
據(jù)統(tǒng)計，在高速公路上近45%的惡性事故都源于汽車追尾，而追尾的直接原因就是駕駛員對前面障礙難以看清或者注意力分散。最有效的降低事故的方法就是讓車具有碰撞報警或主動避障功能。車用雷達分為超聲波雷達、紅外雷達、激光雷達以及微波雷達。超聲波雷達、紅外雷達因其探測距離相對較短，目前，主要應(yīng)用于汽車倒車控制系統(tǒng)。激光雷達的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)相對簡單，具有高單色性、高方向性、相干性好、測量精度較高、探測距離遠、能識別道路狀況、價格便宜等特點。已有的防撞技術(shù)中雖有采用激光作為掃描信號，但現(xiàn)有的掃描方式存在缺陷，無法防止全路況的碰撞發(fā)生。國家知識產(chǎn)權(quán)局公開的200610044077. 4號專利申請公開了一種一維掃描激光雷達汽車防撞系統(tǒng)的技術(shù)方案，該方案的激光掃描裝置采用一維掃描振鏡發(fā)射一維掃描激光束，而一維掃描振鏡背部則是固定在軸套上，軸套裝在軸桿上，由軸桿的轉(zhuǎn)動帶動一維振鏡的掃描。這種非旋轉(zhuǎn)掃描方式其掃描頻率不會太快，并且只是一維掃描，不滿足車輛上坡下坡以及分辨護欄的需求。國家知識產(chǎn)權(quán)局公開的200810014718. 0號專利申請公開了一種二維掃描激光防撞雷達系統(tǒng)的技術(shù)方案，該方案的激光掃描裝置是采用數(shù)字掃描組件DMD芯片和透鏡組組成，利用DMD芯片發(fā)射，透鏡組放大，構(gòu)成一個二維激光掃描陣列。其掃描雖實現(xiàn)了二維掃描，但是，DMD芯片的掃描角盡管透過透鏡組放大，掃描角也很小，并進一步導(dǎo)致光路復(fù)雜， 且其相當昂貴，不便于廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷而提供一種可獲得很大的視場掃描范圍，能探測障礙物的高度、位置信息的多線掃描前視防撞激光雷達裝置及應(yīng)用。本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置，該裝置包括激光發(fā)射系統(tǒng)、多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、激光接收探測系統(tǒng)和控制驅(qū)動系統(tǒng)， 所述的激光發(fā)射系統(tǒng)、多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、激光接收探測系統(tǒng)依次連接，所述的激光發(fā)射系統(tǒng)、多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、激光接收探測系統(tǒng)分別與控制驅(qū)動系統(tǒng)連接，。所述的激光發(fā)射系統(tǒng)包括激光器和準直器，所述的激光器與準直器連接。所述的多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)包括多面體轉(zhuǎn)鼓、旋轉(zhuǎn)電機和光電對，所述的旋轉(zhuǎn)電機與多面體轉(zhuǎn)鼓連接，可帶動多面體轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)，所述的多面體轉(zhuǎn)鼓的上端設(shè)置有多面體反射鏡，多面體轉(zhuǎn)鼓的下端為分割均勻的鋸齒結(jié)構(gòu)，所述的光電對設(shè)置在多面體轉(zhuǎn)鼓的下端， 可以測試出多面體轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角度。
所述的激光接收探測系統(tǒng)包括穿孔鏡、接收透鏡、APD探測器，所述的穿孔鏡與接收透鏡的光軸成45°角，穿孔鏡的中心孔設(shè)置在激光發(fā)射的光軸上，其保證激光的發(fā)收同軸，所述的APD探測器放置在接收透鏡的像面處。所述的控制驅(qū)動系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)、激光器驅(qū)動電路、電機驅(qū)動電路、測角電路和 APD探測電路，所述的控制系統(tǒng)與激光器驅(qū)動電路、電機驅(qū)動電路、測角電路和APD探測電路分別連接，所述的激光器驅(qū)動電路與激光器連接，所述的電機驅(qū)動電路與旋轉(zhuǎn)電機連接， 所述的測角電路與光電對連接，所述的APD探測電路與APD探測器連接。所述的多面體反射鏡的面包括四面、六面。所述的激光器發(fā)射極小發(fā)散角的準直窄脈沖光束。一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置的應(yīng)用方法為控制系統(tǒng)控制激光器驅(qū)動電路，使激光器發(fā)射窄脈沖光束，窄脈沖光束經(jīng)過準直器后形成發(fā)散角極小的窄脈沖光束，該光束通過穿孔鏡的中心孔照射到多面體轉(zhuǎn)鼓的上端的多面體反射鏡，由于多面體反射鏡的各表面相對旋轉(zhuǎn)軸有各不相同的小傾角，當驅(qū)動電機驅(qū)動多面體轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)時，多面體反射鏡的各表面可在前視垂直路面方向上進行多線掃描，當激光束照射到障礙物時，將產(chǎn)生回波脈沖，回波脈沖經(jīng)過多面體轉(zhuǎn)鼓的上端的多面體反射鏡反射到穿孔鏡，再由穿孔鏡反射到接收透鏡，接收透鏡將回波脈沖聚焦于APD探測器上，APD探測電路根據(jù)APD探測器回波脈沖的強弱和延遲計算出與障礙物之間的距離和障礙物的方位；同時光電對通過對多面體轉(zhuǎn)鼓下端的均勻鋸齒計數(shù)，由測角電路反饋出障礙物的方位信息，控制系統(tǒng)結(jié)合上述數(shù)據(jù)可以給出障礙物的實時分布圖，并給出相關(guān)的警告。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點1、通過多面體轉(zhuǎn)鼓掃描可以獲得很大的視場掃描范圍，可以探測臨近車道闖入的
障礙；2、多面體轉(zhuǎn)鼓的每個反射面相對旋轉(zhuǎn)軸有不同的偏角，每個掃描線所獲得的目標在垂直方向上的位置是不一樣的，從而為雷達獲得不同高度的障礙信息以及分辨車道護欄、車輛上、下坡道提供了數(shù)據(jù)，提高了對障礙物的判斷能力；3、多面體轉(zhuǎn)鼓下端的均勻鋸齒結(jié)構(gòu)可以用來計算轉(zhuǎn)鼓的旋轉(zhuǎn)角度，從而確定障礙物的方位。


圖1為多線掃瞄前視防撞激光雷達裝置結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為多面體轉(zhuǎn)鼓的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1為控制系統(tǒng)、2為激光器驅(qū)動電路、3為激光器、4為準直器、5為穿孔鏡、6為多面體轉(zhuǎn)鼓、7為電機驅(qū)動電路、8為接收透鏡、9為APD探測器、10為APD探測電路、11為光電對、12為測角電路、13為多面體反射鏡、14為中心轉(zhuǎn)軸。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。實施例如圖1所示，一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置，該裝置包括激光發(fā)射系統(tǒng)、多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、激光接收探測系統(tǒng)和控制驅(qū)動系統(tǒng)，激光發(fā)射系統(tǒng)包括激光器3和準直器4，激光器3與準直器4連接；多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)包括多面體轉(zhuǎn)鼓6、旋轉(zhuǎn)電機和光電對11。旋轉(zhuǎn)電機與多面體轉(zhuǎn)鼓6連接，可帶動多面體轉(zhuǎn)鼓6旋轉(zhuǎn)，多面體轉(zhuǎn)鼓6的上端設(shè)置有多面體反射鏡13，多面體轉(zhuǎn)鼓6的下端為分割均勻的鋸齒結(jié)構(gòu)。光電對11設(shè)置在多面體轉(zhuǎn)鼓6的下端，可以測試出多面體轉(zhuǎn)鼓6的旋轉(zhuǎn)角度；激光接收探測子系統(tǒng)包括穿孔鏡5、 接收透鏡8、APD探測器9，穿孔鏡5與接收透鏡8的光軸成45°角，穿孔鏡5的中心孔設(shè)置在激光發(fā)射的光軸上，其保證激光的發(fā)收同軸，APD探測器9設(shè)置在接收透鏡8的像面處； 控制驅(qū)動系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)1、激光器驅(qū)動電路2、電機驅(qū)動電路7、測角電路12和APD探測電路10，控制系統(tǒng)1與激光器驅(qū)動電路2、電機驅(qū)動電路7、測角電路12和APD探測電路10 分別連接。激光器驅(qū)動電路2與激光器3連接，電機驅(qū)動電路7與旋轉(zhuǎn)電機連接，測角電路 12與光電對11連接，APD探測電路10與APD探測器9連接。多面體反射鏡13的各表面相對旋轉(zhuǎn)軸各有一定的傾角，當多面體轉(zhuǎn)鼓6旋轉(zhuǎn)，其各表面可在前視垂直路面方向上進行多線掃描。多面體反射鏡13為四面，可以掃描的角度為180°。多線掃描前視防撞激光雷達裝置的具體工作過程為1、由控制系統(tǒng)1控制激光器驅(qū)動電路2，使激光器3發(fā)射窄脈沖光束，窄脈沖光束經(jīng)過準直器4后形成發(fā)散角極小的窄脈沖光束，該光束通過穿孔鏡5的中心孔照射到多面體轉(zhuǎn)鼓6的上端的多面體反射鏡13，由于驅(qū)動電機驅(qū)動多面體轉(zhuǎn)鼓6旋轉(zhuǎn)，可以使光束在一維空間180°角快速地寬視場掃描(掃描視場角度由多面體的面數(shù)決定，例如四面體可以實現(xiàn)180度角的掃面，而六面體只可實現(xiàn)120度角的掃描)；2、當激光束照射到障礙物時，將產(chǎn)生回波脈沖，回波脈沖經(jīng)過多面體轉(zhuǎn)鼓6的上端的多面體反射鏡13反射到穿孔鏡5，再由穿孔鏡5反射到接收透鏡8，接收透鏡8將回波脈沖聚焦于APD探測器9上，APD探測電路10根據(jù)APD探測器9回波脈沖的強弱和延遲計算出與障礙物之間的距離和障礙物的方位；3、光電對11通過對多面體轉(zhuǎn)鼓6下端的均勻鋸齒計數(shù)，由測角電路12反饋出障礙物的方位信息；4、控制系統(tǒng)1結(jié)合上述數(shù)據(jù)可以給出障礙物的實時分布圖，并給出相關(guān)的警告。如圖2所示，多面體轉(zhuǎn)鼓11上端的多面體反射鏡的各表面相對14旋轉(zhuǎn)軸有各不相同的小傾角，傾角分別為士 S °、士2δ°，這樣就可以獲得在垂直方向上四線掃描的目標信息。為不同高度目標提供分辨能力，也為分辨車道護欄、車輛上、下坡道提供了數(shù)據(jù)，從而獲得更好的障礙判斷能力。
權(quán)利要求
1.一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置，其特征在于，該裝置包括激光發(fā)射系統(tǒng)、多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、激光接收探測系統(tǒng)和控制驅(qū)動系統(tǒng)，所述的激光發(fā)射系統(tǒng)、多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、激光接收探測系統(tǒng)依次連接，所述的激光發(fā)射系統(tǒng)、多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、激光接收探測系統(tǒng)分別與控制驅(qū)動系統(tǒng)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置，其特征在于，所述的激光發(fā)射系統(tǒng)包括激光器C3)和準直器G)，所述的激光器C3)與準直器(4)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置，其特征在于，所述的多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)包括多面體轉(zhuǎn)鼓(6)、旋轉(zhuǎn)電機和光電對(11)，所述的旋轉(zhuǎn)電機與多面體轉(zhuǎn)鼓(6)連接，可帶動多面體轉(zhuǎn)鼓(6)旋轉(zhuǎn)，所述的多面體轉(zhuǎn)鼓(6)的上端設(shè)置有多面體反射鏡(13)，多面體轉(zhuǎn)鼓(6)的下端為分割均勻的鋸齒結(jié)構(gòu)，所述的光電對(11)設(shè)置在多面體轉(zhuǎn)鼓(6)的下端，可以測試出多面體轉(zhuǎn)鼓(6)的旋轉(zhuǎn)角度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置，其特征在于，所述的激光接收探測系統(tǒng)包括穿孔鏡(5)、接收透鏡(8)、APD探測器(9)，所述的穿孔鏡(5)與接收透鏡(8)的光軸成45°角，穿孔鏡( 的中心孔設(shè)置在激光發(fā)射的光軸上，其保證激光的發(fā)收同軸，所述的APD探測器(9)設(shè)置在接收透鏡(8)的像面處。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置，其特征在于，所述的控制驅(qū)動系統(tǒng)包括控制系統(tǒng)(1)、激光器驅(qū)動電路O)、電機驅(qū)動電路(7)、測角電路(12)和 APD探測電路(10)，所述的控制系統(tǒng)⑴與激光器驅(qū)動電路O)、電機驅(qū)動電路(7)、測角電路(12)和APD探測電路(10)分別連接，所述的激光器驅(qū)動電路(2)與激光器(3)連接，所述的電機驅(qū)動電路(7)與旋轉(zhuǎn)電機連接，所述的測角電路(1 與光電對(11)連接，所述的 APD探測電路(10)與APD探測器(9)連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置，其特征在于，所述的多面體反射鏡(1 的面包括四面、六面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置，其特征在于，所述的激光器C3)發(fā)射極小發(fā)散角的準直窄脈沖光束。
8.一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置的應(yīng)用方法為控制系統(tǒng)(1)控制激光器驅(qū)動電路O)，使激光器C3)發(fā)射窄脈沖光束，窄脈沖光束經(jīng)過準直器(4)后形成發(fā)散角極小的窄脈沖光束，該光束通過穿孔鏡(5)的中心孔照射到多面體轉(zhuǎn)鼓(6)的上端的多面體反射鏡(13)，由于多面體反射鏡(1 的各表面相對旋轉(zhuǎn)軸有各不相同的小傾角，當驅(qū)動電機驅(qū)動多面體轉(zhuǎn)鼓(6)旋轉(zhuǎn)時，多面體反射鏡(1 的各表面可在前視垂直路面方向上進行多線掃描，當激光束照射到障礙物時，將產(chǎn)生回波脈沖，回波脈沖經(jīng)過多面體轉(zhuǎn)鼓(6)的上端的多面體反射鏡(13)反射到穿孔鏡(5)，再由穿孔鏡(5)反射到接收透鏡(8)，接收透鏡(8) 將回波脈沖聚焦于APD探測器(9)上，APD探測電路(10)根據(jù)APD探測器(9)回波脈沖的強弱和延遲計算出與障礙物之間的距離和障礙物的方位；同時光電對(11)通過對多面體轉(zhuǎn)鼓(6)下端的均勻鋸齒計數(shù)，由測角電路(12)反饋出障礙物的方位信息，控制系統(tǒng)(1) 結(jié)合上述數(shù)據(jù)可以給出障礙物的實時分布圖，并給出相關(guān)的警告。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多線掃描前視防撞激光雷達裝置及應(yīng)用，該裝置包括激光發(fā)射系統(tǒng)、多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、激光接收探測系統(tǒng)和控制驅(qū)動系統(tǒng)，所述的激光發(fā)射系統(tǒng)、多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、激光接收探測系統(tǒng)依次連接，所述的激光發(fā)射系統(tǒng)、多面體旋轉(zhuǎn)掃描系統(tǒng)、激光接收探測系統(tǒng)分別與控制驅(qū)動系統(tǒng)連接；該裝置的應(yīng)用方法為激光器(3)發(fā)射的窄脈沖光束照射到多面體反射鏡(13)上，由于多面體反射鏡(13)的各表面相對旋轉(zhuǎn)軸有各不相同的小傾角，因而可在前視垂直路面方向上進行多線掃描，控制系統(tǒng)(1)結(jié)合數(shù)據(jù)給出相關(guān)的警告。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有可獲得很大的視場掃描范圍，能探測障礙物的高度、位置信息等優(yōu)點。
文檔編號G01S17/93GK102338875SQ20101022932
公開日2012年2月1日 申請日期2010年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月16日
發(fā)明者李少勤 申請人:李少勤