本實用新型涉及雷達技術領域，特別是涉及一種包括多個光測距單元的旋轉式測距雷達。

背景技術：

激光雷達是光電輻射探測和傳統(tǒng)雷達的基礎上發(fā)展起來的主動成像技術，其在沿用電磁雷達測距原料的基礎上，采用探測波長更短的光作為探測光源，相對于微波雷達和毫米波具有更高的空間分辨率，可實現(xiàn)目標輪廓達毫米量級的高分辨率空間成像，廣泛應用于各個技術領域當中。激光測距是利用激光對被測物體的距離進行準確測定的方法，其在工作時向被測物體發(fā)射出一束很細的激光，由光電元件接收目標反射的激光束，計時單元測定激光束從發(fā)射到接收的時間，計算出被測物體的距離。

自主機器人在運動的過程中，需要實時的感知其周圍的動態(tài)或靜態(tài)環(huán)境，并對獲取的環(huán)境信息進行分析融合，構建地圖，從而決策最優(yōu)行進路線。旋轉式激光測距雷達因其具有360度全覆蓋、測距精度高、響應快、體積小等特點，逐步成為環(huán)境測量感知領域的主流傳感器，被廣泛應用在移動機器人或空間測量裝置中。現(xiàn)有的旋轉式激光測距雷達的激光測距單元主要采用三角測距法或脈沖測距法(TOF)等方式進行測距，且測距的采樣速率主要受限于激光功率(必須滿足安全標準class1)、曝光時間和傳統(tǒng)的串行通訊速率。因此，期待通過這幾方面的改善來大幅提升旋轉式激光測距雷達的測量分辨率和測量速度是比較有限的。

目前，自主機器人由于其行動越來越靈活，移動速度越來越快，因此，其對旋轉式激光測距雷達的要求越來越高。現(xiàn)有的旋轉式激光測距雷達的測量速度和分辨率無法滿足自主機器人的需求。在保證測量精度和穩(wěn)定性前提下，提高激光雷達的分辨率，必須降低旋轉掃描速度，采樣速率也會隨之降低。如此，勢必減緩360度全覆蓋測距的測距速度。因此，如何在保證測距速度的同時提高旋轉式測距雷達的測量分辨率是目前本領域的技術人員所亟待解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

鑒于以上所述現(xiàn)有技術的缺點，本實用新型的目的在于提供一種旋轉式測距雷達，用于解決現(xiàn)有技術中如何在現(xiàn)有的旋轉掃描速度下成倍提升測距的采樣速率，在保持測距速率的情況下提高光測距雷達的測量分辨率的問題。

為實現(xiàn)上述目的及其他相關目的，本實用新型提供一種旋轉式測距雷達，包括：底座、 旋轉臺、供電單元、受電單元、第一通信單元、第二通信單元和多個光測距單元；其中，所述旋轉臺相對于所述底座是可旋轉的；所述供電單元和所述第一通信單元設置于所述底座上；所述受電單元、所述第二通信單元和多個所述光測距單元設置于所述旋轉臺上，且多個所述光測距單元互不遮擋；所述受電單元分別與多個所述光測距單元連接；所述供電單元和所述受電單元之間采用非接觸式供電；所述第一通信單元和所述第二通信單元之間采用非接觸式數(shù)據(jù)傳輸。

于本實用新型的一實施例中，在所述旋轉臺上，多個所述光測距單元均勻分布在以所述旋轉臺的中心為圓心的圓周上。

于本實用新型的一實施例中，所述旋轉式測距雷達還包括多個與所述光測距單元相匹配的支撐件；所述支撐件固定在所述旋轉臺上，所述光測距單元固定在所述支撐件上。

于本實用新型的一實施例中，多個所述光測距單元通過所述支撐架固定在同一平面或不同平面。

于本實用新型的一實施例中，所述光測距雷達包括激光測距單元、或紅外光測距單元。

于本實用新型的一實施例中，所述激光測距單元包括激光發(fā)射器、濾光片、透鏡和線陣CCD圖像傳感器，其中，所述激光發(fā)射器背向所述旋轉臺的中心設置，用于向外發(fā)送激光；所述線陣CCD圖像傳感器背向所述旋轉臺的中心設置，用于接收經過障礙物所反射回來的激光。

于本實用新型的一實施例中，所述激光測距單元包括激光發(fā)射器、激光接收器、計時器和數(shù)據(jù)處理器，其中，所述激光發(fā)射器背向所述旋轉臺的中心設置，用于向外發(fā)送激光；所述激光接收器背向所述旋轉臺的中心設置，用于接收經過障礙物所反射回來的激光。

于本實用新型的一實施例中，所述旋轉式測距雷達還包括用于測量所述旋轉臺的轉速和旋轉角度的角度和轉速測量單元，所述角度和轉速測量單元設置在所述旋轉臺上。

于本實用新型的一實施例中，多個所述光測距單元與所述第二通信單元相連接，通過所述非接觸式數(shù)據(jù)傳輸將所述光測距單元的測量數(shù)據(jù)傳輸至所述第一通信單元。

于本實用新型的一實施例中，所述旋轉式測距雷達還包括設置于所述旋轉臺上的控制處理單元，所述控制處理單元分別與所述第二通信單元、多個所述光測距單元連接，用于對多個所述光測距單元的測量數(shù)據(jù)進行處理，并通過所述非接觸式數(shù)據(jù)傳輸將處理結果傳輸至所述第一通信單元。

于本實用新型的一實施例中，所述第一通信單元和所述第二通信單元之間采用的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸包括：單路光信號傳輸、多路光信號傳輸、單路無線電信號傳輸、和/或多路無線 電信號傳輸。

于本實用新型的一實施例中，所述旋轉式測距雷達還包括位于所述底座上的初級線圈和位于所述旋轉臺上的次級線圈；所述初級線圈與所述供電單元連接；所述次級線圈和所述受電單元連接；所述初級線圈和所述次級線圈之間通過磁耦合構成所述初級線圈和所述次級線圈之間的電能傳輸通道；通過所述電能傳輸通道實現(xiàn)了所述供電單元和所述受電單元之間的非接觸式供電。

于本實用新型的一實施例中，所述初級線圈和所述次級線圈圍繞所述旋轉臺的轉動軸相向對應設置。

于本實用新型的一實施例中，所述第一通信單元與所述初級線圈連接，所述第二通信單元與所述次級線圈連接；通過將數(shù)據(jù)調制到電能傳輸波形中以在所述電能傳輸通道中傳輸，從而實現(xiàn)所述第一通信單元和所述第二通信單元之間的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸。

于本實用新型的一實施例中，所述旋轉式測距雷達還包括位于所述底座上的第一耦合線圈和位于所述旋轉臺上的第二耦合線圈；所述第一耦合線圈連接在所述第一通信單元和所述初級線圈之間；所述第二耦合線圈連接在所述次級線圈和所述第二通信單元之間；通過所述第一耦合線圈和/或所述第二耦合線圈將數(shù)據(jù)耦合加載至電能傳輸波形中以在所述電能傳輸通道中傳輸，從而實現(xiàn)所述第一通信單元和所述第二通信單元之間的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸。

如上所述，本實用新型的旋轉式光測距雷達，通過在360度的圓周上均勻設置多個光測距單元，使得在旋轉掃描的任意時刻可以同時獲取多個方位角的測量數(shù)據(jù)，等效采樣速率提升了多倍，綜合性能發(fā)生了質的改變。相較于其他的光測距雷達，本實用新型用較低的成本實現(xiàn)了測距采樣速率的成倍提高，同時又保持了單個光測距單元的性能不變，特別適用于對實時性要求高的自主定位導航的機器人上。并且，通過非接觸式供電和非接觸式數(shù)據(jù)傳輸，降低了被干擾的風險，提高了產品的可靠性。

附圖說明

圖1顯示為本實用新型實施例公開的一種旋轉式測距雷達的原理結構示意圖。

圖2顯示為本實施新型的實施例公開的一種旋轉式測距雷達的旋轉臺和底座的另一種連接方式的原理示意圖。

圖3顯示為本實用新型的另一實施例公開的一種旋轉式測距雷達的原理結構示意圖。

圖4顯示為本實用新型的另一實施例公開的一種旋轉式測距雷達的原理結構示意圖。

圖5顯示為本實用新型的另一實施例公開的一種旋轉式測距雷達的原理結構示意圖。

圖6顯示為本實用新型實施例公開的一種包括2個激光測距單元的旋轉式測距雷達，2個激光測距單元在旋轉臺表面的均勻分布設置示意圖。

圖7顯示為本實用新型實施例公開的一種包括3個激光測距單元的旋轉式測距雷達，3個激光測距單元在旋轉臺表面的均勻分布設置示意圖。

圖8顯示為本實用新型的實施例公開的一種旋轉式測距雷達的激光測距單元采用三角測距法的原理示意圖。

圖9顯示為本實用新型實施例公開的一種包括2個激光測距單元的旋轉式測距雷達進行測距的原理示意圖。

圖10顯示為本實用新型的實施例公開的一種旋轉式測距雷達的激光測距子單元采用TOF測距法的原理示意圖。

元件標號說明

100 旋轉式測距雷達

110 底座

120 旋轉臺

130 電機

131 主軸/轉動軸

140 光測距單元/激光測距單元

141 支撐件

151 供電單元

152 受電單元

161 第一通信單元

162 第二通信單元

163 第一耦合線圈

164 第二耦合線圈

165 光通信單元

171 初級線圈

172 次級線圈

180 角度及轉速測量子單元

190 控制處理單元

210 激光發(fā)射器

220 透鏡

230 線陣CCD圖像傳感器

310 激光發(fā)射器

320 激光接收器

400 待測物體

具體實施方式

以下由特定的具體實施例說明本實用新型的實施方式，熟悉此技術的人士可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本實用新型的其他優(yōu)點及功效。

請參閱附圖。須知，本說明書所附圖式所繪示的結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示的內容，以供熟悉此技術的人士了解與閱讀，并非用以限定本實用新型可實施的限定條件，故不具技術上的實質意義，任何結構的修飾、比例關系的改變或大小的調整，在不影響本實用新型所能產生的功效及所能達成的目的下，均應仍落在本實用新型所揭示的技術內容得能涵蓋的范圍內。同時，本說明書中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中間”及“一”等的用語，亦僅為便于敘述的明了，而非用以限定本實用新型可實施的范圍，其相對關系的改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本實用新型可實施的范疇。

本實用新型公開了一種旋轉式測距雷達，在供電單元和受電單元之間采用非接觸式供電，在第一通信單元和第二通信單元之間采用非接觸式數(shù)據(jù)傳輸；并且，本實用新型還通過在旋轉臺的360度的圓周上均勻設置互不遮擋的多個光測距單元，從而同時獲取多個方位角的測量數(shù)據(jù)，在不增加旋轉臺的轉速的同時，使得雷達的采樣速率得到了成倍的提升。

如圖1所示，本實施例的旋轉式測距雷達100包括底座110、旋轉臺120、電機130、供電單元151、受電單元152、第一通信單元161、第二通信單元162、角度和轉速測量單元180以及多個光測距單元140。在本實施例中，旋轉臺120相對于底座110的旋轉是通過電機130來實現(xiàn)的，且旋轉臺120是繞轉動軸131旋轉的。當然，要實現(xiàn)旋轉臺120相對于底座110的旋轉還可以通過很多其它方法實現(xiàn)，這些都是機械領域的常規(guī)方法，只要是能夠實現(xiàn)旋轉臺120相對于底座110是可旋轉的就在本實用新型的保護范圍內。

本實施例中，列舉了兩種通過電機130實現(xiàn)旋轉臺120相對于底座110的旋轉的方式：

其一，如圖1所示，電機130固定安裝在底座110上的，且電機130具有一主軸131， 即旋轉軸，旋轉臺120與電機130的主軸131連接，通過電機130帶動主軸131轉動，從而驅動旋轉臺120轉動；優(yōu)選地，主軸/旋轉軸131穿過旋轉臺120的中心位置；

其二，如圖2所示，電機130同樣固定安裝在底座110上，但是電機130并不與旋轉臺120直接相連，旋轉臺120與電機130的轉子之間通過皮帶或其它傳動部件間接連接在一起，電機130的轉子通過皮帶或其他它傳動部件帶動旋轉臺120發(fā)生旋轉。此種方式下，旋轉軸131位于旋轉臺120的中心位置，且垂直于旋轉臺120所處平面。

此外，本實用新型的旋轉式測距雷達100的底座110和旋轉臺120上還分別設置有很多的用于實現(xiàn)不同功能的用電器件(在說明書附圖中未予以標識)。

供電單元151、第一通信單元161是設置于底座110上；光測距單元140、受電單元152、第二通信單元162是設置于旋轉臺120上的。

供電單元151和受電單元152之間采用非接觸式供電。第一通信單元161和第二通信單元162之間采用非接觸式數(shù)據(jù)傳輸。

在本實施例中，如圖3所示，供電單元151和受電單元152之間的非接觸式供電是通過初級線圈171和次級線圈172來實現(xiàn)的。其中，初級線圈171是設置于底座110上的，次級線圈172是設置于旋轉臺120上的，且，初級線圈171與供電單元151相連接，次級線圈172與受電單元152相連接。并且，在底座110和旋轉臺120上，初級線圈171和次級線圈172是相對應設置的，且大小匹配，相互耦合，且初級線圈171和次級線圈172間的距離是被控制在一定范圍內的。初級線圈171是以電機130的主軸131為中心，設于底座110面向旋轉臺120的一面；與初級線圈171大小匹配、相互耦合的次級線圈172是對應設于旋轉臺120面向底座110的一面，并且，次級線圈172同樣是以主軸131為中心。

初級線圈171和次級線圈172之間通過磁耦合構成了初級線圈171和次級線圈172之間的電能傳輸通道：初級線圈171根據(jù)輸入的交流電能產生交變電磁場，對應地，次級線圈172根據(jù)該交變電磁場感應對應的交變電流，由此構成了初級線圈171和次級線圈172之間的電能傳輸通道，實現(xiàn)了初級線圈171和次級線圈172之間的非接觸式電能傳輸。

并且，供電單元151與初級線圈171連接，受電單元152與次級線圈172連接。供電單元151借助于初級線圈171和次級線圈172之間的電能傳輸通道，將電能傳輸至受電單元152：供電單元151為初級線圈171提供交流電能；初級線圈171根據(jù)該交流電能產生交變電磁場，對應地，次級線圈172根據(jù)該交變電磁場感應對應的交變電流，并將該交變電流傳輸至受電單元152。從而通過初級線圈171和次級線圈172間的電能傳輸通道實現(xiàn)了供電單元151和受電單元152之間的非接觸式供電。

當然，本實用新型的非接觸式供電并不僅限于利用初級線圈和次級線圈的耦合這一種方式，只要是可實現(xiàn)供電單元和受電單元之間的非接觸式供電均在本實用新型的保護范圍內。

其中，供電單元151既可以直接采用蓄電池，也可以通過該外部電源接口，引入外部電源。其中外部電源接口設置在供電單元151上，且外部電源接口包括但不限于：USB接口、D型接口等等。

供電單元151還包括逆變電路，用于將直流電能轉換為交流電能。需要說明的是，凡是能夠將直流電能轉換為交流電能的逆變電路均在本實用新型的保護范圍內。并且，供電單元151還分別與底座110上設置的一個或多個用電器件連接，用于為與之連接的用電器件提供電能。

受電單元152與光測距單元140連接，用于為光測距單元140提供電能。受電單元152將次級線圈172傳輸過來的交變電流轉換為直流電流，再提供給旋轉臺120上的光測距單元140。并且，受電單元152還可與旋轉臺120上設置的一個或多個用電器件連接，用于為與之連接的用電器件提供電能。

受電單元152包括整流濾波電路，用于將交變電流轉換為直流電流。需要說明的是，凡是能夠將交變電流轉換為直流電流的整流濾波電路均在本實用新型的保護范圍內。

第一通信單元161和第二通信單元162之間的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸包括但不限于：單路/多路光信號傳輸、和/或單路/多路無線電信號傳輸?shù)鹊?。其中，光信號傳輸通常采用光信號發(fā)射接收對來實現(xiàn)，無線電信號傳輸通常采用天線來實現(xiàn)。光信號傳輸和無線電信號傳輸在無線通信領域是非常成熟的技術，因此，在本實用新型中對此不再贅述。

在本實施例中，給出了兩種第一通信單元161和第二通信單元162之間的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑?/p>

第一，在旋轉式測距雷達上設置一組包括兩個光通信單元的光發(fā)射接收對，從而實現(xiàn)第一通信單元161和第二通信單元162之間的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸：如圖4所示，本實施例的旋轉式測距雷達的主軸131采用中空設計，在相對于底座110和旋轉臺120處，在主軸131的中空部分分別對應設置一個光通信單元165；位于底座為110處和位于旋轉臺120處的光通信單元165都是既可以作為光信號發(fā)射端；也可以作為光信號接收端。并且，位于底座110處的光通信單元165與第一通信單元161相連，位于旋轉臺120處的光通信單元165與第二通信單元162相連，利用兩個光通信單元165之間的光信號傳輸實現(xiàn)了第一通信單元161和第二通信單元162之間的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸。為避免兩個接收對光信號之間相互干擾，此處采用常見的光纖通信方式(頻分、時分、空分和碼分等)來解決。具體以頻分方式舉例，兩 對光路分別采用不同頻率或波長的光信號在同一空間中傳輸時不會互相干擾。

第二，借助于初級線圈171和次級線圈172所構建的電能傳輸通道，來從而實現(xiàn)第一通信單元161和第二通信單元162之間的非接觸式數(shù)據(jù)傳輸如圖3所示，第一通信單元161與初級線圈171連接，第二通信單元162與次級線圈172連接，以實現(xiàn)第一通信單元161和第二通信單元162之間通過電能傳輸通道進行數(shù)據(jù)的傳輸：既包括第一通信單元161的數(shù)據(jù)傳遞至所述第二通信單元162，也包括第二通信單元162的數(shù)據(jù)傳遞至第一通信單元161。在本實施例中，公開了兩個借助于電能傳輸通道進行非接觸式電力載波通訊的數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆椒?，但是本實用新型的保護范圍并不僅限于這兩種方式，只要是第一通信單元161和第二通信單元162之間是借助于電能傳輸通道進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，均在本實用新型的保護范圍內。

第一種方式為通過調幅的方式將數(shù)據(jù)信號直接調制加載到電能傳輸波形中，再通過電能傳輸通道進行傳輸：

第一通信單元161通過調幅的方式將數(shù)據(jù)信號調制到初級線圈171的電能傳輸波形中；再通過電能傳輸通道進行傳輸；第二通信單元162通過次級線圈172接收電能傳輸波形加載的數(shù)據(jù)信號；

或者，第二通信單元162通過調幅的方式將數(shù)據(jù)信號調制到次級線圈172的電能傳輸波形中；再通過電能傳輸通道進行傳輸；第一通信單元161通過初級線圈171接收電能傳輸波形加載的數(shù)據(jù)信號。

第二種方式為利用磁耦合的方式將數(shù)據(jù)信號加載至電能傳輸波形中，在通過電能傳輸通道進行傳輸：

如圖5所示，在第一通信單元161和初級線圈171之間增加一個第一耦合線圈163，在第二通信單元162和次級線圈172之間增加一第二耦合線圈164，即，第一通信單元161通過第一耦合線圈163與初級線圈171連接，第二通信單元162通過第二耦合線圈164與次級線圈172連接；

第一通信單元161的數(shù)據(jù)信號通過第一耦合線圈163耦合數(shù)據(jù)信號到初級線圈171所在的電路中，將數(shù)據(jù)波形耦合加載至電能傳輸波形中；再通過電能傳輸通道進行傳輸；第二通信單元162通過次級線圈172和第二耦合線圈164接收電能傳輸波形加載的數(shù)據(jù)信號；

第二通信單元162的數(shù)據(jù)信號通過第二耦合線圈164耦合數(shù)據(jù)信號到次級線圈172所在的電路中，將數(shù)據(jù)波形耦合加載至電能傳輸波形中；再通過電能傳輸通道進行傳輸；第一通信單元161通過初級線圈171和第一耦合線圈163接收電能傳輸波形加載的數(shù)據(jù)信號。

此外，第一通信單元161還可與底座110上的用電器件連接，同樣地第二通信單元162 也可與旋轉臺120上的用電器件連接，從而可實現(xiàn)底座110上的用電器件與旋轉臺120上的用電器件通過第一通信單元161和第二通信單元162進行數(shù)據(jù)傳輸。并且，第一通信單元161還包括一數(shù)據(jù)接口，用于將旋轉式測距雷達的數(shù)據(jù)向外發(fā)送，和/或接收外部的數(shù)據(jù)。通過該數(shù)據(jù)接口，第二通信單元162的數(shù)據(jù)(包括旋轉臺120上的測距單元140和用電器件的數(shù)據(jù))、以及底座110上的用電器件的數(shù)據(jù)均可以與外部進行數(shù)據(jù)交互傳輸。

進一步地，本實施例的旋轉式測距雷達100采用多個光測距單元140，用于實現(xiàn)旋轉式測距雷達的精確測距。并且，光測距單元140包括但不限于激光測距單元或紅外光測距單元。在本實施例中，以激光測距單元為例對旋轉式測距雷達進行說明。

多個激光測距單元140是互不遮擋的設置在旋轉臺120上。旋轉臺120在相同的轉速下，可以通過設置在旋轉臺120不同位置處的激光測距單元140獲取多個方位角的測量數(shù)據(jù)。如此，既保證了測量的精度，又確保了測量的速度。

優(yōu)選地，多個激光測距單元140是均勻分布在以旋轉臺120的中心為圓心的圓周上。并且，為了方便多個激光測距單元140的設置，在旋轉臺120上對應增加了相同數(shù)量的支撐架141，用于通過支撐架141定位固定激光測距單元140。當激光測距單元140為2個時，如圖6所示，對應的支撐架141分布設置在旋轉臺120的兩側，且以旋轉臺120的中心相對稱，激光測距單元140固定在支撐架141上，即在360度的圓周上，2個激光測距單元140之間呈180度夾角。當激光測距單元140為3個時，如圖7所示，對應的支撐架141呈三等分的形式分布設置在圓臺狀的旋轉臺120上，激光測距單元140固定在支撐架141上；即在360度的圓周上，3個激光測距單元140之間呈120度夾角。當激光測距單元140為多個時，依據(jù)上述分布形式類推。

進一步地，還將多個激光測距單元140設置為不在同一平面上。在本實施例中，通過改變與激光測距單元140相匹配的支撐件141的高度，來調節(jié)激光測距單元140相對于旋轉臺120的表面的高度，使得多個激光測距單元140位于不同的平面上。當多個激光測距單元采用多層安裝，且角度錯開(互不遮擋)，就形成了多線立體激光，相較于常規(guī)的多線激光雷達，由于激光源方向性不同，其抗干擾能力也更強。

特別地，支撐架141既可以是與單獨的光測距單元140相對應的獨立件，即一個支撐架141對應一個光測距單元140，用于固定支撐光測距單元140，并最終被固定在旋轉臺120上(本實施例的附圖為此種情況)；支撐架141也可以是與多個光測距單元140相對應的整件，所有的光測距單元140都固定在一個支撐架141上，支撐架141被固定在旋轉臺120上。

在本實施例中，激光測距單元140可以采用三角測距法或TOF(Time of Flight，飛行時 間)法測量旋轉式測距雷達周圍物體的距離。

其中，當采用三角測距法時，如圖8所示，激光測距單元140包括激光發(fā)射器210、濾光片(圖8中未予以標識)、透鏡220、線陣CCD圖像傳感器230和數(shù)據(jù)處理器(圖8中未予以標識)。透鏡220的前端安裝濾光片，使得透過濾光片的光與激光發(fā)射器的發(fā)出的激光的波長一致；并且，激光發(fā)射器210與透鏡220的法線之間有一定的夾角α，線陣CCD圖像傳感器230與透鏡220的法線相垂直，并置于透鏡220的后方。

采用三角測距法的激光測距單元140在測距時，激光發(fā)射器210發(fā)射紅外線激光照射到待測物體400上，發(fā)生漫發(fā)射，反射的光斑經過透鏡220在線陣CCD圖像傳感器230上成像。假設，激光發(fā)射器210與透鏡220的中心的距離為D，光斑在線陣CCD圖像傳感器230上成像的位置為n，線陣CCD圖像傳感器230與透鏡220見的距離為f，那么，待測物體300與透鏡220的平面的距離L為：

$L=\frac{D\·f}{n+f\·tan\mathrm{\α}};$

且，當α為0°時，因此，通過獲取光斑在線陣CCD圖像傳感器230上的位置即可獲得待測物體400距離透鏡220的平面的距離。并且，光斑在線陣CCD圖像傳感器230上的成像為覆蓋區(qū)域，以光斑在線陣CCD圖像傳感器成像的光心位置作為n的值帶入即可求得距離。

進一步地，圖6、圖7和圖9中的激光測距單元140是采用三角測距法。圖6、圖7和圖9中均未標識出濾光片和數(shù)據(jù)處理器。如圖9所示，激光發(fā)射器210是背向旋轉臺120的中心設置，使得激光發(fā)射器向外發(fā)光；并且，線陣CCD圖像傳感器230也是背向旋轉臺120的中心設置，且，透鏡220在線陣CCD圖像傳感器230的前方，外部反射回來的激光經過透鏡220被線陣CCD圖像傳感器230所接收。

當采用TOF測距法時，如圖10所示，激光測距單元140包括激光發(fā)射器310、激光接收器320和計時器(圖10中未予以標識)。在測距時，激光發(fā)射器310發(fā)射激光脈沖，同時，計時器開始計時，激光脈沖照射到待測物體400上發(fā)生反射，反射回來的反射脈沖被激光接收器320所接收，此時，計時器停止計時，計時時間為t，該時間為激光脈沖的“飛行時間”。那么，待測物體400到激光測距子單元141的距離L即為激光脈沖行走的距離，該距離可通過“飛行時間”t計算獲得：

$L=\frac{t\·c}{2},$

其中，c表示光速。此外，采用此種測距方法，對計時器的要求較高，計時器的分辨率決定了旋轉式測距雷達的最小探測距離，優(yōu)選地，計時器采用專用TDC(Time-to-Digital Converter，時間數(shù)字轉換器)芯片。在本實施了中，計時器采用TDC-GP2芯片，使得測量的分辨率可達到65ps。

角度和轉速測量單元180是安裝在旋轉臺120上，用于測量當前轉動角度和轉動速度。本實施例中，角度和轉速測量單元180采用位置傳感器，通過位置傳感器獲取當前旋轉臺120相對于初始零點的角度位置，從而獲取當前激光掃描的角度。

如圖1所示，本實施例的激光測距單元140以及角度和轉速測量單元180均與第二通信單元162連接，激光測距單元140以及角度和轉速測量單元180的測量數(shù)據(jù)利用電能傳輸通道從第二通信單元162傳送至第一通信單元161處。對測量數(shù)據(jù)的進一步處理，既可以在底座110上的控制處理單元(未在圖1中標識)上進行，也可通過第一通信單元161的數(shù)據(jù)接口，將測量數(shù)據(jù)傳輸至上位機進行處理。

在本實用新型的另一較佳實施方式中，如圖9所示，在旋轉臺120上設置一控制處理單元190。控制處理單元190分別與第二通信單元162(圖9中未標識)、角度和轉速測量單元180(圖9中未標識)以及多個采用三角測距法的激光測距單元140的線陣CCD圖像傳感器230連接。在本實施例中，線陣CCD圖像傳感器230和控制處理單元190之間采用CCD柔性連接線相連。角度和轉速測量單元180以及多個激光測距單元140的線陣CCD圖像傳感器230將測量數(shù)據(jù)傳輸至控制處理單元190進行分析、整合、壓縮、編碼等處理，并將處理結果利用電能傳輸通道從第二通信單元162傳送至第一通信單元161處。進一步地，再將處理結果傳輸給底座110上的控制處理單元或向外傳輸至上位機。

此外，為了突出本實用新型的創(chuàng)新部分，本實施例中并沒有將與解決本實用新型所提出的技術問題關系不太密切的單元引入，但這并不表明本實施例中不存在其它的單元。

綜上所述，本實用新型的旋轉式光測距雷達，通過在360度的圓周上均勻設置多個光測距單元，使得在旋轉掃描的任意時刻可以同時獲取多個方位角的測量數(shù)據(jù)，等效采樣速率提升了多倍，綜合性能發(fā)生了質的改變。相較于其他的激光雷達，本實用新型用較低的成本實現(xiàn)了測距采樣速率的成倍提高，同時又保持了單個光測距單元的性能不變，特別適用于對實時性要求高的自主定位導航的機器人上。并且，通過非接觸的方式同時傳輸電能和數(shù)據(jù)，降低了被干擾的風險，提高了產品的可靠性。所以，本實用新型有效克服了現(xiàn)有技術中的種種缺點而具高度產業(yè)利用價值。

上述實施例僅例示性說明本實用新型的原理及其功效，而非用于限制本實用新型。任何 熟悉此技術的人士皆可在不違背本實用新型的精神及范疇下，對上述實施例進行修飾或改變。因此，舉凡所屬技術領域中具有通常知識者在未脫離本實用新型所揭示的精神與技術思想下所完成的一切等效修飾或改變，仍應由本實用新型的權利要求所涵蓋。