全景调频连续波激光雷达及车辆的制作方法

1.本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种全景调频连续波激光雷达及车辆。


背景技术：

2.激光雷达的工作原理是向目标物体发射光信号，并接收从目标物体反射回来的回波信号，对发射光信号和回波信号进行处理，形成点云，从而得到目标物体的相关信息，如距离、方位、高度、速度甚至形状等参数。但是，不同类型的激光雷达形成的点云不同，能够得到的目标物体的信息也不相同。例如，tof(time of flight)激光雷达能够通过旋转形成较宽的视场，形成的点云质量好、密度高，但是无法从点云得到目标物体的速度信息。fmcw(frequency modulated continuous wave)激光雷达视野较小，无法形成全景点云，但是能够从点云得到目标物体的速度信息。
3.激光雷达通常应用于驾驶领域，用于辅助车辆行驶。车辆行驶的过程中需要获取车辆周围的环境信息，并根据环境信息和目标物体的速度信息进行预测、决策规划。然而现有的激光雷达无法在形成全景点云的同时得到目标物体的速度信息。


技术实现要素：

4.有鉴于此，实有必要提供一种全景调频连续波激光雷达，能够形成全景点云的同时还能够获取目标物体的速度信息。
5.第一方面，本发明实施例提供一种全景调频连续波激光雷达，所述全景调频连续波激光雷达包括：
6.旋转部件，所述旋转部件可操作性地进行旋转；以及
7.激光传感器，所述激光传感器设置于所述旋转部件，并随着所述旋转部件旋转，所述激光传感器包括一对或者多对一一对应设置的激光发射器和激光接收器，所有激光发射器设置于所述旋转部件的同一侧；每对激光发射器和激光接收器相邻设置，每一激光发射器用于发射调频连续波的光信号，每一激光接收器用于接收光信号经目标物体反射回来的回波信号，所述回波信号用于生成所述全景调频连续波激光雷达周围环境全景图像相关的全景点云，所述全景点云包括速度信息。
8.第二方面，本发明实施例提供一种车辆，所述车辆包括：
9.本体；以及
10.如上所述的全景调频连续波激光雷达，所述全景调频连续波激光雷达设置于所述本体。
11.上述全景调频连续波激光雷达及车辆，通过将激光传感器设置于旋转部件，利用旋转部件带动激光传感器进行旋转，使得全景调频连续波激光雷达具有较宽的视场。同时，激光发射器发射调频连续波，能够获得目标物体的速度信息，使得全景点云包括速度信息，具有较高的实用性以及广泛的应用场景。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
13.图1为本发明实施例提供的全景调频连续波激光雷达的示意图。
14.图2为本发明实施例提供的全景调频连续波激光雷达的内部结构示意图。
15.图3为图1所示的全景调频连续波激光雷达的多对激光发射器和激光接收器的排布示意图。
16.图4为图1所示的全景调频连续波激光雷达的多对激光发射器和激光接收器的另一排布示意图。
17.图5为本发明实施例提供的车辆的示意图。
18.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
19.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
20.本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的规划对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，换句话说，描述的实施例根据除了这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，还可以包含其他内容，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于只清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
21.需要说明的是，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
22.请结合参看图1和图2，图1为本发明实施例提供的全景调频连续波激光雷达的示意图，图2为本发明实施例提供的全景调频连续波激光雷达的内部结构示意图。全景调频连续波激光雷达100用于对周围环境进行检测以形成关于周围环境的全景点云，同时能够获取目标物体的速度信息。全景调频连续波激光雷达100可以设置于车辆，用于检测车辆的周围环境，从而辅助车辆的行驶。其中，车辆包括但不限于轿车、摩托车、卡车、运动型多用途车辆(suv)、休闲车辆(rv)、飞行器等。在一些可行的实施例中，全景调频连续波激光雷达100还可以设置于机器人、飞机等需要对周围环境进行检测的设备。
23.全景调频连续波激光雷达100包括旋转部件10和激光传感器20。其中，旋转部件10可操作性地进行旋转。激光传感器20设置于旋转部件10，并随着旋转部件10旋转。在本实施例中，旋转部件10可以带动激光传感器100旋转360
°
。
24.旋转部件10包括基座11和旋转体12，旋转体12可旋转地设置于基座11。全景调频连续波激光雷达100可通过基座11固定于外部设备，外部设备包括但不限于车辆、机器人、飞机等。旋转体12整体呈圆柱状，旋转体12绕着旋转体12的中心轴旋转。优选地，旋转体12绕着旋转体12的中心轴匀速旋转。可以理解的是，旋转体12呈圆形的一端设置于基座11。其中，旋转体12可以根据实际需求设置不同的旋转速率。举例来说，当需要检测的周围环境比较简单，目标物体较少时，旋转体12可以设置较低的旋转速率，以形成较为稀疏的点云；当需要检测的周围环境比较复杂，目标物体较多时，旋转体12可以设置较高的旋转速率，以形成较为稠密的点云。
25.旋转体12设有窗口120。优选地，旋转体12设有一个窗口120，窗口120设置于旋转体12的侧面。在本实施例中，窗口120设置于旋转体12的外表面。其中，窗口120可以为弧面，与旋转体12的侧面相适配；窗口120也可以为平面，平行于旋转体12侧面的切面。当全景调频连续波激光雷达100安装于外部设备并处于初始状态时，窗口120朝向外部设备的运动方向。当旋转体12旋转一周，即旋转360
°
之后，窗口120依然朝向外部设备的运动方向。
26.激光传感器20设置于旋转体12。其中，旋转体12设有容纳腔121，激光传感器20固定于容纳腔121。激光传感器20包括至少一对一一对应设置的激光发射器21和激光接收器22，每对激光发射器21和激光接收器22相邻设置。即是说，激光传感器20可以包括一对激光发射器21和激光接收器22，也可以包括多对激光发射器21和激光接收器22。当激光传感器20包括一对激光发射器21和激光接收器22时，全景调频连续波激光雷达100可以用于检测比较简单的周围环境；当激光传感器20包括多对激光发射器21和激光接收器22时，全景调频连续波激光雷达100可以用于检测比较复杂的周围环境。激光发射器21设置于旋转部件10的同一侧。在本实施例中，激光传感器20还包括安装板23，安装板23与窗口120相对设置。其中，安装板23与窗口120的切面平行，或者平行于窗口120。至少一对激光发射器21和激光接收器22设置于安装板23，激光发射器21的发射端和激光接收器22的接收端均朝向窗口120。其中，激光发射器21的发射端和激光接收器22的接收端位于与安装板23平行的平面上。
27.当激光传感器20包括多对激光发射器21和激光接收器22时，多对激光发射器21和激光接收器22呈直线状或阵列状排布，且多对激光发射器21和激光接收器22沿旋转体12的中心轴方向排布。优选地，每对激光发射器21和激光接收器22中的激光发射器21均位于激光接收器22的同一侧。在一些可行的实施例中，每对激光发射器21和激光接收器22中的激光发射器21和激光接收器22的相对位置不做限定。如图3所示，多对激光发射器21和激光接收器22呈直线状排布于安装板23。如图4所示，多对激光发射器21和激光接收器22呈阵列状排布于安装板23。在本实施例中，设置于靠近基座11一端的激光发射器21和激光接收器22的数量多于设置于远离基座11一端内的激光发射器21和激光接收器22的数量。其中，安装板23包括靠近基座11的第一部分231和远离基座11的第二部分232，第一部分231和第二部分232将安装板23平均分为两部分。设置于第一部分231的激光发射器21和激光接收器22的数量多于设置于第二部分232的激光发射器21和激光接收器22的数量。靠近安装板23边缘
的激光发射器21之间的间隔大于设置于安装板23中心的激光发射器21之间的间隔。也就是说，激光发射器21之间的间隔由安装板23中心向安装板23边缘的方向逐渐增大。可以理解地，激光发射器21在安装板33中间位置的分布相对在安装板33边缘位置的分布密集，从而使得安装板33中间位置的激光发射器21所相对应的视场角内感测到的数据精度更加高。换句话说，激光发射器21可以根据实际感测视场角调整激光发射器21位于安装板33的密度。
28.每一激光发射器21用于发射调频连续波的光信号，每一激光接收器22用于接收光信号经目标物体反射回来的回波信号。其中，激光发射器21发射的光信号通过窗口120发射至旋转体12外，反射回来的回波信号通过窗口120入射至旋转体12内并被激光接收器22接收。可以理解的是，激光传感器20为调频连续波(frequency modulated continuous wave，fmcw)激光传感器20。在本实施例中，每一激光发射器21发射一线激光。激光发射器21和激光接收器22的数量可以根据实际需求进行设置，如当激光传感器20包括4对激光发射器21和激光接收器22时，激光传感器20为4线激光传感器；当激光传感器20包括128对激光发射器21和激光接收器22时，激光传感器20为128线激光传感器。当激光传感器20包括多个激光发射器21时，激光传感器20中的激光发射器21发射的光信号具有不同频率。其中，所有激光发射器21发射的光信号的频率均不相同，或者，所有激光发射器21划分为若干组，同一组的激光发射器21发射的光信号的频率相同，不同组的激光发射器21发射的光信号的频率不相同。
29.全景调频连续波激光雷达100还包括驱动装置40，驱动装置40用于驱动旋转部件10旋转。其中，驱动装置40驱动旋转体12进行旋转。
30.全景调频连续波激光雷达100还包括处理器30，处理器30设置于旋转体12。处理器30包括信号处理模组31，信号处理模组31基于发射的光信号和接收的回波信号产生关于感测全景调频连续波激光雷达100周围环境全景图像相关的全景点云。可以理解的是，当旋转体12旋转一周，即360
°
后，信号处理模组31根据旋转一周得到的光信号和回波信号形成一幅全景点云。当激光传感器20包括多对激光发射器21和激光接收器22时，，信号处理模组31分别根据每一对激光发射器21和激光接收器22的光信号和回波信号形成子点云，并将子点云拼接成全景点云。在一些可行的实施例中，信号处理模组31可以直接根据所有激光发射器21和激光接收器22的光信号和回波信号处理形成全景点云。由于激光发射器21发射的为调频连续波光信号，则信号处理模组31基于光信号和回波信号可以获得目标物体的速度。相应地，全景点云包括目标物体的速度信息。信号处理模组31还用于将全景点云发送至外部设备。其中，信号处理模组31通过无线传输的方式将全景点云发送至外部设备。
31.处理器30还包括驱动解码器32。其中，驱动解码器32用于产生控制驱动装置40工作的相关参数。
32.上述实施例中，通过将激光传感器设置于旋转部件，利用旋转部件带动激光传感器进行360
°
旋转，使得全景调频连续波激光雷达具有较宽的视场。旋转一周，即360
°
形成的点云即为关于全景调频连续波激光雷达周围环境的全景点云，使得全景调频连续波激光雷达能够更快速、更高效地形成全景点云。旋转体匀速旋转，使得全景点云中的点云均匀分布，从而全景点云具有较高的质量。同时，激光发射器发射调频连续波，能够获得目标物体的速度信息，使得全景点云包括速度信息，具有较高的实用性以及广泛的应用场景。
33.请结合参看图5，其为本发明实施例提供的车辆的示意图。车辆1000包括本体200
和全景调频连续波激光雷达100，全景调频连续波激光雷达100设置于本体200。在本实施例中，车辆1000包括一个全景调频连续波激光雷达100。优选地，全景调频连续波激光雷达100设置于本体200的顶部。其中，全景调频连续波激光雷达100通过旋转部件10的基座11固定于本体200。全景调频连续波激光雷达100的具体结构参照上述实施例。由于车辆1000采用了上述所有实施例的全部技术方案，因此至少具有上述实施例的技术方案所带来的所有有益效果，在此不再一一赘述。
34.在一些可行的实施例中，全景调频连续波激光雷达100可以通过旋转体12直接形成于本体200并与本体200一体设置。即是说，全景调频连续波激光雷达100可以省去基座11并直接设置于车辆1000。
35.车辆1000包括但不限于轿车、摩托车、卡车、运动型多用途车辆(suv)、休闲车辆(rv)、飞行器等。车辆1000可以为非自动驾驶车辆，也可以为自动驾驶车辆。当全景调频连续波激光雷达100设置于非自动驾驶车辆时，全景调频连续波激光雷达100形成的全景点云可以用于辅助人类驾驶员更好地了解车辆1000周围的环境。当全景调频连续波激光雷达100设置于自动驾驶车辆时，全景调频连续波激光雷达100形成的全景点云可以用于帮助车辆1000对周围目标物体进行预测，决策并规划自身的运动轨迹等。其中，自动驾驶车辆具有所谓的四级或者五级自动化系统。其中，四级自动化系统指的是“高度自动化”，具有四级自动化系统的车辆原则上在其功能范围内不再需要人类驾驶员参加，即使人类驾驶员对干预请求没有做出适当响应，车辆也具备自动达到最小风险状态的能力。五级自动化系统指的是“全自动化”，具有五级自动化系统的车辆可以在任何合法的、可行驶的道路环境下实现自动驾驶，人类驾驶员仅需要设置好目的地并开启系统，车辆就可以通过最优化的路线行驶至指定地点。
36.上述实施例中，由于全景调频连续波激光雷达形成的全景点云包含目标物体的速度信息，因此，车辆只需要设置一个全景调频连续波激光雷达，就能够清楚获悉车辆周围360
°
的环境信息，从而极大节省了成本。通过在车辆本体的顶部设置全景调频连续波激光雷达，能够获取车辆周围目标物体的速度信息，从而能够帮助车辆对目标物体的运动进行预测，根据预测结果决策并规划出更适合的行驶轨迹。
37.显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘且本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
38.以上所列举的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于本发明所涵盖的范围。