本实用新型涉及雷达技术领域，特别涉及一种激光雷达系统。
背景技术：
激光雷达测量物体信息时，待测物体被激光照亮，携带物体信息的反射光由接收镜头进行接收，探测器用于将光信号转换为电信号，并由数字电路进行读取和记录。
传统的激光雷达的探测器探测到的近处物体的回波能量与远处物体的回波能量差异过大，当探测到远处物体的回波能量时，探测到的近处物体的回波能量可能已经饱和，甚至探测器已被打坏。
技术实现要素：
基于此，有必要针对传统的激光雷达的探测器探测到的近处物体的回波能量与远处物体的回波能量差异过大的问题，提供一种激光雷达系统。
一种激光雷达系统，包括：
光源模块，用于发射激光光束；
所述激光光束照射至待测物体，所述激光光束经所述待测物体反射形成反射光束；
接收镜头，用于接收所述反射光束；
探测模块，包括预设面积的感光单元，所述探测模块设置于所述接收镜头的焦平面上或所述接收镜头与所述焦平面之间，用于对所述反射光束的强度进行探测，得到回波能量信号；
所述探测模块还用于减小探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，第一回波能量信号为位于所述接收镜头预设距离内的待测物体的回波能量信号，第二回波能量信号为位于所述接收镜头预设距离外的待测物体的回波能量信号；
处理模块，与所述探测模块电连接，所述处理模块用于对所述回波能量信号进行处理，获得所述待测物体的目标信息。
上述的激光雷达系统，将具有预设面积的感光单元的探测模块设置于接收镜头的焦平面上或接收镜头与焦平面之间，探测模块能够探测到位于接收镜头预设距离外的待测物体的大部分回波能量，即第二回波能量信号，探测模块只能探测到位于接收镜头预设距离内的待测物体的小部分回波能量，即第一回波能量信号，因而能够减小探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，从而当探测模块能够探测到远处物体的回波能量时，即能够探测到第二回波能量信号时，探测模块探测到近处物体的回波能量不至于饱和，能够防止探测模块被打坏。
在其中一个实施例中，所述预设面积为
在其中一个实施例中，所述目标信息包括所述待测物体的反射率、距离、位置、速度、姿态及形状。
在其中一个实施例中，所述光源模块包括：
激光器，用于发射激光光束；及
透镜单元，设置于所述激光光束的光路上，用于对所述激光光束进行整形和准直处理。
在其中一个实施例中，所述接收镜头还用于对所述反射光束进行汇聚和整形处理，以使所述反射光束的光斑尺寸适应所述探测模块的预设面积的感光单元。
在其中一个实施例中，所述接收镜头包括汇聚镜及整形镜，所述汇聚镜用于汇聚所述反射光束，所述整形镜用于分别对汇聚后的所述反射光束进行整形处理。
在其中一个实施例中，所述探测模块为雪崩光电二极管、电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体和多像素光子计数器中的一种。
在其中一个实施例中，所述探测模块包括滤波器，所述滤波器用于对所述回波能量信号进行滤波处理，并将滤波后的所述回波能量信号传输至所述处理模块。
在其中一个实施例中，所述接收镜头包括单透镜或胶合透镜或镜头组。
在其中一个实施例中，所述单透镜、所述胶合透镜和/或所述镜头组采用超材料制成。
附图说明
图1为本申请提供的一个实施例中激光雷达系统的结构示意图；
图2为本申请提供的一个实施例中激光雷达系统的结构示意图；
图3为本申请提供的一个实施例中激光雷达系统的结构示意图；
图4为本申请提供的一个实施例中第一待测物体、第二待测物体、接收镜头和探测模块的位置示意图。
具体实施方式
为了便于理解本申请，下面将参照相关附图对本申请进行更全面的描述。附图中给出了本申请的较佳实施方式。但是，本申请可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本申请的公开内容理解的更加透彻全面。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。
当激光传感器向散射地物发射一束窄的光束，光束照射在散射地物上的光斑面积可以通过下面的公式近似的给出：
其中，ataser为光斑面积，r为激光探测距离，即激光雷达系统与待测物体之间的距离，βt为光束宽度，对应于激光的发散角。
因此，照射在散射地物上激光光束的能量密度为：
其中，ss为照射在散射地物上激光光束的能量密度，pt为激光发射能量。
由于激光波长一般远小于散射地物的尺寸，照射在该地物的有效面积可以简化为散射地物的投影面积，投影到散射地物的部分能量被吸收，其余被散射到各个方向，因此散射能量为：
其中，ps为散射能量，ρ为反射率，as为散射地物的被照射面积。
假设入射激光被均一地散射进立体角度为ω的圆锥体里，若接收器能接收到能量，则接收器接收到的能量密度sr为：
进入接收器的能量pr为：
其中，dr为接收器光学孔径。
在传统的激光雷达系统中，接收视场一般大于或等于发射视场，当
从上式可以确定，对于一固定的激光雷达系统而言，激光的发射功率不变、接收镜头口径不变，若测量相同反射率的待测物体，则探测器探测到的能量与r成平方反比的关系。例如反射率相同的物体分别位于0.1m(米)和100m，探测器探测到的位于0.1m处物体的回波能量为探测器探测到的位于100m出物体的回波能量的106倍，因此，当探测器能够探测到远处待测物体的回波能量时，探测器探测到的近处待测物体的回波能量可能已经达到饱和，甚至探测器可能已被打坏。接收装置包括接收镜头和探测器。
请参阅图1，本申请实施例提供一种激光雷达系统，包括光源模块10、接收镜头20、探测模块30及处理模块40。光源模块10用于发射激光光束。激光光束分别照射至待测物体100，激光光束经待测物体100反射形成反射光束。接收镜头20用于接收反射光束。探测模块30包括预设面积的感光单元，探测模块30设置于接收镜头20的焦平面上或接收镜头20与所述焦平面之间，用于对反射光束的强度进行探测，得到回波能量信号。探测模块30还用于减小探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，第一回波能量信号为位于接收镜头20预设距离内的待测物体100的回波能量信号，第二回波能量信号为位于接收镜头20预设距离外的待测物体100的回波能量信号。处理模块40与探测模块30电连接，处理模块40用于对回波能量信号进行处理，获得待测物体100的目标信息。
待测物体100包括第一待测物体101和第二待测物体102。位于接收镜头20预设距离内的所有待测物体100为第一待测物体101，位于接收镜头20预设距离外的所有待测物体100为第二待测物体102。
在接收镜头20的视场范围内，随着待测物体100逐渐远离接收镜头20，待测物体100的像面逐渐由远向焦平面靠近，并且像的大小逐渐减小，当待测物体100的像位于接收镜头20的焦平面时，待测物体100的像的大小为
请参阅图2，在其中一个实施例中，光源模块10包括激光器11及透镜单元12。激光器11用于发射激光光束。透镜单元12设置于激光光束的光路上，用于对激光光束进行整形和准直处理。透镜单元12可以为镜头组件、单一孔径的单透镜、透镜组、多个柱面镜组成或者多个球面镜组成等。由于激光器11发射的激光光束可能比较发散，所以通过所述透镜单元12进行空间整形，能够实现高效准直整形的作用。从而，透镜单元12将整形和准直处理后的所述激光光束投射至待测物体100上。
在其中一个实施例中，接收镜头20还用于对反射光束进行汇聚和整形处理，以使反射光束的光斑尺寸适应探测模块30的预设面积的感光单元。
请参阅图3，在其中一个实施例中，接收镜头20包括汇聚镜21及整形镜22，汇聚镜21用于汇聚反射光束，整形镜22用于分别对汇聚后的反射光束进行整形处理。本实施例中，汇聚镜21对反射光束进行汇聚，汇聚后的反射光束经过整形镜22整形处理，使得反射光束的光斑尺寸适应探测模块30的预设面积的感光单元，且反射光束以近似平面波的形式直接照射在探测模块30的感光单元上，以消除因探测区域不同和照度不同导致的像素点的差异，从而提高成像质量。
在其中一个实施例中，接收镜头20包括单透镜，用于接收反射光束，反射光束经单透镜后入射至探测模块30。或者，接收镜头20包括胶合透镜，用于接收反射光束，反射光束经胶合透镜入射至探测模块30。或者，接收镜头20包括镜头组，镜头组包括多个镜头，多个镜头按照预设顺序依次设置于反射光束传输的光路上，用于接收反射光束，反射光束经镜头组入射至探测模块30。单透镜、胶合透镜和/或镜头组可以采用超材料制成。单透镜、胶合透镜、镜头组之间可以进行任意组合。
在其中一个实施例中，预设面积为
请参阅图4，图4中第一待测物体101位于接收镜头20的预设距离内，即相对于接收镜头20的近处物体，第二待测物体102位于接收镜头20的预设距离外，即相对于接收镜头20的远处物体，近处物体通过接收镜头20形成第一实像201，远处物体通过接收镜头20形成第二实像202。在接收镜头20的视场范围内，随着待测物体100逐渐远离接收镜头20，待测物体100的像面逐渐由远向焦平面靠近，并且像的大小逐渐减小，如图中的第一实像201和第二实像202。第二实像202位于接收镜头20的焦平面且第二实像202的大小为
在其中一个实施例中，探测模块30包括滤波器，滤波器用于对回波能量信号进行滤波处理，并将滤波后的回波能量信号传输至处理模块40。可以理解，由探测模块30输出的回波能量信号中包含共模的直流成分以及噪声信号，因此需要通过滤波器对所述回波能量信号进行滤波处理，消除回波能量信号中的共模的直流成分以及高频信号，以提高所述回波能量信号的信噪比。
在其中一个实施例中，所述滤波器为无源滤波器。可以理解，无源滤波器又称lc滤波器，是利用电感、电容和电阻的组合设计构成的滤波电路，可滤除某一次或多次谐波，且具有结构简单、成本低廉、运行可靠性较高、运行费用较低等优点，因此本实施例中采用无源滤波器，有利于简化激光雷达系统的结构设计，降低生产成本。可以理解，滤波器还可以为有源滤波器，本实施例并不所述滤波器的类型进行限定。
探测模块30可以是雪崩光电二极管、电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体和多像素光子计数器中的一种。雪崩光电二极管可以对回波能量信号进行放大，以提高检测的灵敏度。电荷耦合器件、雪崩光电二极管和互补金属氧化物半导体传感器均具有将光信号转换为电信号的功能，因此可利用电荷耦合器件、雪崩光电二极管和互补金属氧化物半导体作为探测器，将反射光束转换成回波能量信号。此外，还可以利用其他具有将光信号转换为电信号的功能的器件作为探测模块30使用，本实用新型并不对探测模块30的实现方式做具体限定。
目标信息包括待测物体100的反射率、距离、位置、速度、姿态及形状。处理模块40可以将回波能量信号转换成数字信号，进而计算待测物体100的目标信息，从而对待测物体100进行探测、跟踪和识别。在其中一个实施例中，处理模块40可以为微控制单元或计算机等。
上述实施例提供的激光雷达系统，将具有预设面积的感光单元的探测模块设置于接收镜头的焦平面上或接收镜头与焦平面之间，探测模块能够探测到位于接收镜头预设距离外的待测物体的大部分回波能量，即第二回波能量信号，探测模块只能探测到位于接收镜头预设距离内的待测物体的小部分回波能量，即第一回波能量信号，因而能够减小探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，从而当探测模块能够探测到远处物体的回波能量时，即能够探测到第二回波能量信号时，探测模块探测到近处物体的回波能量不至于饱和，能够防止探测模块被打坏。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
1.一种激光雷达系统，其特征在于，包括：
光源模块，用于发射激光光束；
所述激光光束照射至待测物体，所述激光光束经所述待测物体反射形成反射光束；
接收镜头，用于接收所述反射光束；
探测模块，包括预设面积的感光单元，所述探测模块设置于所述接收镜头的焦平面上或所述接收镜头与所述焦平面之间，用于对所述反射光束的强度进行探测，得到回波能量信号；
所述探测模块还用于减小探测到的第一回波能量信号与第二回波能量信号的差异，第一回波能量信号为位于所述接收镜头预设距离内的待测物体的回波能量信号，第二回波能量信号为位于所述接收镜头预设距离外的待测物体的回波能量信号；
处理模块，与所述探测模块电连接，所述处理模块用于对所述回波能量信号进行处理，获得所述待测物体的目标信息。
2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述预设面积为
3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述目标信息包括所述待测物体的反射率、距离、位置、速度、姿态及形状。
4.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述光源模块包括：
激光器，用于发射激光光束；及
透镜单元，设置于所述激光光束的光路上，用于对所述激光光束进行整形和准直处理。
5.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述接收镜头还用于对所述反射光束进行汇聚和整形处理，以使所述反射光束的光斑尺寸适应所述探测模块的预设面积的感光单元。
6.根据权利要求5所述的激光雷达系统，其特征在于，所述接收镜头包括汇聚镜及整形镜，所述汇聚镜用于汇聚所述反射光束，所述整形镜用于分别对汇聚后的所述反射光束进行整形处理。
7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述探测模块为雪崩光电二极管、电荷耦合元件、互补金属氧化物半导体和多像素光子计数器中的一种。
8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述探测模块包括滤波器，所述滤波器用于对所述回波能量信号进行滤波处理，并将滤波后的所述回波能量信号传输至所述处理模块。
9.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其特征在于，所述接收镜头包括单透镜或胶合透镜或镜头组。
10.根据权利要求9所述的激光雷达系统，其特征在于，所述单透镜、所述胶合透镜和/或所述镜头组采用超材料制成。
技术总结