一种基于激光雷达的检测装置和检测系统

技术领域

本发明涉及激光信号检测，特别是一种基于激光雷达的检测装置和检测系统。

背景技术

激光雷达同时兼具激光束发射功能和接收功能，它通过接收由发射器发出当遇到物体时所返回的激光反射信号，将其扫描范围内物体的空间位置数据转换为电子信号，获取所检测目标的距离、方向、高度、形状等数据信息，从而对检测目标进行探测、跟踪和识别。目前激光雷达广泛应用于安防领域，主要用于目标区域的入侵检测。

激光雷达系统主要由激光光源、激光调制单元、光学扫描发射装置、光学接收装置、信号接收探测装置、信号处理装置组成。现有的大部分激光雷达系统将上述的装置单元全部集成在一起，设备系统整体体积大，由于一些目标区域空间有限(比如轨道交通屏蔽门等)，其现场无法安装到理想的目标位置，即便安装上去也存在扫描不灵敏或者需要安装价格更加昂贵的高检测精度的激光雷达系统。

于此同时，在使用往往需要对多个目标位置进行检测，现有的激光雷达检测系统均为独立安装独立使用，对于多个目标位置的使用，其成本较高。

发明内容

本发明为一种基于激光雷达的检测装置和检测系统，通过将激光雷达检测装置的检测单元和控制单元分离并使用光纤进行通信，使其不需要较大的安装空间也不需要更高精度的激光雷达，于此同时，通过对于多个检测装置进行优化整合形成检测系统，降低了在对于多个目标位置监测时候的使用成本。

值得注意的是，本发明中所述的连接、通信连接等，不仅限于部件之间的简单连接，其连接也包括能够确保本发明的检测装置和检测系统能够正常工作和/或运行的信号的传输和使用。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于激光雷达的检测装置，包括检测单元和控制单元，所述检测单元与所述控制单元通过光纤信号进行通信连接；

所述检测单元用于激光信号的发射和接收；

所述控制单元包括激光信号发生模块与信号处理模块；所述激光信号发生模块用于产生激光并将激光传送至所述检测单元进行发射；所述信号处理模块将所述检测单元接收到的被反射的激光进行处理。

一较佳实施例，所述检测单元包括光学扫描发射装置和所述光学接收装置；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置通过光纤与所述光学扫描发射装置通信连接；所述光学接收装置与所述信号接收探测装置通过光纤通信连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

一较佳实施例，所述检测单元为一体化光学扫描发射接收装置；所述控制单元还包括光学环形器，所述光学环形器包括三个端口；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述一体化光学扫描发射接收装置与所述光学环形器第一端口通过光纤信号连接；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置与所述光学环形器第二端口连接；所述光学环形器的第三端口与所述信号接收探测装置连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

一种基于激光雷达的检测系统，所述检测系统包括至少两组如上所述的检测装置；多个所述检测装置共用一套激光信号发生模块和/或信号处理模块。

一较佳实施例，所述检测单元包括光学扫描发射装置和所述光学接收装置；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置以及分光器，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制单元与所述分光器连接，所述分光器与每个所述光学扫描发射装置通过光纤通信连接；所述光学接收装置与所述信号接收探测装置通过光纤通信连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

一较佳实施例，所述检测单元包括光学扫描发射装置和所述光学接收装置；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置通过光纤与所述光学扫描发射装置通信连接；每个所述检测装置均包括光纤延时器，所述光纤延时器与所述光学接收装置通过光纤通信连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

一较佳实施例，所述检测单元包括光学扫描发射装置和所述光学接收装置；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置以及分光器，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制单元与所述分光器连接，所述分光器与每个所述光学扫描发射装置通过光纤通信连接；每个所述检测装置均包括光纤延时器，所述光纤延时器与所述光学接收装置通过光纤通信连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

一较佳实施例，所述检测单元为一体化光学扫描发射接收装置；所述控制单元还包括光学环形器，所述光学环形器包括三个端口；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置和分光器，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述一体化光学扫描发射接收装置与所述光学环形器第一端口通过光纤信号连接；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置与所述分光器连接，所述分光器与每个所述光学环形器第二端口连接；所述光学环形器的第三端口与所述信号接收探测装置连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

一较佳实施例，所述检测单元为一体化光学扫描发射接收装置；所述控制单元还包括光学环形器和光纤延时器，所述光学环形器包括三个端口；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述一体化光学扫描发射接收装置与所述光学环形器第一端口通过光纤信号连接；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置与所述光学环形器第二端口连接；所述光学环形器的第三端口与所述光纤延时器连接，所述光纤延时器与所述信号接收探测装置连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

一较佳实施例，：所述检测单元为一体化光学扫描发射接收装置；所述控制单元还包括光学环形器和光纤延时器，所述光学环形器包括三个端口；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置、分光器，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述一体化光学扫描发射接收装置与所述光学环形器第一端口通过光纤信号连接；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置与所述分光器连接，所述分光器与每个所述光学环形器第二端口连接；所述光学环形器的第三端口与所述光纤延时器连接，所述光纤延时器与所述信号接收探测装置连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

进一步的，所述光纤延时器将信号进入信号接收探测装置的时刻错开，

保证信号接收探测装置在任一时刻最多只有一个有效光到达。

由上述对本发明的描述可知，和现有技术相比，本发明具有如下优点：

一、本发明中将控制单元与检测单元分离，将检测单元安装在目标区域，将控制单元安装在目标区域外，两者通过光纤进行信号传输，一方面检测单元体积较小，便于对其根据安装环境进行适应性设计；另一方面，控制单元对于安装环境要求较高，通过这样的结构，可以将其安装在更加合适的环境中。

二、本发明中使用三端口的光学环形器将收发光通过一条光纤和一体化光学扫描发射接收装置连接；进一步简化了激光雷达系统的分布式设计，简化了检测单元和控制单元的之间的光学连接。

三、本发明通过在原有多套检测装置的基础上进行升级改造，在保持激光雷达系统核心部件不变的前提下，通过改造、合并多套激光雷达的不同关键单元装置，在保持原有系统检测精度的前提下，降低检测系统的成本。

附图说明

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获得其他的附图。

图1为现有检测装置的结构框图的示意图；

图2为本发明实施例1的结构框图的示意图；

图3为本发明实施例2的结构框图的示意图；

图4为本发明实施例3的结构框图的示意图；

图5为本发明实施例4的结构框图的示意图；

图6为本发明实施例5的结构框图的示意图；

图7为本发明实施例6的结构框图的示意图；

图8为本发明实施例7的结构框图的示意图；

图9为本发明实施例8的结构框图的示意图；

图10为本发明激光经光纤延时器后的时序图的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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。

一种基于激光雷达的检测装置，包括检测单元和控制单元，所述检测单元与所述控制单元通过光纤信号进行通信连接；

所述检测单元用于激光信号的发射和接收；

所述控制单元包括激光信号发生模块与信号处理模块；所述激光信号发生模块用于产生激光并将激光传送至所述检测单元进行发射；所述信号处理模块将所述检测单元接收到的被反射的激光进行处理。

本发明中将控制单元与检测单元分离，将检测单元安装在目标区域，将控制单元安装在目标区域外，两者通过光纤进行信号传输，一方面检测单元体积较小，便于对其根据安装环境进行适应性设计；另一方面，控制单元对于安装环境要求较高，通过这样的结构，可以将其安装在更加合适的环境中。

实施例1

参见图2，所述检测单元包括光学扫描发射装置和所述光学接收装置；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置通过光纤与所述光学扫描发射装置通信连接；所述光学接收装置与所述信号接收探测装置通过光纤通信连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

实施例2

参见图3，所述检测单元为一体化光学扫描发射接收装置；所述控制单元还包括光学环形器，所述光学环形器包括三个端口；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述一体化光学扫描发射接收装置与所述光学环形器第一端口通过光纤信号连接；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置与所述光学环形器第二端口连接；所述光学环形器的第三端口与所述信号接收探测装置连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

光学环形器是一种多端口的具有非互易特性的光器件。光信号由任一端口输入时，都能按图示的数字顺序从下一端口以很小的损耗输出，而该端口通向所有其他端口的损耗都很大，成为不相通端口。本发明中使用三端口的光学环形器将收发光通过一条光纤和一体化光学扫描发射接收装置连接；进一步简化了激光雷达系统的分布式设计，简化了检测单元和控制单元的之间的光学连接。

一种基于激光雷达的检测系统，所述检测系统包括至少两组如上所述的检测装置；多个所述检测装置共用一套激光信号发生模块和/或信号处理模块。

实施例3

参见图4，所述检测单元包括光学扫描发射装置和所述光学接收装置；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置以及分光器，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制单元与所述分光器连接，所述分光器与每个所述光学扫描发射装置通过光纤通信连接；所述光学接收装置与所述信号接收探测装置通过光纤通信连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

本实施例中，将一套激光光源和激光调制装置经分光器分光后，通过光纤将调制解调后的激光光束传送到各个光学扫描发射装置上，各个检测装置拥有独立的信号接收探测装置和信号处理装置，可以独立并行处理各个检测区域的入侵检测，且原有激光雷达系统的检测算法和方式不用改变即可使用。

实施例4

参见图5，所述检测单元包括光学扫描发射装置和所述光学接收装置；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置通过光纤与所述光学扫描发射装置通信连接；每个所述检测装置均包括光纤延时器，所述光纤延时器与所述光学接收装置通过光纤通信连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

参见图10，本实施例中，激光调制装置控制在不同时刻发出激光脉冲，光纤延时器控制控制受激光脉冲照射产生的光信号到达信号接收探测装置的时间。

检测系统通过协同控制控制单元中激光调制装置和光纤延时器，使各个光学接收装置的有效光(待检测目标受激光束照射产生的光信号)到达信号接收探测装置的时刻错开，保证信号接收探测装置在任一时刻最多只有一个有效光到达。

信号接收探测装置和信号处理装置在工作时分成多个分时工作时隙，通过时序控制使不同目标区域的检测信号分时送入信号检测器，保证在一个时刻只有一个检测目标的检测信号送到信号接收探测装置上，通过循环检测，达到一套信号处理模块对多个待检测目标的分时处理。

信号处理模块定时周期性处理接收到的检测信号，信号接收探测装置和信号处理模块无需持续在工作，因此可以采用分时复用的方式将信号接收探测装置和信号处理装置用于多个目标区域的信号检测。检测系统通过光纤延时器将不同目标区域检测到的信号在不同的时刻传送到信号接收探测装置和信号处理装置，通过循环检测，可以满足对多个目标区域的并行检测。

实施例5

参见图6，所述检测单元包括光学扫描发射装置和所述光学接收装置；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置以及分光器，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制单元与所述分光器连接，所述分光器与每个所述光学扫描发射装置通过光纤通信连接；每个所述检测装置均包括光纤延时器，所述光纤延时器与所述光学接收装置通过光纤通信连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

本实施例中，激光光源和激光调制装置持续工作，信号接收探测装置和信号处理装置在工作时分成多个分时工作时隙，光纤延时器控制不同目标区域的检测信号分时送入信号检测器，保证在一个时刻只有一个检测目标的检测信号送到信号接收探测装置上，通过循环检测，达到一套信号处理模块对多个待检测目标的分时处理。

实施例6

参见图7，所述检测单元为一体化光学扫描发射接收装置；所述控制单元还包括光学环形器，所述光学环形器包括三个端口；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置和分光器，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述一体化光学扫描发射接收装置与所述光学环形器第一端口通过光纤信号连接；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置与所述分光器连接，所述分光器与每个所述光学环形器第二端口连接；所述光学环形器的第三端口与所述信号接收探测装置连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

实施例7

参见图8，所述检测单元为一体化光学扫描发射接收装置；所述控制单元还包括光学环形器和光纤延时器，所述光学环形器包括三个端口；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述一体化光学扫描发射接收装置与所述光学环形器第一端口通过光纤信号连接；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置与所述光学环形器第二端口连接；所述光学环形器的第三端口与所述光纤延时器连接，所述光纤延时器与所述信号接收探测装置连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

实施例8

参见图9，所述检测单元为一体化光学扫描发射接收装置；所述控制单元还包括光学环形器和光纤延时器，所述光学环形器包括三个端口；所述激光信号发生模块包括激光光源、激光调制装置、分光器，所述信号处理模块包括信号处理装置、信号接收探测装置；所述一体化光学扫描发射接收装置与所述光学环形器第一端口通过光纤信号连接；所述激光光源与所述激光调制装置连接，所述激光调制装置与所述分光器连接，所述分光器与每个所述光学环形器第二端口连接；所述光学环形器的第三端口与所述光纤延时器连接，所述光纤延时器与所述信号接收探测装置连接，所述信号接收探测装置与所述信号处理装置连接。

其中实施例7-9与上述实施例4-6基本相同，其不同之处在于光学环形器和一体化光学扫描发射接收装置的使用，通过这两个装置的使用，使实施例7-9相对于实施例4-6的结构更加简单，适用的目标区域更加广泛，同时控制单元的器件更少，降低了检测系统的造价。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。