基于一维光相控阵的三维扫描激光雷达 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202210367089.8 (22)申请日 2022.05.05 (71)申请人 上海交通大学 地址 202240 上海市闵行区东川路800号 (72)发明人 陆梁军 许维翰 周林杰 陈建平 刘娇 (74)专利代理机构 上海恒慧知识产权代理事务 所(特殊普通合伙) 31317 代理人 张宁展 (51)Int.Cl. G01S 7/481(2022.01) (54)发明名称 基于一维光相控阵的三维扫描激光雷达 (57)摘要 一种基于一维光相控阵的三维扫描激光雷 达，包括发射端、相干接收端和非相干接收端，均 为一维阵列本发明降低了三维扫描相控阵的相 位控制复杂度，并避免使用成本高昂的可调谐激 光器和串扰较大的光栅阵列天线本发明仍然具 有纯固态三维扫描方案在速度和集成度上的显 著优势， 具有非常高的实用价值。
权利要求书2页 说明书9页 附图9页CN 110109083 A 2022.08.09 C N 110109083 A 权 利 要 求 书1/2页CN 110109083 A 1.一种基于一维光相控阵的三维扫描激光雷达，包括窄线宽激光光源与高速集成电路控制器，其特征在于，还包括发射端(Tx)、相干接收端(Rc)和非相干接收端(Ri)，所述的发射端(Tx)包括沿所述的窄线宽激光光源输出的探测光方向依次的探测光输入波导(101)、第一分束器模块(102)、移相器阵列模块(103)和耦合抑制亚波长间距一维发射阵列(104)；所述的相干接收端(Rc)包括沿目标反射的信号光方向的稀疏间隔模斑变换一维接收阵列(201)和相干接收模块(204)，沿所述的窄线宽激光光源输出的参考光方向的参考光输入波导(202)、第二分束器模块(203)和相干接收模块(204)；所述的非相干接收端(Ri)包括沿目标反射的信号光方向依次的空间光学模块(301)和线阵光电传感器(302)，所述的线阵光电传感器(302)的输出端与所述的高速集成电路控制器的第2输入端相连；所述的发射端移相器阵列模块(103)的移相器的控制端、相干接收端的相干接收模块(203)的控制端与所述的高速集成电路控制器的输出端相连，所述的相干接收端的相干接收模块(203)的输出端与所述的高速集成电路控制器的第1输入端相连。
2.根据权利要求1所述的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述的窄线宽激光光源可以和芯片系统一起混合集成，或由分立的外部主机提供 3.根据权利要求1所述的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述的窄线宽激光光源输出的探测光从探测光输入波导(101)进入芯片，并由第一分束器模块(102)分配到N路波导中，当N小于等于64时，输出通道的光波振幅按照切比雪夫分布，当N大于64后，通道的光波振幅按照泰勒-凯泽分布；其后，探测光将经过N通道的移相器阵列(103)，最终从N通道的耦合抑制亚波长间距一维发射阵列(104)离开发射端，进入自由空间照射目标，其中：N大于等于4，发射阵列为均匀阵列，所述的亚波长指二分之一的工作波长到一倍的工作波长之间的一个特定值，具体取值由通道数目和扫描范围决定，工作波长范围覆盖1500nm至1600nm 4.如权利要求1或3所述的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述的相干接收端，所述的窄线宽激光光源输出的参考光从参考光输入波导(202)进入芯片，并由参考光第二分束器模块(203)将单路输入的参考光功率分配到M路波导中，当M小于等于64时，输出通道的光波振幅按照切比雪夫分布，当M大于64后，通道的光波振幅按照泰勒-凯泽分布；并针对实际接收阵列的阵元几何关系插值得出；所述的稀疏间隔模斑变换接收阵列(201)具有M通道，与此同时，由目标反射的信号光将从M通道的稀疏间隔模斑变换接收阵列(201)耦合进入芯片系统，来自第二分束器模块(203)的M通道参考光和来自接收天线的M通道的稀疏间隔模斑变换接收阵列(201)的M通道信号光在所述的相干接收模块(204)中进行光电探测，产生含有目标距离信息的电信号，其中：M大于等于4，接收阵列为非均匀间隔稀疏阵列，并配合使用曲面与阵列方向垂直的柱面镜，最大限度提高相干接收端的有效接收面积。
5.如权利要求1所述的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述的非相干接收端，来自目标反射的信号光从大口径透镜光学模块(301)处返回非相干接收端并聚焦在所述的线阵光电传感器(302)所在的平面上，并由所述的线阵光电传感器(302)予以分别接收 6.如权利要求1所述的三维扫描激光雷达，其特征在于，所述的耦合抑制亚波长间距一维发射阵列(104)沿着水平方向布置，其干涉得到的定向波束是沿着经线方向的条形波束，并能在方位角方向上进行一维线性扫描；与此同时，所述的相干接收端接收天线的M通道的稀疏间隔模斑变换接收阵列(201)与所述的线阵光电传感器(302)均沿着竖直方向布置，由光路可逆原理可知，接收阵列与光电传感器阵元的方向选择性是沿着纬线方向的条形区 2 。