用于光学测距系统的发射信号设计技术方案

本申请公开了用于光学测距系统的发射信号设计。一种用于测距的光学发射系统102，其包括信号发生器304、激光二极管308和光学器件310，该激光二极管308耦合到信号发生器304。信号发生器304被配置为生成第一多个电信号。激光二极管308被配置为生成与第一多个电信号对应的第一多个光学波形152。光学器件310被配置为接收第一多个光学波形152，并将第一多个光学波形152朝向第一多个扫描点定向，第一多个扫描点在视场(FOV)内形成扫描区域。第一多个光学波形152的第一信号类型、第一信号持续时间、第一信号振幅或第一信号重复频率是基于第一多个扫描点的第一期望范围。

Design of Transmitting Signal for Optical Ranging System

The present application discloses the design of a transmitting signal for an optical ranging system. An optical transmitting system 102 for ranging includes a signal generator 304, a laser diode 308 and an optical device 310, which are coupled to a signal generator 304. The signal generator 304 is configured to generate a first plurality of electrical signals. The laser diode 308 is configured to generate the first plurality of optical waveforms 152 corresponding to the first plurality of electrical signals. The optical device 310 is configured to receive the first plurality of optical waveforms 152 and orientate the first plurality of optical waveforms 152 towards the first plurality of scanning points, which form a scanning area in the field of view (FOV). The first signal type, first signal duration, first signal amplitude or first signal repetition frequency of the first plurality of optical waveforms 152 are based on the first desired range of the first plurality of scanning points.

【技术实现步骤摘要】
用于光学测距系统的发射信号设计
技术介绍
光学探测和测距(LiDAR、LIDAR、lidar、LADAR)是通过使激光脉冲序列(单个窄脉冲或调制窄脉冲序列)反射离开一个或更多个物体并分析反射光来测量到物体的距离的系统。更具体地，LiDAR系统通常通过分析反射光信号和发射光信号之间的相关或相位偏移，来确定激光脉冲从激光器发射到物体并返回到该系统的飞行时间(timeofflight(TOF))。然后可以基于TOF确定到物体的距离。这些系统可用于许多应用，包括：地理、地质、地貌、地震学、交通和遥感。例如，在交通运输中，汽车可以包括LiDAR系统来监视交通工具与其他物体(例如，另一交通工具)之间的距离。交通工具可以利用由LiDAR系统所确定的距离，例如，确定其他物体(诸如另一个交通工具)是否太近，并自动应用制动。许多LiDAR系统使用旋转光学测量系统来确定在其视场(FOV)中的物体的距离信息。反射光的强度是针对通过完整360度旋转的几个垂直平面测量的。
技术实现思路
根据本公开的至少一个实施例，一种光学测距系统包括发射器和接收器。发射器被配置为生成在第一时间段内的第一多个光学波形以及在第二时间段内的第二多个光学波形，并且将第一多个光学波形朝向第一物体以及将第二多个光学波形朝向第二物体定向。第一多个光学波形被配置为是与所述第二多个光学波形不同的信号类型或具有与所述第二多个光学波形不同的信号持续时间、信号振幅或信号重复频率。接收器被配置为接收反射离开第一物体的第一多个光学波形和反射离开所述第二物体的第二多个光学波形，基于从发射器到第一物体并返回到接收器的第一飞行时间确定到第一物体的第一距离，以及基于从发射器到第二物体并返回到接收器的第二飞行时间确定到第二物体的第二距离。另一个说明性实施例是一种用于光学测距的光学发射系统，其包括信号发生器、激光二极管和光学器件，该激光二极管耦合到信号发生器。信号发生器被配置为生成第一多个电信号。激光二极管被配置为生成与第一多个电信号相对应的第一多个光学波形。光学器件被配置为接收第一多个光学波形，并将第一多个光学波形定向到第一多个扫描点，第一多个扫描点形成视场(FOV)内的扫描区域。第一多个光学波形的第一信号类型、第一信号持续时间、第一信号振幅或第一信号重复频率是基于第一多个扫描点的第一期望范围。又一个说明性实施例是一种用于确定到多个物体的距离的方法。该方法包括由发射器针对第一期望范围生成第一多个光学波形。第一多个光学波形是第一信号类型并且具有第一信号持续时间、第一信号振幅和第一信号重复频率。第一信号类型、第一信号持续时间、第一信号振幅和第一信号重复频率是基于第一期望范围。该方法还包括将第一多个光学波形导向(steer)到在视场(FOV)内形成扫描区域的多个扫描点。该方法还包括由发射器针对与第一期望范围不同的第二期望范围生成第二多个光学波形。第二多个光学波形是第二信号类型，并且具有第二信号持续时间、第二信号振幅和第二信号重复频率。第二信号类型、第二信号持续时间、第二信号振幅和第二信号重复频率是基于第二期望范围。该方法还包括将第二多个光学波形导向到多个扫描点。附图说明针对各种的示例的详细说明，现在将参考附图，其中：图1根据各种的示例示出了光学测距系统；图2根据各种的示例示出了FOV内的说明性扫描区域，该扫描区域由光学测距系统扫描；图3根据各种的示例示出了用于光学测距系统的说明性发射器；图4根据各种的示例示出了用于光学测距系统的说明性接收器；图5根据各种的示例示出了用于各种范围扫描的说明性振幅与时间的曲线图；以及图6根据各种的示例示出了用于确定到多个物体的距离的方法的说明性流程图。具体实施方式贯穿随后的说明书和权利要求中使用的某些术语指的是特定的系统组件。正如本领域的技术人员所理解的，公司可能会用不同的名称来指代一个组件。本文档不意图区分名称不同而不是功能不同的组件。在随后的讨论和在权利要求中，术语“包括”和“包含”以开放式的方式使用，并且因此应该被解释为意味着“包括但不限于……”。另外，术语“耦合”(“couple”或“couples”)意图意味着间接连接或直接连接。因此，如果第一器件耦合到第二器件，该连接可以通过直接连接，或者通过经由其他器件和连接的间接连接。列举“基于”意图意味着“至少部分基于”。因此，如果X是基于Y的，那么X可以是基于Y和任何数量的其他因素。以下讨论针对本公开的各种实施例。尽管这些实施例中的一个或更多个可以是优选的，但公开的实施例不应被解释为或以其他方式用作限制本公开(包括权利要求)的范围。此外，本领域技术人员将理解，随后的说明书具有广泛的应用，而对任何实施例的讨论仅仅意味着是对该实施例的示例性说明，而不意图暗示本公开(包括权利要求)的范围受限于该实施例。光学测距系统(诸如LiDAR系统)可以利用光学信号(例如，光信号)到物体及其反射离开物体回到LiDAR系统(返回信号)的飞行时间(TOF)确定到各种物体的距离。这些系统可用于许多应用，包括：地理、地质、地貌、地震学、交通和遥感。例如，在交通运输中，汽车可以包括LiDAR系统，其监视交通工具与其他物体(例如，另一交通工具)之间的距离。交通工具可以利用LiDAR系统确定的距离，例如，确定其他物体(诸如另一交通工具)是否太近，并自动应用制动。一些LiDAR系统扫描它们的FOV(例如，使用旋转光学系统)，以确定其FOV中物体的距离信息。反射光的强度是针对通过完整360度旋转的几个垂直平面测量的。例如，这些LiDAR系统可以使用一套旋转的发射和接收光学器件。对于每个扫描平面，光波束在旋转系统的每个角位置处被发射和接收(例如，光波束被发射到FOV中的网格模式中的若干扫描点，并被反射离开位于扫描点处的物体)。完成后，可以生成FOV的三维(3D)图像。在传统的系统中，发射信号被设计为用于期望测量的最大距离。因此，发射的光学信号总是以全功率被发射。如果多个物体在FOV内，来自近距离物体的反射可以非常强，从而由于接收光学探测器传感器的饱和和恢复时间而妨碍来自更远物体的延迟的较弱反射被检测到。对于单目LiDAR系统(例如，为发射器和接收器使用单一透镜来定向光学信号的系统)，污垢、水滴、其他异物和/或其他杂质会导致发射信号强烈反射回到接收器。这种由接收器接收的反射信号(或在反射离开其他近物体之后由接收器接收的任何其它反射信号)可以非常强，从而使接收器的前端饱和。然而，如果发射信号太小，对于较远物体的在反射信号中的功率可能是如此之低以致于它丢失在噪声中。因此，需要开发一种光学测距系统，该系统可靠地检测离系统近和远的物体。根据各种示例，提供一种光学测距系统，该系统为发射信号而交错各种功率电平，使得可靠地检测到FOV内的近物体和远物体。换句话说，可以基于特定扫描的期望范围来调整发射信号。在一个实施例中，对于短范围扫描(例如，对于小于10米的扫描)，使用具有相对短的信号持续时间、相对低的峰值光学功率(例如，相对低的信号振幅)以及相对高的信号重复频率的脉冲信号。脉冲信号提供了允许更高的分辨率的快速的上升时间。在一个实施例中，对于较长范围扫描(例如，对于大于10米的扫描)，使用具有相对较长信号持续时间、相对较高峰值光学功率以及相对较低信号重复频本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种光学测距系统，包含：发射器，其被配置为生成第一时间段的第一多个光学波形和第二时间段的第二多个光学波形，并将所述第一多个光学波形朝向第一扫描区域以及将所述第二多个光学波形朝向第二扫描区域定向，所述第一多个光学波形被配置为是与所述第二多个光学波形不同的信号类型或具有与所述第二多个光学波形不同的信号持续时间、信号振幅或信号重复频率；以及接收器，其被配置为接收反射离开所述第一扫描区域中的第一物体的所述第一多个光学波形，以及反射离开所述第二扫描区域中的第二物体的所述第二多个光学波形，基于从所述发射器到所述第一物体并返回到所述接收器的第一飞行时间确定到所述第一物体的第一距离，并且基于从所述发射器到所述第二物体并返回到所述接收器的第二飞行时间确定到所述第二物体的第二距离。

【技术特征摘要】
2017.07.13 US 15/649,4131.一种光学测距系统，包含：发射器，其被配置为生成第一时间段的第一多个光学波形和第二时间段的第二多个光学波形，并将所述第一多个光学波形朝向第一扫描区域以及将所述第二多个光学波形朝向第二扫描区域定向，所述第一多个光学波形被配置为是与所述第二多个光学波形不同的信号类型或具有与所述第二多个光学波形不同的信号持续时间、信号振幅或信号重复频率；以及接收器，其被配置为接收反射离开所述第一扫描区域中的第一物体的所述第一多个光学波形，以及反射离开所述第二扫描区域中的第二物体的所述第二多个光学波形，基于从所述发射器到所述第一物体并返回到所述接收器的第一飞行时间确定到所述第一物体的第一距离，并且基于从所述发射器到所述第二物体并返回到所述接收器的第二飞行时间确定到所述第二物体的第二距离。2.根据权利要求1所述的光学测距系统，其中所述第一距离小于所述第二距离。3.根据权利要求2所述的光学测距系统，其中所述发射器进一步被配置为生成所述第一多个光学波形作为脉冲信号以及所述第二多个光学波形作为连续调幅波形。4.根据权利要求2所述的光学测距系统，其中所述发射器进一步被配置为生成具有第一信号持续时间的所述第一多个光学波形和具有第二信号持续时间的所述第二多个光学波形，所述第一信号持续时间小于所述第二信号持续时间。5.根据权利要求2所述的光学测距系统，所述发射器进一步被配置为生成具有第一信号振幅的所述第一多个光学波形和具有第二信号振幅的所述第二多个光学波形，所述第一信号振幅小于所述第二信号振幅。6.根据权利要求2所述的光学测距系统，所述发射器进一步被配置为生成具有第一信号重复频率的所述第一多个光学波形和具有第二信号重复频率的所述第二多个光学波形，所述第一信号重复频率大于所述第二信号重复频率。7.根据权利要求1所述的光学测距系统，其中所述发射器被配置为生成具有与所述第二多个光学波形不同的信号类型、信号持续时间、信号振幅和信号重复频率的所述第一多个光学波形。8.根据权利要求1所述的光学测距系统，其中所述第一多个光学波形的所述信号类型、信号持续时间、信号振幅和信号重复频率是基于到所述第一物体的所述第一距离，而所述第二多个光学波形的所述信号类型、信号持续时间、信号振幅和信号重复频率是基于到所述第二物体的所述第二距离。9.一种用于测距的光学发射系统，包含：信号发生器，其被配置为生成第一多个电信号；激光二极管，其耦合到所述信号发生器，所述激光二极管被配置为生成与所述第一多个电信号相对应的第一多个光学波形；以及光学器件，其被配置为接收所述第一多个光学波形并将所述第一多个光学波形朝向在视场即FOV内形成扫描区域的第一多个扫描点定向，其中，所述第一多个光学波形的第一信号类型、第一信号持续时间、第一信号振幅或第一信号重复频率是基于所述第一多个扫描点的第一期望范围。10.根据权利要求9所述的光学发射系统，其中：所述信号发生器进一步被配...

【专利技术属性】
技术研发人员：N·C·沃克，D·P·马吉，B·S·哈罗恩，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US