一种增强激光雷达抗干扰性的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种增强激光雷达抗干扰性的方法，对任意单目标点进行非连续的多次扫描，并对每次扫描的激光信号进行激光快速编码。每个目标点所对应的多次测量行为是基于快速扫描条件下非连续的，保证了测量结果的高刷新率和可靠性。激光快速编码是将现有脉冲激光器的单个脉冲周期内的脉冲信号转变为具有至少两种不同脉冲强度和/或脉冲宽度的连续和/或离散的子脉冲。单个脉冲周期内的一系列子脉冲作为一个整体构成激光雷达所发射的单目标点的探测信号单元。快速编码方法应用于单目标多次测量的每次测量中，可以更进一步地保障激光雷达每次测量的可靠性，在此基础上可以降低单目标测量的次数，进一步提高测量结果的刷新率。

【技术实现步骤摘要】
一种增强激光雷达抗干扰性的方法及系统
本专利技术属于激光雷达领域，涉及一种增强激光雷达抗干扰性的方法及系统。
技术介绍
在激光雷达设计过程中，通常采用特定波长的红外激光器以及与光源波长匹配的窄带滤光片来避免环境光对探测产生的影响，从而提高激光接收系统的信噪比和抗干扰性。但是当激光雷达在汽车辅助驾驶或自动驾驶、服务机器人，工业自动化领域被广泛应用时，各种红外波长的激光光源本身也成为环境光的一部分，这些混杂的与激光信号能量相当的环境噪声都有可能直接或经反射后被其它激光雷达系统接收、处理和计算，从而得到错误的相对位置信息。为了保障激光雷达实际应用的可靠性，激光雷达之间的激光信号干扰是一个需要解决的问题。现有技术常用的是激光编码，激光编码即通过对激光的脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲幅值、重复频率、波长及相位等参量进行调制，使激光携带尽可能多的信息，从而达到区别于其它激光信号的目的。接收系统可以依据激光信号的差异有选择地计算处理某一特征的激光信号而免于被其它信号干扰。专利CN104917043A利用注入的伪随机信号和锁模介质产生相应重复频率伪随机变化的锁模脉冲，用于激光制导系统中的目标指示器，提高抗干扰能力，且激光光束的重复频率可以伪随机变化不易被破解。专利CN102638271A在激光制导(跟踪)系统中，针对纳秒级脉宽可调激光器，提出一种使用电光开关直接削波实现脉冲宽度和脉冲幅值的编码，并结合选通波门的一种对抗激光干扰的PAWM编码。专利CN105182361提出利用信号发生器产生的复合调制随机脉冲信号将脉冲位置调制和脉冲幅度调制相结合的一种脉冲编码序列的调制方式。此外，研究文献提出依靠混沌电路、光注入、光反馈或光电反馈等方式产生的混沌激光光源来提高激光雷达的抗干扰性能。在制导系统应用中，激光信号接收器所探测的回波信号来自于反射特性相对单一的目标表面，回波信号的强度受到的影响程度相对统一，不会有大幅度的起伏波动，此外针对特定目标的回波信号持续时间也较长，因此激光信号的编码识别所受到的影响相对较小。当激光雷达应用于汽车辅助驾驶或自动驾驶、服务机器人，工业自动化等场景，由于这一类场景具有短探测距离、高探测频率、密集探测方向(目标)、多特征目标和周围多干扰源等特征，系统并不允许每个探测目标都拥有较长时间的脉冲发射和回波探测，因此短时间内形成丰富的脉冲编码信息成为该领域应用的要求，从而提高激光信号的可识别性、抗干扰性。已有的激光信号编码技术通过控制单个激光源的脉冲时间和脉冲间隔来实现编码，如图3a、3b，即需要多个不同强度和间隔的脉冲来组成一个脉冲系列才能实现具有良好抗干扰能力的编码，基于激光脉冲的占空比及散热的考虑，其编码(脉冲)时间间隔相对较长即每个脉冲系列需要较长时间才能完成编码，编码密度相对较低，编码所含的信息量较少，特征较少，受干扰后部分信号特征可能容易丢失，造成筛分识别率低。此外，激光雷达还可以通过多次测量提高激光接收系统的信噪比和抗干扰性。对于现有技术，单目标的间隔式多次测量一般会降低测量结果的刷新率，而单目标的连续式多次测量又容易存在多次测量被完全干扰的问题。基于上述分析，如何实现快速编码以及优化多次测量技术则有必要进一步探讨。
技术实现思路
本专利技术提出一种基于激光快速扫描的单目标多次测量，并对每次扫描的激光脉冲信号进行快速编码的增强激光雷达抗干扰性的方法及系统。在脉冲激光器的单脉冲周期内，甚至是单脉宽时间进行激光编码，通过将现有脉冲激光器的单个脉冲周期内的激光信号转变为多个强度可调制的、连续的或离散的子波(或子脉冲)组合，从而得到一系列具有特征子脉冲数，特征脉宽，特征时间间隔、特征强度顺序的子波信号组。激光器所发射的一系列子波作为一个整体构成激光雷达所发射的单目标点的探测信号单元，每个探测信号单元都可以通过子波的脉宽、时间间隔和激光强度顺序实现激光信号编码。激光雷达的回波信号处理系统通过同时识别子波的脉宽、时间间隔，强度顺序来实现回波信号的筛选，剔除干扰信号，最终得到探测目标的真实距离。基于快速扫描的单目标多次测量方法可以实现较好的抗干扰效果和较高的测量结果刷新率。本专利技术的技术解决方案是提供一种增强激光雷达抗干扰性的方法，对任意单目标点进行非连续的多次扫描，并对每次扫描的激光信号进行激光快速编码；上述激光快速编码是将现有脉冲激光器的单个脉冲周期内的脉冲信号转变为具有至少两种不同脉冲强度和/或脉冲宽度的连续和/或离散的子脉冲；将在单个脉冲周期内的一系列子脉冲作为一个整体构成激光雷达所发射的单目标点的探测信号单元。每个目标点所对应的多次测量行为是分散的、非连续的，某一短暂的激光干扰结果并不会集中在单个目标点的多次测量中，而是会被分配到不同的目标点上并且只影响这些目标点的多次测量结果中的某一次或部分测量结果，提高了目标点探测的成功率和可靠性。多次重复测量方案进一步结合激光快速编码技术可以提高单次测量的可靠性，从而可以降低单目标点的测量次数，进一步提高刷新率。优选地，快速激光编码过程具体可以为：步骤1.1)：采用单个脉冲激光器作为光源，准直激光；步骤1.2)：调整激光脉冲的脉宽，并在单个脉宽时间内，调节激光器的驱动电流的大小、不同大小驱动电流之间的间隔时间及持续时间，得到具有不同脉冲强度和/或宽度、连续和/或离散的子脉冲信号，实现单光源中任意一个脉冲信号的激光编码。优选地，通过激光器驱动模块调节驱动电流，上述驱动模块包括驱动电路，上述驱动电路包含至少两个并联的开关器件及与各开关器件串联的电阻，开关器件用于控制每一支路的快速通断，电阻用于调节每一支路电流大小。优选地，步骤1.2)中激光脉冲的脉宽调整至实际应用的需求值，调节驱动电流大小，使得在一个脉宽内得到≥1个不同强度的子脉冲信号。优选地，当激光雷达的扫描装置所反馈的角度信号或时间信号到达预定角度或预定时间点时发出系列脉冲中的首个子脉冲；由预先设定的命令流控制MOSFET的开关调节系列脉冲中的后续每个子脉冲的脉冲强度和间隔时间；最终实现激光脉冲强度的调制编码。优选地，本专利技术还提供了另外一种激光编码过程，具体为：步骤2.1)：采用N个峰值功率不同、激光波长为同一波段的激光器作为组合光源，其中N≥2；步骤2.2)：依据峰值功率对N个激光器进行地址编排；步骤2.3)：对N个激光器的激光光束合束、整形并准直；步骤2.4)：在单个脉冲周期内，确定需要激发的激光器个数，设定激发控制信号，所述激发控制信号包括激光器发射顺序、子脉冲发射时间、子脉冲发射间隔以及子脉冲宽度，按照激发控制信号激发激光器发射子脉冲信号。优选地，步骤2.4)具体通过以下方法实现：a)：当激光雷达的扫描装置所反馈的角度信号或时间信号到达预定角度或预定时间点时激发设定的第一个激光器发出设定脉宽及强度的激光子脉冲；b)：依据前一个子脉冲的宽度和设定的系列内脉冲的时间间隔决定后续激光器的脉冲发射时间及脉冲宽度；c)：重复步骤b)，直至在单个脉冲周期内设定的激光器都完成了子脉冲发射。优选地，N个激光器的波长相同或不同；当N个激光器的波长相同时，回波信号的接收端只需要设置一个匹配窄带滤波片的探测器；当N个激光器的波长不同时，回波信号接收端需要设置N个探测器。本专利技术还提供一种实现上述方法的激光雷达系统，包括激光发本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于：对任意单目标点进行非连续的多次扫描，并对每次扫描的激光信号进行激光快速编码；所述激光快速编码是将现有脉冲激光器的单个脉冲周期内的脉冲信号转变为具有至少两种不同脉冲强度和/或脉冲宽度的连续和/或离散的子脉冲；将在单个脉冲周期内的一系列子脉冲作为一个整体构成激光雷达所发射的单目标点的探测信号单元。

【技术特征摘要】
1.一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于：对任意单目标点进行非连续的多次扫描，并对每次扫描的激光信号进行激光快速编码；所述激光快速编码是将现有脉冲激光器的单个脉冲周期内的脉冲信号转变为具有至少两种不同脉冲强度和/或脉冲宽度的连续和/或离散的子脉冲；将在单个脉冲周期内的一系列子脉冲作为一个整体构成激光雷达所发射的单目标点的探测信号单元。2.根据权利要求1所述的一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于，快速激光编码过程具体为：步骤1.1)：采用单个脉冲激光器作为光源，准直激光；步骤1.2)：调整激光脉冲的脉宽，并在单个脉宽时间内，调节激光器的驱动电流的大小、不同大小驱动电流之间的间隔时间及持续时间，得到具有不同脉冲强度和/或宽度、连续和/或离散的子脉冲信号，实现单光源中任意一个脉冲信号的激光编码。3.根据权利要求2所述的一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于：通过激光器驱动模块调节驱动电流，所述驱动模块包括驱动电路，所述驱动电路包含至少两个并联的开关元件及与各开关元件串联的电阻；步骤1.2)中激光脉冲的脉宽调整至实际应用的需求值，调节驱动电流大小，使得在一个脉宽内得到≥1个不同强度的子脉冲信号；当激光雷达的扫描装置所反馈的角度信号或时间信号到达预定角度或预定时间点时发出系列脉冲中的首个子脉冲；由预先设定的命令流控制开关元件调节系列脉冲中的后续每个子脉冲的脉冲强度和间隔时间；最终实现激光脉冲强度的调制编码。4.根据权利要求1所述的一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于，激光编码过程具体为：步骤2.1)：采用N个峰值功率不同、激光波长为同一波段的激光器作为组合光源，其中N≥2；步骤2.2)：依据峰值功率对N个激光器进行地址编排；步骤2.3)：对N个激光器的激光光束合束、整形并准直；步骤2.4)：在单个脉冲周期内，确定需要激发的激光器个数，设定激发控制信号，所述激发控制信号包括激光器发射顺序、子脉冲发射时间、子脉冲发射间隔以及子脉冲宽度，按照激发控制信号激发激光器发射子脉冲信号。5.根据权利要求4所述的一种增强激光...

【专利技术属性】
技术研发人员：游桥明，夏长锋，张雅男，刘义松，乔大勇，
申请(专利权)人：西安知微传感技术有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61