一种激光雷达多次回波信息提取装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种激光雷达多次回波信息提取方法,包括S1：通过高采样率数字化装置获采集不同距离或反射率下的回波脉冲集；S2：对采集到的回波脉冲集进行归一化处理后计算平均响应回波脉冲；S3：设置多路阈值，对回波脉冲穿越阈值时刻进行高精度测量得到触发时间戳组；S4：对时间窗口内的触发时间戳组进行处理，定位出多次回波脉冲的触发回波次数，得到每一次回波脉冲的幅值。通过上述方式，本发明专利技术提供的激光雷达多次回波信息提取装置，能精确可靠的提取多次回波信息，通过对多个通道同时对回波脉冲电信号进行时间戳测量，利用实现完成的特征提取与匹配运算完成回波脉冲的重构与信息提取，适用于高性能、小型化的激光雷达系统。

A laser radar multiple echo information extraction device and method

The invention discloses a method for extracting multiple echo information of lidar, including S1: acquisition of echo pulse sets under different distances or reflectivity through a high sampling rate digital device; S2: Calculation of average response echo pulse after normalization of the collected echo pulse set; S3: setting of multi-channel threshold, high-precision measurement of the time when the echo pulse passes through the threshold to get touch S4: process the trigger time stamp group in the time window, locate the trigger echo times of multiple echo pulses, and get the amplitude of each echo pulse. Through the above methods, the lidar multiple echo information extraction device provided by the invention can accurately and reliably extract multiple echo information. Through time stamp measurement of echo pulse electric signal on multiple channels at the same time, the reconstruction and information extraction of echo pulse are completed by using the feature extraction and matching operation realized, which is suitable for high-performance and miniaturized lidar system \u3002

【技术实现步骤摘要】
一种激光雷达多次回波信息提取装置及方法
本专利技术涉及一种激光信息提取方法，特别是涉及电激光雷达多次回波信息处理方法与装置。
技术介绍
激光雷达是一种空间信息主动探测手段，其基本工作原理与传统雷达类似：激光雷达向探测目标发射激光，然后由接收器收集被目标反射的光信号，通过测量发射信号的往返时间来确定目标的距离，由于激光具有的高相干性、方向性、单色性等优点，激光雷达系统能够实现远距离、高精度的测距功能，已经在自动驾驶、建筑物三维建模、地形测绘、交会对接等诸多场合得到应用。激光雷达常采用脉冲飞行时间法进行距离信号的提取，其基本原理为向目标发射短时长，高峰值功率的激光脉冲光束，由目标反射的光被激光雷达的接收镜头收集，并记录其到达时间信息，将其与发送脉冲时刻相减，得到激光脉冲往返目标点的时间，进而由光速求取出目标距离信息。在实际应用中，激光雷达发出的回波将存在多次物体的发射，有多次回波将返回到接收系统中。需要准确的对每次回波进行准确的定位与距离估算，满足对。目前对多次回波处理的方法通过高速ADC同时记录回波脉冲的全部采样，但满足性能要求的10G高速ADC功耗极大，价格昂贵，且多次回波距离数据量极大，无法实时解算与应用在小型化激光雷达上。考虑到上述问题，本专利技术提供了一种激光雷达多次回波信息提取方法与装置，旨在于通过预先出路记录下回波信号的典型特征，利用并行触发对多次回波脉冲信号进行稀疏时间戳记录，通过对过阈值的时间戳进行回波脉冲定位与拟合实现一体化的多次回波时间信息、幅度信息提取，无需增加专用电路和设置复杂参数，提高系统集成度。
技术实现思路
本专利技术主要解决的技术问题是如何提供一种激光雷达多次回波信息提取方法与装置，无需增加专用电路和设置复杂参数即可精确可靠的提取多次回波信息的激光雷达多次回波信息处理方法与装置。为解决上述技术问题，本专利技术采用的一个技术方案是：提供一种激光雷达多次回波信息提取装置，包括：主控模块，包括CPU，并由CPU实现控制逻辑，用于控制激光器的发射并产生同步信号；激光发射模块，包括电控振镜与激光器，所述的激光发射模块与主控模块之间控制连接；回波接收模块，包括接收光学单元与光电传感器；多通道触发模块，包括多通道电压阈值设定电路、多通道电压比较电路，所述的多通道触发模块与回波接收模块之间通过接收光学单元通讯连接。存储模块，包括非掉电易失性存储器，用于存储事先计算好的平均响应脉冲数据与脉冲幅度-阈值时间宽度查找表数据，所述的存储模块与主控模块之间控制连接；高精度时间测量模块：包括时钟计数电路与延迟链高分辨时间内插电路。多回波时间戳取模块，发出多回波时间戳组信号，所述的多回波时间戳取模块与高精度时间测量模块之间控制连接；多次回波信息提取处理模块，用于对接收到多回波时间戳组信号进行匹配与重构，实现多次回波时间信息与幅度信息提取。一种激光雷达多次回波信息提取方法，包括激光雷达多次回波信息提取装置，用于实现激光雷达多次回波信息提取，所述的激光雷达多次回波信息提取方法包括以下操作步骤：S1：通过高采样率数字化装置获采集不同距离或反射率下的回波脉冲集；S2：对采集到的回波脉冲集进行归一化处理后计算平均响应回波脉冲；S3：设置多路阈值，通过多路比较器对激光雷达的回波并行触发，对回波脉冲穿越阈值时刻进行高精度测量得到触发时间戳组；S4：对时间窗口内的触发时间戳组进行处理，定位出多次回波脉冲的触发回波次数，并计算出每次回波的到达时间，利用平均响应回波脉冲，触发时间作为约束对触发时间戳组进行脉冲重构，得到每一次回波脉冲的幅值。在一个具体实施例中，在步骤S1、S2步骤中，通过高采样率数字化装置获采集不同距离或反射率下的回波脉冲集，对采集到的回波脉冲集进行归一化处理后得出平均响应回波脉冲Plusemean。在一个具体实施例中，在步骤S1、S2步骤中，所述获取高采样率数字化装置是高速比较器或高速ADC，采样率不低于10G。在一个具体实施例中，在步骤S3中，通过n路比较器设置n个不同的阈值，阈值要求连续递增，对激光回波并行触发，对回波脉冲上升沿和下降沿穿越阈值时刻进行高精度测量得到触发时间戳组[TSpos(1),TSneg(1)...,TSpos(n),TSneg(n)]；其中，所述n路比较器按照生产查找表时所用阈值设置；所述高精度测量通过测时芯片或可编程逻辑器件中的进位链插值实现。在一个具体实施例中，在步骤S4中，将发射激光后时间设置为TW，设置目标触发间隔时间Δt，发射激光后时间窗口TW内的全部时间戳组作为待处理多次回波数据，对触发时间戳组进行噪声过滤，将触发间隔时间小于Δt的时间戳进行中值滤波。在一个具体实施例中，在步骤S4中，对降噪后的待处理回波数据进行回波定位，找到可能存在回波的位置；其定位方法在于看数据中是否存在连续存在多个阈值递增触发，若存在则定位疑似回波位置。比较疑似回波位置与其最邻近的多个阈值递减触发，若相邻大于设置范围则认为是有效触发，否则认为是噪声触发；将有效触发次数作为数据中存在的回波次数N。在一个具体实施例中，在步骤S4中，对每一个有效触发的位置进行多阈值线性拟合，实现对回波脉冲的到达时间定位PT(n)。在一个具体实施例中，在步骤S4中，利用回波脉冲的到达时间与阈值-时间戳组约束，通过平均响应回波脉冲、触发时间戳组重构多个回波脉冲Pluserecon(n)，根据重构结果得到回波脉冲的准确到达时间与幅值，完成信息的提取；其中，所述重构多次脉冲中t为时间偏移，将PT(n)设置为t的粗定位，所需要提取的到达时间采用迭代就近法进行解算：本专利技术的有益效果是：(1)方法简单易实现：通过多路高速比较器方法完成回波脉冲的稀疏采样，使用效果好，能够一次性获取多个回波的定位与检测，功耗开销小，易于实现与集成。(2)计算效果好：通过对多个通道同时对回波脉冲电信号进行时间戳测量，利用实现完成的特征提取与匹配运算完成回波脉冲的重构与信息提取，适用于高性能、小型化的激光雷达系统。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例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专利技术的一些实施例，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它的附图，其中：图1为本专利技术激光雷达多次回波信息提取装置及方法的方法框架示意图；图2为本专利技术激光雷达多次回波信息提取装置及方法的装置示意图；图3为本专利技术激光雷达多次回波信息提取方法对回波进行多通道触发的示意图；图4为本专利技术激光雷达多次回波信息提取方法在时间窗口内得到的幅值时间戳示意图；图5为本专利技术激光雷达多次回波信息提取方法进行多次回波定位的示意图；图6为本专利技术激光雷达多次回波信息提取方法进行多次回波重构的示意图。具体实施方式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种激光雷达多次回波信息提取装置，其特征在于，包括：/n主控模块，包括CPU，并由CPU实现控制逻辑，用于控制激光器的发射并产生同步信号；/n激光发射模块，包括电控振镜与激光器，所述的激光发射模块与主控模块之间控制连接；/n回波接收模块，包括接收光学单元与光电传感器；/n多通道触发模块，包括多通道电压阈值设定电路、多通道电压比较电路，所述的多通道触发模块与回波接收模块之间通过接收光学单元通讯连接；/n存储模块，包括非掉电易失性存储器，用于存储事先计算好的平均响应脉冲数据与脉冲幅度-阈值时间宽度查找表数据，所述的存储模块与主控模块之间控制连接；/n高精度时间测量模块：包括时钟计数电路与延迟链高分辨时间内插电路；/n多回波时间戳取模块，发出多回波时间戳组信号，所述的多回波时间戳取模块与高精度时间测量模块之间控制连接；/n多次回波信息提取处理模块，用于对接收到多回波时间戳组信号进行匹配与重构，实现多次回波时间信息与幅度信息提取。/n

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达多次回波信息提取装置，其特征在于，包括：
主控模块，包括CPU，并由CPU实现控制逻辑，用于控制激光器的发射并产生同步信号；
激光发射模块，包括电控振镜与激光器，所述的激光发射模块与主控模块之间控制连接；
回波接收模块，包括接收光学单元与光电传感器；
多通道触发模块，包括多通道电压阈值设定电路、多通道电压比较电路，所述的多通道触发模块与回波接收模块之间通过接收光学单元通讯连接；
存储模块，包括非掉电易失性存储器，用于存储事先计算好的平均响应脉冲数据与脉冲幅度-阈值时间宽度查找表数据，所述的存储模块与主控模块之间控制连接；
高精度时间测量模块：包括时钟计数电路与延迟链高分辨时间内插电路；
多回波时间戳取模块，发出多回波时间戳组信号，所述的多回波时间戳取模块与高精度时间测量模块之间控制连接；
多次回波信息提取处理模块，用于对接收到多回波时间戳组信号进行匹配与重构，实现多次回波时间信息与幅度信息提取。


2.一种激光雷达多次回波信息提取方法，包括权利要求1所述的激光雷达多次回波信息提取装置，用于实现激光雷达多次回波信息提取，其特征在于，所述的激光雷达多次回波信息提取方法包括以下操作步骤：
S1：通过高采样率数字化装置获采集不同距离或反射率下的回波脉冲集；
S2：对采集到的回波脉冲集进行归一化处理后计算平均响应回波脉冲；
S3：设置多路阈值，通过多路比较器对激光雷达的回波并行触发，对回波脉冲穿越阈值时刻进行高精度测量得到触发时间戳组；
S4：对时间窗口内的触发时间戳组进行处理，定位出多次回波脉冲的触发回波次数，并计算出每次回波的到达时间，利用平均响应回波脉冲，触发时间作为约束对触发时间戳组进行脉冲重构，得到每一次回波脉冲的幅值。


3.根据权利要求2所述的激光雷达多次回波信息提取方法，其特征在于，在步骤S1、S2步骤中，通过高采样率数字化装置获采集不同距离或反射率下的回波脉冲集，对采集到的回波脉冲集进行归一化处理后得出平均响应回波脉冲Plusemean。


4.根据权利要求3所述的激光雷达...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈忻，朱俊，
申请(专利权)人：苏州迈斯泰克达光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32