【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于光学距离测量的系统和方法
本公开总体上涉及距离测量，并且更具体地涉及使用光检测和测距(LIDAR)的用于距离测量的系统和方法。
技术介绍
无人载运工具如无人机(UAVs)可应用于许多应用，包括农作物监测、摄影、建筑物和其他结构的检测、消防和安全任务、边境巡逻以及产品交付等。这些无人载运工具可被配置用于检测周围环境中的障碍物和其他物体的传感器。LIDAR系统可用于提供三维障碍物检测和环境测绘的距离测量。然而，现有的LIDAR系统的测量精度可能不足以用于复杂的环境。因此，有需要对无人载运工具和其他可移动物体携带的LIDAR系统实施的改进技术。
技术实现思路
本公开涉及使用LIDAR和其他光学技术进行距离测量的系统和方法。在一个方面，提供一种用于测量到物体距离的系统。所述系统包括被配置为发射出射光脉冲的光发射器。所述系统还包括被配置为接收物体反射的返回光脉冲并输出表示所述返回光脉冲的模拟脉冲信号的光传感器。所述系统还包括耦合到光传感器的FPGA。所述FPGA被配置为将模拟脉冲信号转换为多个数字信号值，并通过对每个数字信号值进行采样以生成与多个数字信号值相对应的多个时间测量值。采样的时间分辨率比FPGA的时钟周期短。所述系统还包括配置为基于多个数字信号值和多个时间测量值计算到物体的距离的控制器。另一方面，提供一种用于测量到物体距离的方法。所述方法包括通过光发射器发射出射光脉冲。物体反射的返回光脉冲由光传感器接收。由光传感器输出表示返回光脉冲的模拟脉冲信号。使用FPGA来将模拟脉冲信号转...
【技术保护点】
1.一种测量到物体的距离的系统，所述系统包括：/n光发射器，被配置为发射出射光脉冲；/n光传感器，被配置为接收从所述物体反射的返回光脉冲并输出表示所述返回光脉冲的模拟脉冲信号；/n耦合到所述光传感器的现场可编程门阵列“FPGA”，被配置为：/n将所述模拟脉冲信号转换为多个数字信号值，以及/n通过采样每个数字信号值生成与所述多个数字信号值相对应的多个时间测量，其中，采样的时间分辨率短于所述FPGA的时钟周期；以及/n控制器，被配置为基于所述多个数字信号值和所述多个时间测量来计算到所述物体的距离。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种测量到物体的距离的系统，所述系统包括：
光发射器，被配置为发射出射光脉冲；
光传感器，被配置为接收从所述物体反射的返回光脉冲并输出表示所述返回光脉冲的模拟脉冲信号；
耦合到所述光传感器的现场可编程门阵列“FPGA”，被配置为：
将所述模拟脉冲信号转换为多个数字信号值，以及
通过采样每个数字信号值生成与所述多个数字信号值相对应的多个时间测量，其中，采样的时间分辨率短于所述FPGA的时钟周期；以及
控制器，被配置为基于所述多个数字信号值和所述多个时间测量来计算到所述物体的距离。
2.如权利要求1所述的系统，其中所述光发射器、所述光传感器、所述FPGA和所述控制器由无人载运工具、自主载运工具或机器人承载。
3.如权利要求1所述的系统，其中所述时间分辨率比所述FPGA的时钟周期短至少5倍。
4.如权利要求1所述的系统，其中所述FPGA包括彼此顺序耦合的多个延迟单元，并且其中所述FPGA被配置为使用所述多个延迟单元执行采样。
5.如权利要求4所述的系统，其中所述多个延迟单元包括至少25个延迟单元。
6.如权利要求4所述的系统，其中所述多个延迟单元包括进位链或查找表“LUT”。
7.如权利要求4所述的系统，其中所述多个延迟单元中的每一个被配置为产生从5皮秒到2000皮秒的范围内的延迟。
8.如权利要求4所述的系统，其中所述FPGA包括多个锁存器，其中每个锁存器耦合到所述多个延迟单元中的对应延迟单元，并且其中每个锁存器被配置为响应于所述对应延迟单元接收到数字信号值而被锁存。
9.如权利要求8所述的系统，其中所述FPGA被配置为通过以下操作生成所述多个时间测量：
沿着所述多个延迟单元顺序发送数字信号值；
确定在所述FPGA的时钟周期内触发的多个锁存器的数量；以及
基于确定的数量计算与所述数字信号值相对应的时间测量。
10.如权利要求9所述的系统，还包括置于所述FPGA之上、之内或附近的温度传感器，其中所述FPGA被配置为通过以下操作生成所述多个时间测量：
从所述温度传感器接收温度值；以及
基于所述温度值计算时间测量。
11.如权利要求1所述的系统，其中所述FPGA包括多个锁相环“PLL”时钟，每个锁相环时钟都被配置为生成具有不同相位的时钟信号，并且其中所述FPGA被配置为使用所述多个PLL时钟执行采样。
12.如权利要求11所述的系统，其中所述多个PLL时钟包括至少2个PLL时钟。
13.如权利要求11所述的系统，其中由所述多个PLL时钟生成的时钟信号彼此相移π/8、π/4、π/2或π。
14.如权利要求11所述的系统，其中所述FPGA被配置为通过以下操作生成所述多个时间测量：
将数字信号值与所述多个PLL时钟中的每一个PLL时钟生成的时钟信号进行比较；以及
基于所述比较计算与所述数字信号值相对应的时间测量。
15.如权利要求1所述的系统，其中所述FPGA包括所述控制器。
16.如权利要求1所述的系统，其中所述控制器耦合到所述FPGA。
17.一种测量到物体的距离的方法，所述方法包括：
通过光发射器发射出射光脉冲；
在光传感器处接收从所述物体反射的返回光脉冲；
通过所述光传感器输出表示所述返回光脉冲的模拟脉冲信号；
使用现场可编程门阵列“FPGA”将所述模拟脉冲信号转换为多个数字信号值；
使用所述FPGA，通过采样每个数字信号值生成与所述多个数字信号值相对应的多个时间测量，其中，采样的时间分辨率短于所述FPGA的时钟周期；以及
基于所述多个数字信号值和所述多个时间测量计算到所述物体的距离。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述光发射器、所述光传感器、和所述FPGA由无人载运工具、自主载运工具或机器人承载。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述时间分辨率比所述FPGA的时钟周期短至少5倍。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述FPGA被配置为使用彼此顺序耦合的多个延迟单元执行采样。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述多个延迟单元包括至少25个延迟单元。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述多个延迟单元包括进位链或查找表“LUT”。
23.如权利要求20所述的方法，其中所述多个延迟单元中的每一个被配置为产生从5皮秒到2000皮秒的范围内的延迟。
24.如权利要求20所述的方法，其中所述FPGA包括多个锁存器，其中每个锁存器耦合到所述多个延迟单元中的对应延迟单元，并且其中每个锁存器被配置为响应于所述对应延迟单元接收到数字信号值而被锁存。
25.如权利要求24所述的方法，其中生成多个时间测量的步骤包括：
沿着所述多个延迟单元顺序发送数字信号值；
确定在所述FPGA的时钟周期内触发的多个锁存器的数量；以及
基于确定的数量计算与所述数字信号值相对应的时间测量。
26.如权利要求25所述的方法，其中生成多个时间测量的步骤包括：
从置于所述FPGA之上、之内或附近的温度传感器接收温度值；以及
基于所述温度值计算时间测量。
27.如权利要求17所述的方法，其中所述FPGA被配置为使用均被配置为生成具有不同相位的时钟信号的多个锁相环“PLL”时钟来执行采样。
28.如权利要求27所述的方法，其中所述多个PLL时钟包括至少2个PLL时钟。
29.如权利要求27所述的方法，其中由所述多个PLL时钟生成的时钟信号彼此相移π/8、π/4、π/2或π。
30.如权利要求27所述的方法，其中生成多个时间测量的步骤包括：
将数字信号值与所述多个PLL时钟中的每一个PLL时钟生成的时钟信号进行比较；以及
基于所述比较计算与所述数字信号值相对应的时间测量。
31.一种测量到物体的距离的系统，所述系统包括：
光发射器，被配置为发射出射光脉冲；
光传感器，被配置为接收从所述物体反射的返回光脉冲并输出表示所述返回光脉冲的模拟脉冲信号；
耦合到所述光传感器的现场可编程门阵列“FPGA”，被配置为：
通过(1)将所述模拟脉冲信号与多个阈值进行比较，并且(2)基于所述比较生成多个数字信号值，将所述模拟脉冲信号转换为所述多个数字信号值，以及
生成与所述多个数字信号值相对应的多个时间测量；以及
控制器，被配置为基于所述多个数字信号值和所述多个时间测量计算到所述物体的距离。
32.如权利要求31所述的系统，其中所述光发射器、所述光传感器、所述FPGA和所述控制器由无人载运工具、自主载运工具或机器人承载。
33.如权利要求31所述的系统，其中多个不同的阈值包括至少2个不同的阈值。
34.如权利要求31所述的系统，其中所述FPGA包括多个差分输入端口，并且其中所述FPGA被配置为使用所述多个差分输入端口转换所述模拟脉冲信号。
35.如权利要求34所述的系统，其中每个差分输入端口包括低压差分信令“LVDS”接口或发射极耦合逻辑“ECL”接口。
36.如权利要求34所述的系统，其中所述FPGA进一步被配置为：在所述多个差分输入端口中的每一个差分输入端口处接收所述模拟脉冲信号和阈值，其中每个差分输入端口接收不同的阈值。
37.如权利要求36所...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘祥，高明明，洪小平，吴迪，
申请(专利权)人：深圳市大疆创新科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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