FMCW扫频方法及FMCW激光雷达系统技术方案

FMCW扫频方法及FMCW激光雷达系统，所述FMCW扫频方法包括：获取扫频光束，其中，所述扫频光束周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行n个啁啾，n为正整数，且n≥2，每个啁啾包括连续的1个具有预设升频斜率的升频子段和1个具有预设降频斜率的降频子段，每个啁啾的扫频带宽与预设扫频总带宽满足以下关系：f

【技术实现步骤摘要】
FMCW扫频方法及FMCW激光雷达系统


[0001]本专利技术涉及激光雷达
，具体而言，涉及一种FMCW扫频方法及FMCW激光雷达系统。

技术介绍

[0002]激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达现在广泛部署在包括自动车辆在内的不同的场景中。激光雷达可以在扫描场景时主动估计到环境特征的距离及速度，并生成指示环境场景的三维形状的点位置云。

技术实现思路

[0003]本专利技术一些实施例提供一种FMCW扫频方法，应用于激光雷达，所述FMCW扫频方法包括：获取扫频光束，其中，所述扫频光束周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行n个啁啾，n为正整数，且n≥2，每个啁啾包括连续的1个具有预设升频斜率的升频子段和1个具有预设降频斜率的降频子段，每个啁啾的扫频带宽与预设扫频总带宽满足以下关系：f
S
=f
BW
/n其中，f
BW
为所述预设扫频总带宽，f
S
为所述扫频带宽，每个升频子段和每个降频子段的持续时间与预设扫频测量周期满足以下关系：T
S
=T0/2n其中，T0为预设扫频测量周期，T
S
为每个升频子段和每个降频子段的持续时间。
[0004]在一些实施例中，所述FMCW扫频方法还包括：将所述扫频光束分束为发射光束和本振光束，所述发射光束和本振光束的频率调制波形完全相同；发射所述发射光束使得所述发射光束遇到障碍物后反射产生反射光束；以及检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的距离和/或速度。
[0005]在一些实施例中，在每个预设扫频测量周期中，第1个啁啾至第n个啁啾的扫频带宽范围依次相邻，所述第1个啁啾至第n个啁啾的扫频带宽范围拼接成所述预设扫频总带宽范围。
[0006]在一些实施例中，在每个预设扫频测量周期中，第i个啁啾的扫频带宽范围下限等于第i
‑
1个啁啾的扫频带宽范围上限，所述第i个啁啾的扫频带宽范围上限等于第i+1个啁
啾的扫频带宽范围下限，其中，i为正整数，2≤i≤n
‑
1。
[0007]在一些实施例中，第1个啁啾的扫频带宽范围下限等于所述预设扫频总带宽范围下限，第n个啁啾的扫频范围上限等于所述预设扫频总带宽范围上限。
[0008]在一些实施例中，检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的距离和/或速度包括：将所述反射光束与所述本振光束进行混频获得混频信号；获取任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号对应1个测量点以增加测量点密度；对所述任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号，使得所述重组混频信号对应具有预设扫频测量周期以及预设扫频总带宽的预设啁啾，所述预设啁啾包括1个升频段和1个降频段；根据所述重组混频信号执行拍频计算以确定所述障碍物的距离和/或速度。
[0009]在一些实施例中，对于所述任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号连续的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号包括：将所述任意连续相邻的n个啁啾的升频子段对应的混频信号进行时间平移并重组获得重组升频混频信号，所述重组升频混频信号对应所述预设啁啾的所述升频段；以及将所述任意连续相邻的n个啁啾的降频子段对应的混频信号进行时间平移并重组获得重组降频混频信号，所述重组升频混频信号对应所述预设啁啾的所述降频段。
[0010]在一些实施例中，所述障碍物的距离由以下公式确定：其中，T0为预设扫频测量周期，f
BW
为所述预设扫频总带宽，f
b1
为升频段的升频拍频，f
b2
为降频段的降频拍频，C0为光速。
[0011]在一些实施例中，所述障碍物的速度满足以下关系：其中，C0为光速，f
b1
为升频段的升频拍频，f
b2
为降频段的降频拍频，f0为未调制光束的频率。
[0012]本专利技术一些实施例提供一种FMCW激光雷达系统，包括：激光光源，配置为产生扫频光束，其中，所述扫频光束周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行n个啁啾，每个啁啾包括连续的1个升频子段和1个降频子段，每个啁啾的扫频带宽与预设扫频总带宽满足以下关系：f
S
=f
BW
/n其中，f
BW
为所述预设扫频总带宽，f
S
为所述扫频带宽，每个升频子段和每个降频子段的持续时间与预设扫频测量周期满足以下关系：T
S
=T0/2n其中，T0为预设扫频测量周期，T
S
为每个升频子段和每个降频子段的持续时间。
[0013]在一些实施例中，所述FMCW激光雷达系统还包括：分光器，配置为将所述扫频光束分束为发射光束和本振光束，所述发射光束和本
振光束的频率调制波形完全相同；光发射器，配置为将所述发射光束射出，所述发射光束遇到障碍物后反射产生反射光束；光接收器，配置为接收所述反射光束；以及检测器，配置为检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的距离。
[0014]在一些实施例中，所述检测器包括：混频单元，配置为将所述反射光束与所述本振光束进行混频获得混频信号；混频信号截取单元，配置为获取任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号作为1个测量点以增加测量点密度；重组单元，配置为对所述任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号，使得所述重组混频信号对应具有预设扫频测量周期以及预设扫频总带宽的预设啁啾，所述预设啁啾包括1个升频段和1个降频段，以及计算单元，配置为根据所述重组混频信号执行拍频计算以确定所述障碍物的距离和/或速度。
[0015]本专利技术实施例的上述方案与相关技术相比，至少具有以下有益效果：本专利技术中的FMCW（Frequency
‑
Modulated Continuous Wave，调频连续波）方法通过周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行多个啁啾，可以用于重新组合多个啁啾的混频信号，在保证混频信号积分时长的同时提高测量点密度，进而提升激光雷达的分辨率。
附图说明
[0016]此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。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他的附图。
[0017]图1为相关技术中采用常规的FWCW扫频方式的发射光束与接收光束的波形图。
[0018]图2为本专利技术一些实施例提供的FMCW扫频方法的流程图。
[001本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种FMCW扫频方法，应用于激光雷达，其特征在于，所述FMCW扫频方法包括：获取扫频光束，其中，所述扫频光束周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行n个啁啾，n为正整数，且n≥2，每个啁啾包括连续的1个具有预设升频斜率的升频子段和1个具有预设降频斜率的降频子段，每个啁啾的扫频带宽与预设扫频总带宽满足以下关系：f
S
=f
BW
/n其中，f
BW
为所述预设扫频总带宽，f
S
为所述扫频带宽，每个升频子段和每个降频子段的持续时间与预设扫频测量周期满足以下关系：T
S
=T0/2n其中，T0为预设扫频测量周期，T
S
为每个升频子段和每个降频子段的持续时间。2.根据权利要求1所述的FMCW扫频方法，其特征在于，所述FMCW扫频方法还包括：将所述扫频光束分束为发射光束和本振光束，所述发射光束和本振光束的频率调制波形完全相同；发射所述发射光束使得所述发射光束遇到障碍物后反射产生反射光束；以及检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的距离和/或速度。3.根据权利要求2所述的FMCW扫频方法，其特征在于，在每个预设扫频测量周期中，第1个啁啾至第n个啁啾的扫频带宽范围依次相邻，所述第1个啁啾至第n个啁啾的扫频带宽范围拼接成所述预设扫频总带宽范围。4.根据权利要求3所述的FMCW扫频方法，其特征在于，在每个预设扫频测量周期中，第i个啁啾的扫频带宽范围下限等于第i
‑
1个啁啾的扫频带宽范围上限，所述第i个啁啾的扫频带宽范围上限等于第i+1个啁啾的扫频带宽范围下限，其中，i为正整数，2≤i≤n
‑
1。5.根据权利要求4所述的FMCW扫频方法，其特征在于，第1个啁啾的扫频带宽范围下限等于所述预设扫频总带宽范围下限，第n个啁啾的扫频范围上限等于所述预设扫频总带宽范围上限。6.根据权利要求2至5中任一项所述的FMCW扫频方法，其特征在于，检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的距离和/或速度包括：将所述反射光束与所述本振光束进行混频获得混频信号；获取任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号对应1个测量点以增加测量点密度；对所述任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号，使得所述重组混频信号对应具有预设扫频测量周期以及预设扫频总带宽的预设啁啾，所述预设啁啾包括1个升频段和1个降频段；根据所述重组混频信号执行拍频计算以确定所述障碍物的距离和/或速度。7.根据权利要求6所述的FMCW扫频方法，其特征在于，对所述任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号连续的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号包括：将所述任意连...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜国敏，金卡，
申请(专利权)人：北京摩尔芯光半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：