基于双波长的TOF激光雷达系统及其抗干扰方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于双波长的TOF激光雷达系统及其抗干扰方法，其中主要涉及到了基于双波长的激光雷达系统设计、双波长激光雷达的工作方式及其控制方案、激光雷达系统的抗干扰方法以及激光管雷达抗干扰工作模式选择；具体内容包括：激光雷达系统架构，采用双波长发射和双探测器接收的设计方案；激光发射单元排布方式；发射光学系统结构；接收光学系统结构；激光脉冲发射模式；激光雷达工作模式；抗干扰模式和实现方法；轮询模式下控制和信号处理模块进行干扰信息处理方法；同步模式下控制和信号处理模块进行干扰信息处理方法。本发明专利技术通过双波长的轮询切换和协同工作的模式，实现激光雷达系统的抗干扰能力。达系统的抗干扰能力。达系统的抗干扰能力。

【技术实现步骤摘要】
基于双波长的TOF激光雷达系统及其抗干扰方法


[0001]本专利技术涉及激光雷达的
，尤其是一种基于双波长的TOF激光雷达系统及其抗干扰方法。

技术介绍

[0002]激光雷达是激光探测和测距系统的简称，通过发射并接收激光光束探测目标的三维结构、空间位置、表面反射率、运动状态等信息。基于飞行时间法（Time Of Flight, TOF）激光雷达通过测量激光光束的飞行时间、分析回波信号进行目标信息的感知。飞行时间法激光雷达在实际工作中通常会面临同频信号的干扰，影响激光雷达的探测性能，干扰源包括自然光、照明光源、同频激光雷达、同频恶意干扰源。激光雷达系统通常采用单一波长的激光脉冲进行目标的感知，系统架构包括单一波长激光源、光学系统、光束偏转装置、探测器等组件。
[0003]现有的单一波长的TOF激光雷达采用的抗干扰技术包括有限脉冲编码、脉冲幅度调制、脉冲宽度调制、脉冲间隔调制等。这些抗干扰技术可以在一定程度上减弱干扰源的影响，但是不能很好地应对复杂的使用场景，尤其是针对自动驾驶领域的使用场景。
[0004]其中，有限脉冲编码技术和脉冲间隔调制技术在消除一部分干扰信号源的同时，会同时对激光雷达的扫描频率带来影响，增加激光雷达的设计复杂度和硬件成本，这两种技术的激光雷达系统也很容易被干扰源致盲。脉冲幅度调制技术通过提高激光脉冲的能量，进而增加回波信号的信噪比来达到抗干扰的效果，这种技术对自然光和照明光源的干扰有效果，对于同频激光雷达和恶意干扰源，效果不是很明显。脉冲宽度调制技术通过改变激光脉冲的脉冲形状，在回波信号处理时加入脉冲宽度门限鉴别实现抗干扰的作用，这种技术无法消除同频干扰源的影响，同时对激光雷达测距性能也有一定影响。

技术实现思路

[0005]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。
[0006]为此，本专利技术提出一种基于双波长的TOF激光雷达系统及其抗干扰方法，通过双波长的轮询切换和协同工作的模式，实现激光雷达系统的抗干扰能力。
[0007]根据本专利技术实施例的基于双波长的TOF激光雷达系统的抗干扰方法，激光雷达配置在抗干扰模式，第一探测器和第二探测器均配置在使能状态，具体包括以下步骤：第1步骤、启动激光雷达系统；第2步骤、控制和信号处理模块配置进入抗干扰模式；第3步骤、第一种情形：当脉冲激光发射模式默认状态进入λ1模式时，则第二探测器进入干扰监测状态，随后，判断第二探测器是否监测到干扰；当第二探测器连续N帧监测不到干扰时，其中，N是大于等于1的正整数，则自动切换到λ2模式，第一探测器进入干扰监测状态；
当第二探测器监测到干扰时，则自动切换到轮询模式；第二种情形：当脉冲激光发射模式默认状态进入λ2模式时，则第一探测器进入干扰监测状态，随后，判断第一探测器是否监测到干扰；当第一探测器连续N帧监测不到干扰时，其中，N是大于等于1的正整数，则自动切换到λ1模式，第二探测器进入干扰监测状态；当第一探测器监测到干扰时，则自动切换到轮询模式；第4步骤、在轮询模式时，当第一探测器进行信号探测时，则第二探测器进入干扰监测状态；当第二探测器进行信号探测时，则第一探测器进入干扰监测状态；控制和信号处理模块抗干扰处理；第5步骤、第一种情形：当第一探测器和第二探测器连续M帧同时监测到干扰，其中，M是大于等于1的正整数，且干扰信号大于设定阈值时，则自动切换到同步模式，控制和信号处理模块抗干扰处理，并进行干扰程度判定；当判定干扰程度连续K帧小于阈值，其中，K是大于等于1的正整数，则自动切换到轮询模式；当判定干扰程度连续K帧大于或等于阈值，其中，K是大于等于1的正整数，则自动切换到同步模式；第二种情形：当第一探测器和第二探测器连续M帧不能同时监测到干扰，其中，M是大于等于1的正整数，且干扰信号小于或等于设定阈值时，则自动切换到轮询模式。
[0008]本专利技术还提供一种实现抗干扰方法的基于双波长的TOF激光雷达系统，包括控制和信号处理模块、发射单元、发射光学系统、光束偏转装置、探测目标、接收光学系统以及探测器；所述控制和信号处理模块用于控制发射单元的激光发射、探测器接收和回波信号的处理；所述发射单元用于发射激光脉冲，所述发射单元包括用于发射波长为λ1的激光脉冲的第一发射单元和用于发射波长为λ2的激光脉冲的第二发射单元；所述发射光学系统由第一发射单元的发射光路和第二发射单元的发射光路组成；所述光束偏转装置用于激光光束的偏转，以实现一定视场范围的现扫描；所述探测目标为探测视场角范围内的可探测物体；所述接收光学系统由第一探测器和第二探测器的接收光路组成；所述探测器包括第一探测器和第二探测器，第一探测器用于探测波长为λ1的激光脉冲信号，第二探测器用于探测波长为λ2的激光脉冲信号。
[0009]本专利技术的有益效果是，采用双光源和双探测器模式，实现双波长激光雷达系统设计；通过双光源和双探测器的轮询切换，实现对干扰的实时监测；通过双光源和双探测器的协同工作，实现激光雷达对干扰信号的处理；本专利技术的抗干扰方法，可以很好的应对各种干扰源，具有较高的抗干扰能力。
[0010]根据本专利技术一个实施例，在轮询模式下，控制和信号处理模块进行干扰信息处理的步骤如下：第
①
步骤、计算第一探测器和第二探测器的干扰强度；第
②
步骤、比较第一探测器和第二探测器的干扰强度；第
③
步骤、确定一级数据和二级数据；第
④
步骤、输出一级数据和二级数据。
[0011]根据本专利技术一个实施例，在同步模式下，控制和信号处理模块进行干扰信息处理的步骤如下：第一步骤、第一探测器和第二探测器的单次探测信息，包括但不限于距离、角度、反射率和反射强度；第二步骤、判断第一探测器和第二探测器的探测数据是否在一定偏差范围内或者满足一定关系，确定该次探测是否存在干扰；第三步骤、当存在干扰时，则该次探测无效；当不存在干扰时，则该次探测数据有效；第四步骤、第一探测器和第二探测器的有效数据同时输出。
[0012]根据本专利技术一个实施例，所述第一发射单元采用的是垂直腔面发射激光器、边缘发射激光器和光纤激光器中的任意一种，所述第二发射单元采用的是垂直腔面发射激光器、边缘发射激光器和光纤激光器中的任意一种。
[0013]根据本专利技术一个实施例，所述第一发射单元和所述第二发射单元采用的是同类型的激光光源，或者，所述第一发射单元和所述第二发射单元采用的是不同类型的激光光源。
[0014]根据本专利技术一个实施例，所述第一发射单元和所述第二发射单元均采用的是单点激光器，或者，所述第一发射单元和所述第二发射单元均采用的是激光器阵列。
[0015]根据本专利技术一个实施例，所述发射光学系统包括第一光阑、第二光阑、第一准直透镜、第二准直透镜、第一反射镜以及第二反射镜，所述第一光阑、第一准直透镜和第二反射镜构成第一发射单元的发射光路；所述第二光阑、第二准直透镜、第一反射镜和第二反射镜构成第二发射单元的发射光路；第一发射单元和第二发射单元发出的激光光束经过第二反射镜后，光路重合，合路后的光束发射至光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双波长的TOF激光雷达系统的抗干扰方法，其特征在于，激光雷达配置在抗干扰模式，第一探测器和第二探测器均配置在使能状态，具体包括以下步骤：第1步骤、启动激光雷达系统；第2步骤、控制和信号处理模块配置进入抗干扰模式；第3步骤、第一种情形：当脉冲激光发射模式默认状态进入λ1模式时，则第二探测器进入干扰监测状态，随后，判断第二探测器是否监测到干扰；当第二探测器连续N帧监测不到干扰时，其中，N是大于等于1的正整数，则自动切换到λ2模式，第一探测器进入干扰监测状态；当第二探测器监测到干扰时，则自动切换到轮询模式；第二种情形：当脉冲激光发射模式默认状态进入λ2模式时，则第一探测器进入干扰监测状态，随后，判断第一探测器是否监测到干扰；当第一探测器连续N帧监测不到干扰时，其中，N是大于等于1的正整数，则自动切换到λ1模式，第二探测器进入干扰监测状态；当第一探测器监测到干扰时，则自动切换到轮询模式；第4步骤、在轮询模式时，当第一探测器进行信号探测时，则第二探测器进入干扰监测状态；当第二探测器进行信号探测时，则第一探测器进入干扰监测状态；控制和信号处理模块抗干扰处理；第5步骤、第一种情形：当第一探测器和第二探测器连续M帧同时监测到干扰，其中，M是大于等于1的正整数，且干扰信号大于设定阈值时，则自动切换到同步模式，控制和信号处理模块抗干扰处理，并进行干扰程度判定；当判定干扰程度连续K帧小于阈值，其中，K是大于等于1的正整数，则自动切换到轮询模式；当判定干扰程度连续K帧大于或等于阈值，其中，K是大于等于1的正整数，则自动切换到同步模式；第二种情形：当第一探测器和第二探测器连续M帧不能同时监测到干扰，其中，M是大于等于1的正整数，且干扰信号小于或等于设定阈值时，则自动切换到轮询模式。2.根据权利要求1所述的抗干扰方法，其特征在于，在轮询模式下，控制和信号处理模块进行干扰信息处理的步骤如下：第
①
步骤、计算第一探测器和第二探测器的干扰强度；第
②
步骤、比较第一探测器和第二探测器的干扰强度；第
③
步骤、确定一级数据和二级数据；第
④
步骤、输出一级数据和二级数据。3.根据权利要求1所述的抗干扰方法，其特征在于，在同步模式下，控制和信号处理模块进行干扰信息处理的步骤如下：第一步骤、第一探测器和第二探测器的单次探测信息，包括但不限于距离、角度、反射率和反射强度；第二步骤、判断第一探测器和第二探测器的探测数据是否在一定偏差范围内或者满足
一定关系，确定该次探测是否存在干扰；第三步骤、当存在干扰时，则该次探测无效；当不存在干扰时，则该次探测数据有效；第四步骤、第一探测器和第二探测器的有效数据同时输出。4.一种实现如权利要求1所述的抗干扰方法的基于双波长的TOF激光雷达系统，其特征在于：包括控制和信号处理模块、发射单元、发射光学系统、光束偏转装...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向永，尹玲秀，王茜茜，
申请(专利权)人：常州星宇车灯股份有限公司，
类型：发明
国别省市：