激光雷达的控制方法以及多通道激光雷达技术

本发明专利技术提供一种激光雷达的控制方法，其中激光雷达包括n个通道，n≥32，至少一个激光器和至少一个探测器构成每个通道，控制方法包括：S11：确定待发光的激光器的发光模式；S12：控制所述通道分组发光，每个组内通道的激光器并行发光，其中该组通道的激光器所发的脉冲被按照发光模式编码，每个激光器发射的脉冲中至少一个脉冲作为测距脉冲；其中发光模式配置成使得：至少部分并行发光的通道的测距回波脉冲在时间上相互错开。本发明专利技术根据测距结果设置发光模式并控制发射脉冲，使得并行发光的通道的测距回波脉冲落在飞行窗口的不同区间，以降低同一雷达多通道之间的串扰以及不同雷达之间的串扰，提高探测精度。提高探测精度。提高探测精度。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达的控制方法以及多通道激光雷达


[0001]本公开涉及光电探测
，尤其涉及一种激光雷达的控制方法以及一种多通道激光雷达。

技术介绍

[0002]激光雷达作为一种三维测量系统，通过采集的点云实现对测量区域三维测量覆盖。由于三维测量覆盖的分辨率受测距范围、激光发射频率、扫描角度和扫描频率等因素限制，单通道激光扫描难以完成高分辨率的三维点云数据采集。基于时间飞行法(Time of Flight，ToF)的多通道激光雷达可采用多个的激光发射、接收通道，适合于要求扫描大视场并且获取高密度点云的情况。在实际应用中，多通道激光雷达由于部分通道并行发光存在诸多问题，具体如下：
[0003]由于光速是固定的，因此想要产生点云中一个测距上限(例如dmax＝200m)的点所需耗费的飞行时间ToF也是固定的(例如1.333us)。因此，随着雷达的线束越来越多(如图1中的128个激光器，呈32行4列排布，其中激光器11表示位于第1列第1行的激光器，激光器12表示位于第1列第2行的激光器，激光器41表示位于第4列第1行的激光器)。如果需要提升点云的分辨率或点云频率，只能通过增加并行发光的通道数量的方式。例如：某一款激光雷达并行发光的通道数量为8个，继续参考图1，比如挑选激光器11、13、22、24、33、34、44、42作为一组激光器并行发光，并行探测，此时并行探测的通道为channel1
‑
channel8，则可以在1.333us时间生成8个测距上限为200m的点。128个激光器分为16组，每组并行发光，并行探测。通过这样的方式，相比于同一时刻只有一个激光器发光的激光雷达，点云的分辨率提升到八倍。
[0004]多通道并行发光时，通道之间容易产生串扰，因此需要进行编码设置以消除或者减轻串扰。通常激光雷达为了完成一次探测(生成点云中的一个点)，可以控制激光器发射两个脉冲或更多脉冲。参考图2，以3脉冲为例，激光器发出第一个探测脉冲p1后，间隔code1的时间后发出第二个探测脉冲p2，然后再间隔code2的时间后发出第三个脉冲p3。对于双脉冲而言，则是激光器发出第一个探测脉冲p1后，间隔code1的时间后发出第二个探测脉冲p2。并行发光的通道，可以设置不同大小的code1。上述为多脉冲P1、P2和P3设置特定的间隔时间code1和code2，即对探测激光脉冲进行编码。
[0005]激光雷达的接收端包括接收单元和信号处理单元，其中接收单元包括探测器，用于接收探测脉冲产生的回波并转换为电信号，通常一个激光器与一个探测器构成一个探测通道。信号处理单元用于对电信号进行处理，并计算障碍物的距离以及反射率等参数。对接收端而言，可以利用不同的识别方式来识别接收到的回波(以及产生的电信号)是否与发射的探测脉冲相对应。例如，当激光器以code1和code2为间隔发射三个探测脉冲P1、P2和P3之后，当信号处理单元从接收的脉冲组(可能有多个脉冲，比如超过3个的脉冲)中识别出彼此间隔为code1及code2的3个脉冲时，此时可以认为本次发光测量探测到了物体。如果未识别出彼此间隔为code1及code2的3个脉冲，则认为本次发光测量未探测到物体。这种识别方式
比较精准，可以尽量减少噪点，但计算量太大，且容易丢点。另一种替换方式是一旦从接收的脉冲组中识别到间隔为code1或code2的2个脉冲，就认为本次发光测量探测到了物体，这种方式计算量小，容易产生噪点，但可以尽量减少丢点。
[0006]多通道并行发光测量另外引入了光串扰和电串扰的问题。
[0007]光串扰即激光雷达相邻通道并行发光造成的干扰。激光雷达多通道并行发光时，每个通道的探测器都会接收到来自其他通道发射的探测脉冲在目标物体上的反射光。反射光的强度随距离减小而增强，目标的反射率越高，反射光的强度越高。当其他通道造成的反射光的强度达到一定程度时，会在本通道探测器接收的波形上产生干扰的脉冲波形(会和真正障碍物造成的回波脉冲叠加，而真正的回波脉冲是后续计算距离及反射率的依据，因此距离和反射率的计算都会被干扰，造成结果不准确)。上述光串扰是影响测距精度的主要因素，多发生在近处高反板的场景下。
[0008]电串扰即激光雷达多个通道同时接收电信号时，电信号较强的通道的信号会通过电路直接串扰到其余的接收通道上，产生干扰的脉冲波形。
[0009]图3示意性示出了理想情况下两个通道的探测过程，两个通道之间不具有电串扰和光串扰，或者已经消除了电串扰和光串扰。如图3所示，channel1发射的脉冲探测到物体a，channel2发射的脉冲探测到物体b，当channel1和channel2通道之间没有光串扰或电串扰时，各通道仅接收到自己通道对应的物体的反射回波脉冲，则物体a的测距结果由前沿+脉宽计算得出，根据计算结果能够准确获得物体a的距离。
[0010]图4示意性示出了两个通道之间存在串扰的情形。参考图4，channel1发射的脉冲探测到物体a，channel2发射的脉冲探测到物体b。如图4所示，channel1发射出三个探测脉冲Pa1、Pa2和Pa3，对应地收到三个回波脉冲Ea1、Ea2和Ea3；channel2发射出三个探测脉冲Pb1、Pb2和Pb3，对应地收到三个回波脉冲Eb1、Eb2和Eb3。当channel1和channel2通道之间有串扰时，通道2的三个回波脉冲会分别在通道1上产生串扰，如图4中的串扰回波脉冲Eb1'、Eb2'和Eb3'。由于channel1和channel2的回波脉冲在时间轴上具有一定的重合度，因此串扰回波脉冲Eb1'、Eb2'和Eb3'分别叠加在channel1的回波脉冲Ea1、Ea2和Ea3上，会导致回波脉冲Ea1、Ea2和Ea3的波形发生变化，在图4所示的情形中，信号处理单元最终获得的回波到达时间将会提前，导致物体a的距离由真实值da被计算为da'。因此在图4的情形中，channel1因为串扰而接收到物体a的回波+物体b(实际应该出现在对应channel2的方位上)的回波(对channel1的方向来说，其实并不存在物体b)时，这样一来，物体a的回波脉冲可能会与串扰回波脉冲进行叠加，导致物体a的前沿和脉宽发生变化。此时物体a的测距结果同样由前沿+脉宽计算，但与没有串扰时的结果会有一定的偏差，偏差程度取决于前沿和脉宽的偏差程度。
[0011]综上所述，多通道间容易发生信号串扰而导致探测结果不准确，如何消除或者降低通道之间的彼此串扰的影响、提高探测的精准度是多通道激光雷达所面临的问题。
[0012]
技术介绍
部分的内容仅仅是公开专利技术人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

技术实现思路

[0013]有鉴于现有的一个或多个缺陷，本专利技术涉及一种激光雷达的控制方法，其中所述
激光雷达包括n个通道，n≥32，至少一个激光器和至少一个探测器构成每个通道，所述控制方法包括：
[0014]S11：确定待发光的激光器的发光模式；和
[0015]S12：控制所述通道分组发光，每个组内通道的激光器并行发本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达的控制方法，其中所述激光雷达包括n个通道，n≥32，至少一个激光器和至少一个探测器构成每个通道，所述控制方法包括：S11：确定待发光的激光器的发光模式；和S12：控制所述通道分组发光，每个组内通道的激光器并行发光，其中该组通道的激光器所发的脉冲被按照所述发光模式编码，每个激光器发射的脉冲中至少一个脉冲作为测距脉冲；其中所述发光模式配置成使得：至少部分并行发光的通道的测距回波脉冲在时间上相互错开。2.如权利要求1所述的控制方法，其中至少部分激光器配置成发射单脉冲，所述发光模式包括：对于发射单脉冲的激光器，编码所述单脉冲的发射时刻。3.如权利要求1所述的控制方法，其中至少部分激光器配置成发射多脉冲，其中所述发光模式包括：对于发射多脉冲的激光器，并行发射首个脉冲，并编码所述多脉冲的间隔。4.如权利要求1所述的控制方法，其中所述步骤S11包括：根据每个通道之前的测距结果，预测待发出的测距脉冲对应的测距回波脉冲的时间，设置待发光的激光器的发光模式。5.如权利要求4所述的控制方法，其中所述步骤S11包括：根据每个通道以及与该通道邻近的通道之前的测距结果以及障碍物信息，预测待发出的测距脉冲对应的测距回波脉冲的时间，设置待进行探测的激光器的发光模式。6.如权利要求4或5所述的控制方法，其中所述步骤S11包括：S111：将每个组的多个通道的激光器的总飞行时间窗口至少分为第一区间和第二区间；S112：预测每个组的多个通道的激光器待发射的测距脉冲分别产生的至少部分测距回波脉冲的时间；S113：设置待进行探测的激光器的发光模式，使得至少部分并行发光的多个通道的激光器发射测距脉冲后，产生的测距回波脉冲不重合地分布在所述第二区间内。7.如权利要求6所述的控制方法，其中所述步骤S111还包括：将所述第二区间分为k个子区间，其中k为整数并且大于等于该组通道的数目；所述步骤S113包括：设置待进行探测的激光器的发光模式，使得至少部分并行发光的多个通道的激光器发射测距脉冲后，产生的测距回波脉冲不重合地分布在所述k个子区间内。8.如权利要求7所述的控制方法，其中所述每个子区间的长度大于所述激光雷达的测距回波脉冲的最大脉宽。9.如权利要求7所示的控制方法，其中所述步骤S113包括：设置待进行探测的激光器的发光模式，使得至少部分并行发光的多个通道的激光器发射测距脉冲后，产生的测距回波脉冲分布在所述k个子区间中未被占用并且距离最近的子区间内。10.如权利要求9所述的控制方法，其中所述发光模式还配置成使得：每个通道的激光器发射的测距脉冲产生的至少部分测距回波脉冲与该组中其他通道的激光器发射的非测距脉冲产生的非测距回波脉冲不重合。11.如权利要求1
‑
5中任一项所述的控制方法，其中所述多个脉冲包括至少两个测距脉冲，所述测距脉冲为所述多个脉冲中非首个脉冲。
12.如权利要求11所述的控制方法，还包括：根据多个测距脉冲以及相对应的多个测距回波脉冲分别计算多个距离；根据所述多个测距脉冲的预设权重，根据所述多个距离加权计算测距结果。13.如权利要求6所述的控制方法，其中所述总飞行时间窗口与所述激光雷达的最大探测距离对应的飞行时间以及所述多脉冲的发射时长相关。14.一种计算机存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如权利要求1
‑
13中任一项所述的控制方法。15.一种多通道激光雷达，包括：多个激光器...

【专利技术属性】
技术研发人员：时从波，李康平，向少卿，
申请(专利权)人：上海禾赛科技有限公司，
类型：发明
国别省市：