激光雷达以及激光雷达测距方法技术

本申请公开了激光雷达以及激光雷达测距方法，包括现场可编程门阵列以及激光发射单元与激光接收单元，激光接收单元与现场可编程门阵列之间设置有回波信号处理单元；激光接收单元用于接收同一激光脉冲信号被反射的两个回波信号；两个回波信号存在重叠区域且峰值位置不同；回波信号处理单元用于根据两个回波信号得到电容电流信号，并对电容电流信号进行转换，以得到两个矩形脉冲；现场可编程门阵列用于基于两个矩形脉冲确定激光脉冲信号的计时起始信号与计时结束信号，并根据计时起始信号与计时结束信号得到目标物体与激光雷达之间的目标距离。本申请通过准确区分出不同回波信号的顶点以及对应的上升沿，能够消除杂散光产生的较大盲区对测距的影响。生的较大盲区对测距的影响。生的较大盲区对测距的影响。

【技术实现步骤摘要】
激光雷达以及激光雷达测距方法


[0001]本申请涉及激光雷达
，特别是涉及激光雷达以及激光雷达测距方法。

技术介绍

[0002]激光雷达是一种利用激光的飞行时间(TOF，Time
‑
Of
‑
Light)进行距离与目标位置探测的装置，其原理是通过发射连续的激光脉冲到目标物体，然后通过接收组件接收从物体返回的回波信号，根据发射和接收光脉冲的时间差来计算目标物体的距离信息。
[0003]现有技术中，激光测距的原理是先将接收到的回波信号整形成矩形波，再去测算发射脉冲的上升沿(计时起始信号)到接收脉冲的上升沿(计时结束信号)。其中，一部分的出射激光经过内部的光学器件、结构件等反射会直接射向接收组件，这部分激光被称为杂散光(脉宽约5～10ns，折算成距离为0.75～1.5米)。若目标物体位于杂散光脉宽的覆盖距离外，目标物体反射的回波信号与杂散光被接收而产生的回波信号不会发生重叠，激光雷达能够对目标物体进行准确测距。
[0004]然而，若目标物体位于杂散光脉宽的覆盖距离内，杂散光被接收而产生的回波信号与目标物体反射的回波信号会发生重叠，两者的上升沿会杂糅在一起，导致无法从中分辨出目标物体的计时起始信号与计时结束信号，从而产生较大的盲区。

技术实现思路

[0005]本申请主要解决的技术问题是提供激光雷达以及激光雷达测距方法，能够解决激光雷达盲区较大影响测距的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本申请采用的第一技术方案是提供一种激光雷达，包括现场可编程门阵列、以及分别与现场可编程门阵列连接的激光发射单元与激光接收单元，激光接收单元与现场可编程门阵列之间设置有回波信号处理单元；激光接收单元用于接收激光发射单元发射的同一激光脉冲信号被反射的两个回波信号；其中，两个回波信号存在重叠区域且峰值位置不同；回波信号处理单元用于根据两个回波信号得到电容电流信号，并对电容电流信号进行转换，以得到两个矩形脉冲；现场可编程门阵列用于基于两个矩形脉冲确定激光脉冲信号的计时起始信号与计时结束信号，并根据计时起始信号与计时结束信号得到目标物体与激光雷达之间的目标距离。
[0007]其中，回波信号处理单元包括依次连接的电容充放电单元、电流采样单元以及过零比较器；电容充放电单元与激光接收单元相连，利用经过激光接收单元处理后的回波信号对电容充放电单元进行充放电；电流采样单元用于采集电容充放电单元在充放电过程中产生的电容电流信号，并将电容电流信号转换为模拟电压信号；其中，回波信号的峰值对应电容电流信号的过零点；过零比较器用于将模拟电压信号转换成矩形脉冲；其中，电容电流信号的过零点对应矩形脉冲的上升沿。
[0008]其中，现场可编程门阵列包括相互连接的信号分离单元与时间数字转换器；信号分离单元用于将先接收到的回波信号以及对应的矩形脉冲确定为第一回波信号以及第一
矩形脉冲；以及，将后接收到的回波信号以及对应的矩形脉冲确定为第二回波信号以及第二矩形脉冲；时间数字转换器用于将第一矩形脉冲的上升沿信号作为计时起始信号，以及将第二矩形脉冲的上升沿信号作为计时结束信号。
[0009]其中，激光雷达还包括与现场可编程门阵列相连的高速数模转换器；高速数模转换器用于计时结束信号分离单元传输的第二矩形脉冲的上升沿信号，并将基于第二矩形脉冲的上升沿信号进行采样得到的信号强度信息传输至现场可编程门阵列。
[0010]其中，激光雷达还包括与现场可编程门阵列相连的振镜/转镜单元；振镜/转镜单元用于确定目标物体的角度位置信息。
[0011]为解决上述技术问题，本申请采用的第二技术方案是提供一种激光雷达测距方法，激光雷达测距方法通过激光雷达实现，激光雷达包括现场可编程门阵列、以及分别与现场可编程门阵列连接的激光发射单元与激光接收单元，激光接收单元与现场可编程门阵列之间设置有回波信号处理单元；激光雷达测距方法包括：通过激光接收单元接收激光发射单元发射的同一激光脉冲信号被反射的两个回波信号；其中，两个回波信号存在重叠区域且峰值位置不同；利用回波信号处理单元根据两个回波信号得到电容电流信号，并对电容电流信号进行转换，以得到两个矩形脉冲；利用现场可编程门阵列基于两个矩形脉冲确定激光脉冲信号的计时起始信号与计时结束信号，并根据计时起始信号与计时结束信号得到目标物体与激光雷达之间的目标距离。
[0012]其中，利用回波信号处理单元根据两个回波信号得到电容电流信号，并对电容电流信号进行转换，以得到两个矩形脉冲的步骤，包括：利用经过激光接收单元处理后的回波信号对回波信号处理单元的电容充放电单元进行充放电；通过回波信号处理单元的电流采集单元采集电容充放电单元在充放电过程中产生的电容电流信号，并将电容电流信号转换为模拟电压信号；其中，回波信号的峰值对应电容电流信号的过零点；利用回波信号处理单元的过零比较器将模拟电压信号转换成矩形脉冲；其中，电容电流信号的过零点对应矩形脉冲的上升沿。
[0013]其中，利用现场可编程门阵列基于两个矩形脉冲确定激光脉冲信号的计时起始信号与计时结束信号，并根据计时起始信号与计时结束信号得到目标物体与激光雷达之间的目标距离的步骤，包括：利用现场可编程门阵列的信号分离单元将先接收到的回波信号以及对应的矩形脉冲确定为第一回波信号以及第一矩形脉冲；以及，将后接收到的回波信号以及对应的矩形脉冲确定为第二回波信号以及第二矩形脉冲；通过现场可编程门阵列的时间数字转换器将第一矩形脉冲的上升沿信号作为计时起始信号，以及将第二矩形脉冲的上升沿信号作为计时结束信号；利用现场可编程门阵列计算出计时起始信号与计时结束信号之间的时间差，并基于时间差计算出目标距离。
[0014]其中，通过现场可编程门阵列的时间数字转换器将第一矩形脉冲的上升沿信号作为计时起始信号，以及将第二矩形脉冲的上升沿信号作为计时结束信号的步骤后，包括：将第二矩形脉冲的上升沿信号传输至与现场可编程门阵列相连的高速数模转换器，并利用高速数模转换器对第二矩形脉冲的上升沿信号进行采样，得到第二回波信号的信号强度信息。
[0015]其中，利用现场可编程门阵列计算出计时起始信号与计时结束信号之间的时间差，并基于时间差计算出目标距离的步骤后，包括：通过激光雷达的振镜/转镜单元获取到
目标物体的角度位置信息；利用现场可编程门阵列将角度位置信息与目标距离融合，得到空间三维数据；将空间三维数据与信号强度信息融合，生成具有反射特性信息的激光点云图。
[0016]本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供激光雷达以及激光雷达测距方法，通过回波信号处理单元对存在重叠区域的两个回波信号进行处理，能够将两个回波信号的不同峰值转换为电容电流信号中不同的零点，从而准确区分出不同回波信号的顶点，继而消除杂散光产生的较大盲区对测距的影响，扩大了测距范围。进一步地，通过将电容电流信号转换为两个矩形脉冲，并通过现场可编程门阵列将两个上升沿分别确定为计时起始信号与计时结束信号，能够较为准确地获取到回波时间，从而提高近距离测距的精度。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种激光雷达，包括现场可编程门阵列、以及分别与所述现场可编程门阵列连接的激光发射单元与激光接收单元，其特征在于，所述激光接收单元与所述现场可编程门阵列之间设置有回波信号处理单元；所述激光接收单元用于接收所述激光发射单元发射的同一激光脉冲信号被反射的两个回波信号；其中，两个所述回波信号存在重叠区域且峰值位置不同；所述回波信号处理单元用于根据两个所述回波信号得到电容电流信号，并对所述电容电流信号进行转换，以得到两个矩形脉冲；所述现场可编程门阵列用于基于两个所述矩形脉冲确定所述激光脉冲信号的计时起始信号与计时结束信号，并根据所述计时起始信号与所述计时结束信号得到目标物体与所述激光雷达之间的目标距离。2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述回波信号处理单元包括依次连接的电容充放电单元、电流采样单元以及过零比较器；所述电容充放电单元与所述激光接收单元相连，利用经过所述激光接收单元处理后的回波信号对所述电容充放电单元进行充放电；所述电流采样单元用于采集所述电容充放电单元在充放电过程中产生的电容电流信号，并将所述电容电流信号转换为模拟电压信号；其中，所述回波信号的所述峰值对应所述电容电流信号的过零点；所述过零比较器用于将所述模拟电压信号转换成所述矩形脉冲；其中，所述电容电流信号的过零点对应所述矩形脉冲的上升沿。3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述现场可编程门阵列包括相互连接的信号分离单元与时间数字转换器；所述信号分离单元用于将先接收到的回波信号以及对应的矩形脉冲确定为第一回波信号以及第一矩形脉冲；以及，将后接收到的回波信号以及对应的矩形脉冲确定为第二回波信号以及第二矩形脉冲；所述时间数字转换器用于将所述第一矩形脉冲的上升沿信号作为所述计时起始信号，以及将所述第二矩形脉冲的上升沿信号作为所述计时结束信号。4.根据权利要求3所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括与所述现场可编程门阵列相连的高速数模转换器；所述高速数模转换器用于接收所述信号分离单元传输的所述第二矩形脉冲的上升沿信号，并将基于所述第二矩形脉冲的上升沿信号进行采样得到的信号强度信息传输至所述现场可编程门阵列。5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括与所述现场可编程门阵列相连的振镜/转镜单元；所述振镜/转镜单元用于确定所述目标物体的角度位置信息。6.一种激光雷达测距方法，其特征在于，所述激光雷达测距方法通过激光雷达实现，所述激光雷达包括现场可编程门阵列、以及分别与所述现场可编程门阵列连接的激光发射单元与激光接收单元，所述激光接收单元与所述现场可编程门阵列之间设置有回波信号处理单元；所述激光雷达测距方法包括：
通过所述激光接收单元接收所述激光发射单元发射的同一激光脉冲信号被反射的两个回波信号；其中，两个所述回波信号存在重叠区域且峰值位置不同；利用所述回...

【专利技术属性】
技术研发人员：许兴玉，梅文轩，方勇军，周小勇，徐子良，朱奇峰，邓志吉，赵宇宁，刘明，刘东，
申请(专利权)人：浙江大华技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：