利用脉冲编码降低距离模糊度的激光雷达发射器和探测器系统技术方案

一种激光雷达系统包括：发射器，用不同脉冲特性对连续发射脉冲进行编码；和接收器，探测每个接收(散射或反射)脉冲的脉冲特性并基于探测到的脉冲特性区分接收的脉冲。因此，激光雷达系统通过将相同或不同扫描周期中的扫描位置的脉冲编码为具有不同的脉冲特性(例如不同的脉冲宽度或不同的脉冲包络形状)来解决距离模糊。接收器包括：脉冲解码器，配置成探测所接收脉冲的相关脉冲特性；和解析器，确定所接收脉冲的脉冲特性是与当前扫描位置的脉冲特性匹配还是与先前扫描位置的脉冲特性匹配。特性匹配还是与先前扫描位置的脉冲特性匹配。特性匹配还是与先前扫描位置的脉冲特性匹配。

【技术实现步骤摘要】
利用脉冲编码降低距离模糊度的激光雷达发射器和探测器系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请是申请日为2018年3月28日、申请号为201880031402.4、专利技术名称为“利用脉冲编码降低距离模糊度的激光雷达发射器和探测器系统”的申请的分案申请。
[0003]本申请要求于2017年3月28日提交的申请号为62/477,900的美国临时申请和于2018年3月10日提交的申请号为15/917,628的美国申请的优先权，其内容通过引用全部并入本文。


[0004]本公开总体上涉及激光雷达系统，以及更特别地，涉及利用脉冲编码降低距离模糊度的激光雷达发射器和探测器系统。

技术介绍

[0005]本文提供的背景描述是为了总体上呈现本公开的背景。当前署名的专利技术人的工作(就
技术介绍
部分所描述的范围)，以及在提交时说明书中不必认为是现有技术的各方面描述，既不明确也不隐含地被公认为针对本公开的现有技术。
[0006]光探测和测距(激光雷达)是一种可用于测量到远程目标的距离的技术。通常，激光雷达系统包括光源和光学接收器。光源可以是，例如，发射具有特定工作波长的光的激光器。激光雷达系统的工作波长可能位于，例如，电磁波谱的红外线、可见光或紫外线部分。光源向目标发射光，然后目标散射光。一些被散射的光被接收器接收回来。系统基于与返回的光相关联的一个或多个特性，确定到目标的距离。例如，系统可以基于返回的光脉冲的飞行时间，确定到目标的距离。

技术实现思路

[0007]通常，扫描激光雷达系统具有最大探测距离，该最大探测距离被确定为目标可以与发射器相距的最大距离，该最大距离使得所发射的脉冲可以行进到目标，从目标散射或反射，并且在探测器仍然指向所发射的脉冲的方向时(即，在系统的特定扫描位置或扫描位置时间期间)返回到探测器。然而，当发射器在前一扫描位置时间(不同于当前扫描的当前扫描位置时间)发射的脉冲(例如在前一扫描中以相同方向发送的脉冲或者在当前扫描期间在前一扫描位置时间发送的脉冲)从位于最大探测距离之外的高度协作目标反射并在系统当前扫描周期的当前扫描位置时间期间返回到探测器时，可能发生距离模糊，因为系统仅期望来自当前扫描周期的当前扫描位置时间期间产生的脉冲的反射。在这种情况下，先前的脉冲被探测到，并且在系统看来，该脉冲是由于在当前扫描的当前扫描位置时间期间发送的当前脉冲而从目标反射的脉冲，接收器将其解析为在系统的探测距离内。这种现象导致距离模糊，因为接收器不能确定探测到的脉冲是当前扫描位置时间的当前脉冲从探测距离内的目标反射的结果，还是探测到的脉冲是先前扫描位置时间的先前脉冲从系统的探
测距离之外的目标反射的结果。
[0008]激光雷达系统包括发射器和接收器，发射器用不同脉冲特性对连续发射脉冲进行编码，接收器探测每个接收(散射或反射)的脉冲的脉冲特性并基于探测到的脉冲特性区分接收的脉冲，从而减少或消除距离模糊。该激光雷达系统可以区分连续脉冲，使得先前脉冲不会与当前脉冲混淆。更特别地，激光雷达系统通过将连续扫描位置和/或扫描周期的脉冲编码为具有不同的脉冲特性，例如不同的脉冲宽度或不同的脉冲包络(振幅)形状(例如，单峰脉冲或双峰脉冲)来解决距离模糊。接收器包括：脉冲解码器，配置成探测接收的脉冲的相关脉冲特性；和解析器，确定接收的脉冲的脉冲特性是与当前扫描周期的当前扫描位置的脉冲特性匹配还是与先前扫描位置或扫描周期的脉冲特性匹配。然后，接收器可以忽略具有先前扫描位置或扫描周期的脉冲特性的探测到的脉冲，从而减少由超出系统最大探测距离的高度协作目标引起的距离模糊。
[0009]在一种情况下，脉冲解码器可以使用多个时间数字转换器(TDC)来探测每个接收到的脉冲的脉冲特性。此外，脉冲编码器可以是外部光学调制器，或者脉冲编码器可以包括在光源(例如，能够产生各种脉冲模式的电流调制种子二极管激光器)中，随后是光学放大器。该系统还可以用不同的波长对脉冲进行编码，例如通过在两个波长之间交替脉冲来对脉冲进行编码。在这种情况下，接收器可以包括二向色滤光片(其分离两个波长)和两个APD，分离的APD配置成探测不同的波长。
[0010]在一个实施例中，扫描系统包括发射器，该发射器包括光源、脉冲编码器和控制器。光源被配置成发射光脉冲；脉冲编码器被配置成用一个或多个脉冲特性对光源的光脉冲进行编码；并且控制器被配置成使得编码器用至少一个不同脉冲特性对不同扫描位置的光脉冲进行编码。该系统还包括扫描器和接收器，扫描器配置成扫描二维观测场内的多个扫描位置，每个扫描位置由不同的矢量坐标组限定，并且在每个扫描位置将编码的光脉冲引导向远程目标，接收器配置成探测由远程目标散射的光脉冲，接收器包括光探测器部件、脉冲解码器和解析器。在这种情况下，脉冲解码器确定探测到的光脉冲的脉冲特性，以及解析器基于探测到的光脉冲的脉冲特性确定与探测到的光脉冲相关联的发射光脉冲的扫描位置。
[0011]在另一个实施例中，一种用于发射和接收光脉冲的方法包括在二维观测场内的多个扫描位置中的每一个处发射一个或多个光脉冲，每个扫描位置由不同的矢量坐标组限定，用至少一个不同脉冲特性值对不同扫描位置的光脉冲进行编码，接收由远程目标散射的光脉冲，探测散射的光脉冲，识别探测到的光脉冲的脉冲特性值，并根据探测到的光脉冲的脉冲特性值确定与探测到的光脉冲相关联的发射光脉冲的扫描位置的一组矢量坐标。
[0012]在又一实施例中，距离探测系统包括能够发射光脉冲的光源、控制器、扫描器、探测器、耦合到探测器的脉冲解码器以及解析器。控制器被配置成引导脉冲编码器用第一组脉冲特性值对第一发射光脉冲进行编码，并用第二组脉冲特性值对第二发射光脉冲进行编码，使得第一组和第二组脉冲特性值不同。扫描器被配置成在二维观测场内的第一扫描位置引导第一发射光脉冲，并在二维观测场内的第二扫描位置引导第二发射光脉冲，每个扫描位置由不同的矢量坐标组限定。脉冲解码器使用电信号探测散射光脉冲的一个或多个脉冲特性值，并将该探测到的一个或多个脉冲特性值提供给解析器。解析器确定该探测到的一个或多个脉冲特性值是与第一发射脉冲的第一组脉冲特性值匹配还是与第二发射脉冲
的第二组脉冲特性值匹配。此外，如果探测到的脉冲特性值与第一组脉冲特性值匹配，则距离探测器基于第一发射光脉冲计算到远程目标的距离，或者如果探测到的脉冲特性值与第二组脉冲特性值匹配，则距离探测器基于第二发射光脉冲计算到远程目标的距离。
附图说明
[0013]图1是示例光探测和测距(激光雷达(lidar))系统的框图，本公开的技术可以在该系统中实施；
[0014]图2更详细地示出了可以在图1的系统中操作的几个组件；
[0015]图3示出了图1的组件通过旋转罩壳中的窗口扫描360度观测场的示例配置；
[0016]图4示出了图1的组件通过基本透明的固定罩壳扫描360度观测场的另一种配置；
[0017]图5示出了图1的激光雷达系统在识别观测场内的目标时可以产生的示例扫描模式；
[0018]图6示出了图1的激光雷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种距离探测系统，包括：光源，能够发射光脉冲；控制器，配置成引导脉冲编码器用第一组脉冲特性值编码第一发射光脉冲，以及用第二组脉冲特性值编码第二发射光脉冲，其中第一组和第二组脉冲特性值不同；扫描器，配置成在二维观测场内的第一扫描位置引导所述第一发射光脉冲，并且在所述二维观测场内的第二扫描位置引导所述第二发射光脉冲，每个扫描位置由不同的矢量坐标组限定；探测器，配置成探测由远程目标散射的光脉冲，并产生指示散射光脉冲的电信号；脉冲解码器，耦合到所述探测器，所述探测器使用所述电信号探测所述散射光脉冲的一个或多个脉冲特性值；解析器，确定探测到的一个或多个脉冲特性值是与所述第一发射光脉冲的所述第一...

【专利技术属性】
技术研发人员：S，
申请(专利权)人：卢米诺有限责任公司，
类型：发明
国别省市：