具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明,其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时,除非另有表示,不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反,它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
如图1A至图1C所示,本公开中的激光探测系统可以包括多个激光发射单元、与该多个激光发射单元一一对应的多个激光接收单元以及与多个激光接收单元一一对应的多个处理单元。
在一种实施方式中,上述激光探测系统可以包括多个单线激光雷达。如图1A中所示,该激光探测系统包括第一单线激光雷达1、第二单线激光雷达2、第三单线激光雷达3,其中,第一单线激光雷达1包括第一激光发射单元11、第一激光接收单元12、第一处理单元13;第二单线激光雷达2包括第二激光发射单元21、第二激光接收单元22、第二处理单元23;第三单线激光雷达3包括第三激光发射单元31、第三激光接收单元32、第三处理单元33。
在另一种实施方式中,上述激光探测系统可以包括一个多线激光雷达。如图1B中所示,该激光探测系统包括多线激光雷达4,它包括第一线41、第二线42、第三线43,其中,该第一线41包括第四激光发射单元411、第四激光接收单元412、第四处理单元413;第二线42包括第五激光发射单元421、第五激光接收单元422、第五处理单元423;第三线43包括第六激光发射单元431、第六激光接收单元432、第六处理单元433。
在又一种实施方式中,上述激光探测系统可以包括至少一个多线激光雷达和至少一个单线激光雷达。如图1C中所示,该激光探测系统包括多线激光雷达4和第一单线激光雷达1、第二单线激光雷达2,其中,多线激光雷达4和第一单线激光雷达1、第二单线激光雷达2的结构如上述两种实施方式中所述。
上述激光探测系统中的每个激光发射单元可以用于在同一探测周期内,分别生成一激光信号,并向探测物5发射该激光信号;每个激光接收单元用于接收上述激光信号经探测物5返回的回波信号,并分别根据自身所接收到的回波信号,获取与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号;每个处理单元用于根据每个上述激光发射单元所发出的激光信号、以及该激光信号相匹配的回波信号,确定探测物5的目标参数。
示例地,如图1A所示,在同一探测周期内,该激光探测系统中的第一激光发射单元11、第二激光发射单元21、第三激光发射单元31分别生成第一激光信号、第二激光信号、第三激光信号,并发射至探测物5,第一激光信号、第二激光信号、第三激光信号经探测物5反射到第一激光雷达1、第二激光雷达2、第三激光雷达3上,被第一激光接收单元12、第二激光接收单元22、第三激光接收单元32接收。其中,第一激光接收单元12所接收到的回波信号中包括与第一激光发射单元11所发出的第一激光信号相匹配的回波信号,还可能包括干扰信号,如与第二激光发射单元21所发出的第二激光信号相匹配的回波信号、与第三激光发射单元31所发出的第三激光信号相匹配的回波信号、以及自然光或灯光等产生的白噪声,同样地,第二激光接收单元22及第三激光接收单元23除了会接收到与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号外,也可能接收到上述干扰信号。
由此可见,如何滤除掉干扰信号,以获得与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号,对于后续的处理单元能够获取到准确可靠的探测物的目标参数极其重要。因此,为了各激光接收单元能够根据自身所接收到的回波信号,准确地获取到与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号,在上述多个激光发射单元生成激光信号的方式相同的情况下,它们发射激光信号的时间互不相同,或者,在上述多个激光发射单元发射激光信号的时间相同的情况下,它们生成激光信号的方式互不相同。
当多个激光发射单元发射激光信号的时间相同时,它们生成激光信号的方式互不相同。在一种实施方式中,每个激光发射单元分别以互不相同的频率生成激光信号。示例地,如图2所示,多线激光雷达4中的第四激光发射单元411以17Khz的频率生成激光信号、第五激光发射单元421以18Khz的频率生成激光信号、第六激光发射单元431以19Khz的频率生成激光信号,第一单线激光雷达1中的第一激光发射单元11以20Khz-22Khz中的任一频率生成激光信号,第二单线激光雷达2中的第二激光发射单元21以23Khz-25Khz中的任一频率生成激光信号。
这样,每个激光接收单元可以分别对自身所接收到的回波信号进行处理,以从接收到的回波信号中提取出与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号频率相同的信号,作为该激光信号相匹配的回波信号。具体来说,每个激光接收单元可以包括滤波电路,这样,可以通过该滤波电路从该激光接收单元接收到的回波信号中过滤出与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号频率相同的信号。或者,每个激光接收单元可以包括锁相放大器,这样,可以通过该锁相放大器将与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号频率不同的信号去除,而使得与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号频率相同的信号得以保留,即获取到与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号。
示例地,如图2所示,多线激光雷达4中的第四激光发射单元411以17Khz的频率生成激光信号,第四激光接收单元412接收回波信号后,可以通过滤波电路将从该第四激光接收单元412接收到的回波信号中过滤出频率为17Khz的信号,即获取到与所对应的第四激光发射单元411所发出的激光信号相匹配的回波信号。
又示例地,如图2所示,第一单线激光雷达1中的第一激光发射单元11以20Khz-22Khz中的任一频率生成激光信号,第一激光接收单元12接收各回波信号后,可以通过锁相放大器从第一激光接收单元12接收到的回波信号中提取出频率在20Khz-22Khz范围的信号,即获取到与所对应的第一激光发射单元11所发出的激光信号相匹配的回波信号。
由于上述滤波电路、锁相放大器对于与其所对应的激光发射单元所发出的激光信号频率不同的激光信号、自然光信号、灯光信号等具有很强的抑制,因而能够避免不同激光雷达之间或同一多线激雷达的不同线之间的相互干扰,同时可以过滤掉自然光、灯光等干扰信号,进而能够实现激光探测系统的高信噪比探测以及远距离探测。
另外,上述每个激光发射单元可以通过以下两种方式来获取自身在生成激光信号时所使用的目标频率:
(1)每个激光发射单元根据频率信息库中记录的其他激光发射单元所使用的频率,确定自身所使用的目标频率,并利用该目标频率更新上述频率信息库,其中,该目标频率不同于其他激光发射单元所使用的频率。
在本公开中,上述频率信息库可以是表格,也可以是区块链。并且,该频率信息库可以存储在每个激光发射单元的本地,也可以独立于激光发射单元,例如,专用服务单元。并且,每个激光发射单元在确定出自己所使用的目标频率后,除了更新自身的频率信息库外,还需要协助更新周边的激光雷达的频率信息库,例如,可以通过将该目标频率广播至周边的激光雷达的方式来更新周边的激光雷达的频率信息库,也可以通过区块链技术来完成频率信息库的更新,从而可以保证每个激光发射单元均以互不相同的频率生成激光信号。
(2)接收基站发送的频率,并将接收到的频率作为所述目标频率。
在本公开中,该基站可以用于为所连接的激光发射单元进行频率分配,且为每个所连接的激光发射单元分配的频率互不相同。并且,为了保证每个激光发射单元均以互不相同的频率生成激光信号,在该基站进行频率分配时,需要及时更新和回收本地存储的周边的激光雷达的激光发射单元所使用的频率信息。具体来说,当基站与其周边的某个激光发射单元建立通信连接后,可以将未被分配的任一频率发送至该激光发射单元,并在本地记录该激光发射单元与上述发送给该激光发射单元的频率之间的对应关系,即完成了周边的激光雷达的激光发射单元所使用的频率信息的更新操作;当基站与其周边的任一激光发射单元断开通信连接后,可以将该激光发射单元所使用的频率信息收回,以在日后将其重新分配给其他的激光发射单元,实现资源的循环利用。
每个激光发射单元除了可以分别以互不相同的频率生成激光信号外,在另一种实施方式中,每个激光发射单元还可以分别利用互不相同的伪随机码对激光发射电流进行调制,生成电流脉冲序列,并对该电流脉冲序列进行载波调制,生成激光信号。这样,可以减少不同激光雷达之间或同一多线激光雷达的不同线之间的相互干扰,同时可以降低日光、路灯、车灯等强光源的影响,进而能够实现激光探测系统的高信噪比探测以及远距离探测。
示例地,如图3A所示,多线激光雷达4中的第四激光发射单元411利用伪随机码1对激光发射电流进行调制,第五激光发射单元421利用伪随机码2对激光发射电流进行调制、第六激光发射单元431利用伪随机码3对激光发射电流进行调制,第一单线激光雷达1中的第一激光发射单元11利用伪随机码4-20中的任一伪随机码对激光发射电流进行调制,第二单线激光雷达2中的第二激光发射单元21利用伪随机码21-24中的任一伪随机码对激光发射电流进行调制。
如图3B所示,每个激光发射单元(其中,该激光发射单元包括激光发射器)分别利用互不相同的伪随机码c(t)对激光发射电流a(t)进行调制,生成电流脉冲序列a(t)c(t),并对该电流脉冲序列a(t)c(t)进行载波调制,生成激光信号L(t)=a(t)c(t)coswct(其中,wc为载波频率,coswct为所述载波频率的余弦),并通过激光发射器发出;每个激光接收单元中的激光接收器接收回波信号,之后,每个激光接收单元分别对自身所接收到的回波信号L(t)=a(t)c(t)coswct+n(t)(其中,n(t)为噪声和干扰信号的总和,上述激光信号通过无线传输后,将会受到噪声和其他信号的干扰,因此,激光接收单元所收到的信号除与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号外,还包含有噪声和干扰信号)先进行相干波解调,获得:
其中,z(t)为每个激光接收单元分别对自身所接收到的回波信号进行相干波解调后所得的回波信号;φ(t)为相位。
之后,再进行编码滤波,具体来说,首先进行滤波,经过滤波后得:(其中,S(t)为经过滤波后的回波信号;n'(t)为所述噪声和干扰信号的总和);最后,利用与自身所对应的激光发射单元在生成上述激光信号时所使用的伪随机码相同的伪随机码c'(t),对滤波后所得信号进行解扩处理,即将上述经过滤波后的回波信号S(t)与伪随机码c'(t)相乘,从而获得与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号。
而当多个激光发射单元生成激光信号的方式相同时,它们发射激光信号的时间互不相同。在一种实施方式中,当多个激光发射单元发射激光信号的时间互不相同时,相邻两个发射时间之间的时间间隔大于在该激光发射单元的最远测距距离下的信号往返时长,这样,在每个时段内,只有一个激光发射单元向探测物5发射激光信号,并且在该时段内,经探测物5返回的回波信号也只有一个,这样,相应的激光接收单元在该时段所接收到的回波信号即是与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号,从而,可以有效避免不同激光雷达之间或同一多线激光雷达的不同线之间的信号干扰。
示例地,假设上述激光发射单元的最远测距距离为300m,其中,光速为3.0*108m/s,则在该激光发射单元的最远测距距离下的信号往返时长为2us。因此,相邻两个发射时间之间的时间间隔大于2us即可。示例地,如图4所示,相邻两个发射时间之间的时间间隔为5us,其中,多线激光雷达4中的第一线41在0us-5us时段进行激光信号的发射和回波信号的接收,即第四激光发射单元411在时刻0时发射激光信号,此时,第四激光接收单元412开始监测回波信号,监测持续时间为2us;第二线42在5us-10us时段进行激光信号的发射和回波信号的接收,即第五激光发射单元421在时刻5us时发射激光信号,此时,第五激光接收单元422开始监测回波信号,监测持续时间为2us;第三线43在10us-15us时段进行激光信号的发射和回波信号的接收,即第六激光发射单元431在时刻10us时发射激光信号,此时,第六激光接收单元432开始监测回波信号,监测持续时间为2us;第一单线激光雷达1中的第一激光发射单元11在15us-20us时段进行激光信号的发射和回波信号的接收,即第一激光发射单元11在时刻15us时发射激光信号,此时,第一激光接收单元12开始监测回波信号,监测持续时间为2us;第二单线激光雷达2中的第二激光发射单元21在20us-25us时段进行激光信号的发射和回波信号的接收,即第二激光发射单元21在时刻20us时发射激光信号,此时,第二激光接收单元22开始监测回波信号,监测持续时间为2us。
最后,每个处理单元可以根据每个上述激光发射单元所发出的激光信号、以及该激光信号相匹配的回波信号,确定探测物5的目标参数,例如,距离、方位、高度、速度、姿态、形状等。示例地,可以根据激光发射单元发射激光信号与相应的激光接收单元接收到回波信号之间的时间间隔来确定探测物5的距离。
另外,需要说明的是,虽然在本公开中以三线激光雷达为例进行说明,但是本公开提供的上述多线激光雷达不局限于三线激光雷达,也可以适用于其他多线激光雷达,例如,6线,32线,64线,128线,256线等。
通过上述技术方案,在同一探测周期内,当多个激光发射单元生成激光信号的方式相同时,它们发射激光信号的时间互不相同,当多个激光发射单元发射激光信号的时间相同时,它们生成激光信号的方式互不相同,这样,每个激光接收单元可以分别根据自身所接收到的回波信号,准确地识别出与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号,增强了激光雷达的抗干扰能力,进而可以保证获取到的探测物的目标参数的准确性及可靠性。
图5是根据一示例性实施例示出的一种激光探测方法的流程图,其中,该方法可以应用于上述的激光探测系统。如图5所示,该方法可以包括以下步骤。
在步骤501中,在同一探测周期内,每个激光发射单元分别生成一激光信号,并向探测物发射该激光信号。
在本公开中,在所述多个激光发射单元生成激光信号的方式相同的情况下,所述多个激光发射单元发射激光信号的时间互不相同,在所述多个激光发射单元发射激光信号的时间相同的情况下,所述多个激光发射单元生成激光信号的方式互不相同。
在步骤502中,每个激光接收单元接收激光信号经探测物返回的回波信号。
在步骤503中,每个激光接收单元分别根据自身所接收到的回波信号,获取与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号。
在步骤504中,处理单元根据每个激光发射单元所发出的激光信号、以及该激光信号相匹配的回波信号,确定探测物的目标参数。
可选地,所述每个所述激光发射单元分别生成一激光信号,包括:
每个所述激光发射单元分别以互不相同的频率生成所述激光信号;
所述每个所述激光接收单元分别根据自身所接收到的回波信号,获取与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号,包括:
每个所述激光接收单元分别对自身所接收到的回波信号进行处理,以从接收到的回波信号中提取出与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号频率相同的信号,作为所述激光信号相匹配的回波信号。
可选地,所述激光发射单元通过以下方式中的一种来获取自身在生成所述激光信号时所使用的目标频率:
所述激光发射单元根据频率信息库中记录的其他激光发射单元所使用的频率,确定自身所使用的所述目标频率,并利用所述目标频率更新所述频率信息库,其中,所述目标频率不同于所述其他激光发射单元所使用的频率;
接收基站发送的频率,并将接收到的频率作为所述目标频率,其中,所述基站用于为所连接的激光发射单元进行频率分配,且为每个所连接的激光发射单元分配的频率互不相同。
可选地,所述每个所述激光发射单元分别生成一激光信号,包括:
每个所述激光发射单元分别利用互不相同的伪随机码对激光发射电流进行调制,生成电流脉冲序列,并对所述电流脉冲序列进行载波调制,生成所述激光信号;
所述每个所述激光接收单元分别根据自身所接收到的回波信号,获取与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号,包括:
每个所述激光接收单元分别对自身所接收到的回波信号依次进行相干波解调和滤波,并利用与自身所对应的激光发射单元在生成所述激光信号时所使用的伪随机码相同的伪随机码,对滤波后所得信号进行解扩处理,获得与自身所对应的激光发射单元所发出的激光信号相匹配的回波信号。
可选地,当所述多个激光发射单元发射激光信号的时间互不相同时,相邻两个发射时间之间的时间间隔大于在所述激光发射单元的最远测距距离下的信号往返时长。
关于上述实施例中的方法,其中各个步骤执行操作的具体方式已经在上述激光探测系统的实施例中进行了详细描述,此处将不做详细阐述说明。
本领域技术人员在考虑说明书及实践本公开后,将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化,这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的,本公开的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是,本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构,并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。