CN107728156A - 一种增强激光雷达抗干扰性的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种增强激光雷达抗干扰性的方法，对任意单目标点进行非连续的多次扫描，并对每次扫描的激光信号进行激光快速编码。每个目标点所对应的多次测量行为是基于快速扫描条件下非连续的，保证了测量结果的高刷新率和可靠性。激光快速编码是将现有脉冲激光器的单个脉冲周期内的脉冲信号转变为具有至少两种不同脉冲强度和/或脉冲宽度的连续和/或离散的子脉冲。单个脉冲周期内的一系列子脉冲作为一个整体构成激光雷达所发射的单目标点的探测信号单元。快速编码方法应用于单目标多次测量的每次测量中，可以更进一步地保障激光雷达每次测量的可靠性，在此基础上可以降低单目标测量的次数，进一步提高测量结果的刷新率。

Description

一种增强激光雷达抗干扰性的方法及系统

技术领域

本发明属于激光雷达领域，涉及一种增强激光雷达抗干扰性的方法及系统。

背景技术

在激光雷达设计过程中，通常采用特定波长的红外激光器以及与光源波长匹配的窄带滤光片来避免环境光对探测产生的影响，从而提高激光接收系统的信噪比和抗干扰性。但是当激光雷达在汽车辅助驾驶或自动驾驶、服务机器人，工业自动化领域被广泛应用时，各种红外波长的激光光源本身也成为环境光的一部分，这些混杂的与激光信号能量相当的环境噪声都有可能直接或经反射后被其它激光雷达系统接收、处理和计算，从而得到错误的相对位置信息。为了保障激光雷达实际应用的可靠性，激光雷达之间的激光信号干扰是一个需要解决的问题。

现有技术常用的是激光编码，激光编码即通过对激光的脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲幅值、重复频率、波长及相位等参量进行调制，使激光携带尽可能多的信息，从而达到区别于其它激光信号的目的。接收系统可以依据激光信号的差异有选择地计算处理某一特征的激光信号而免于被其它信号干扰。专利CN104917043A利用注入的伪随机信号和锁模介质产生相应重复频率伪随机变化的锁模脉冲，用于激光制导系统中的目标指示器，提高抗干扰能力，且激光光束的重复频率可以伪随机变化不易被破解。专利CN102638271A在激光制导(跟踪)系统中，针对纳秒级脉宽可调激光器，提出一种使用电光开关直接削波实现脉冲宽度和脉冲幅值的编码，并结合选通波门的一种对抗激光干扰的PAWM编码。专利CN105182361提出利用信号发生器产生的复合调制随机脉冲信号将脉冲位置调制和脉冲幅度调制相结合的一种脉冲编码序列的调制方式。此外，研究文献提出依靠混沌电路、光注入、光反馈或光电反馈等方式产生的混沌激光光源来提高激光雷达的抗干扰性能。

在制导系统应用中，激光信号接收器所探测的回波信号来自于反射特性相对单一的目标表面，回波信号的强度受到的影响程度相对统一，不会有大幅度的起伏波动，此外针对特定目标的回波信号持续时间也较长，因此激光信号的编码识别所受到的影响相对较小。当激光雷达应用于汽车辅助驾驶或自动驾驶、服务机器人，工业自动化等场景，由于这一类场景具有短探测距离、高探测频率、密集探测方向(目标)、多特征目标和周围多干扰源等特征，系统并不允许每个探测目标都拥有较长时间的脉冲发射和回波探测，因此短时间内形成丰富的脉冲编码信息成为该领域应用的要求，从而提高激光信号的可识别性、抗干扰性。已有的激光信号编码技术通过控制单个激光源的脉冲时间和脉冲间隔来实现编码，如图3a、3b，即需要多个不同强度和间隔的脉冲来组成一个脉冲系列才能实现具有良好抗干扰能力的编码，基于激光脉冲的占空比及散热的考虑，其编码(脉冲)时间间隔相对较长即每个脉冲系列需要较长时间才能完成编码，编码密度相对较低，编码所含的信息量较少，特征较少，受干扰后部分信号特征可能容易丢失，造成筛分识别率低。此外，激光雷达还可以通过多次测量提高激光接收系统的信噪比和抗干扰性。对于现有技术，单目标的间隔式多次测量一般会降低测量结果的刷新率，而单目标的连续式多次测量又容易存在多次测量被完全干扰的问题。

基于上述分析，如何实现快速编码以及优化多次测量技术则有必要进一步探讨。

发明内容

本发明提出一种基于激光快速扫描的单目标多次测量，并对每次扫描的激光脉冲信号进行快速编码的增强激光雷达抗干扰性的方法及系统。在脉冲激光器的单脉冲周期内，甚至是单脉宽时间进行激光编码，通过将现有脉冲激光器的单个脉冲周期内的激光信号转变为多个强度可调制的、连续的或离散的子波(或子脉冲)组合，从而得到一系列具有特征子脉冲数，特征脉宽，特征时间间隔、特征强度顺序的子波信号组。激光器所发射的一系列子波作为一个整体构成激光雷达所发射的单目标点的探测信号单元，每个探测信号单元都可以通过子波的脉宽、时间间隔和激光强度顺序实现激光信号编码。激光雷达的回波信号处理系统通过同时识别子波的脉宽、时间间隔，强度顺序来实现回波信号的筛选，剔除干扰信号，最终得到探测目标的真实距离。基于快速扫描的单目标多次测量方法可以实现较好的抗干扰效果和较高的测量结果刷新率。

本发明的技术解决方案是提供一种增强激光雷达抗干扰性的方法，对任意单目标点进行非连续的多次扫描，并对每次扫描的激光信号进行激光快速编码；上述激光快速编码是将现有脉冲激光器的单个脉冲周期内的脉冲信号转变为具有至少两种不同脉冲强度和/或脉冲宽度的连续和/或离散的子脉冲；将在单个脉冲周期内的一系列子脉冲作为一个整体构成激光雷达所发射的单目标点的探测信号单元。

每个目标点所对应的多次测量行为是分散的、非连续的，某一短暂的激光干扰结果并不会集中在单个目标点的多次测量中，而是会被分配到不同的目标点上并且只影响这些目标点的多次测量结果中的某一次或部分测量结果，提高了目标点探测的成功率和可靠性。

多次重复测量方案进一步结合激光快速编码技术可以提高单次测量的可靠性，从而可以降低单目标点的测量次数，进一步提高刷新率。

优选地，快速激光编码过程具体可以为：

步骤1.1)：采用单个脉冲激光器作为光源，准直激光；

步骤1.2)：调整激光脉冲的脉宽，并在单个脉宽时间内，调节激光器的驱动电流的大小、不同大小驱动电流之间的间隔时间及持续时间，得到具有不同脉冲强度和/或宽度、连续和/或离散的子脉冲信号，实现单光源中任意一个脉冲信号的激光编码。

优选地，通过激光器驱动模块调节驱动电流，上述驱动模块包括驱动电路，上述驱动电路包含至少两个并联的开关器件及与各开关器件串联的电阻，开关器件用于控制每一支路的快速通断，电阻用于调节每一支路电流大小。

优选地，步骤1.2)中激光脉冲的脉宽调整至实际应用的需求值，调节驱动电流大小，使得在一个脉宽内得到≥1个不同强度的子脉冲信号。

优选地，当激光雷达的扫描装置所反馈的角度信号或时间信号到达预定角度或预定时间点时发出系列脉冲中的首个子脉冲；由预先设定的命令流控制MOSFET的开关调节系列脉冲中的后续每个子脉冲的脉冲强度和间隔时间；最终实现激光脉冲强度的调制编码。

优选地，本发明还提供了另外一种激光编码过程，具体为：

步骤2.1)：采用N个峰值功率不同、激光波长为同一波段的激光器作为组合光源，其中N≥2；

步骤2.2)：依据峰值功率对N个激光器进行地址编排；

步骤2.3)：对N个激光器的激光光束合束、整形并准直；

步骤2.4)：在单个脉冲周期内，确定需要激发的激光器个数，设定激发控制信号，所述激发控制信号包括激光器发射顺序、子脉冲发射时间、子脉冲发射间隔以及子脉冲宽度，按照激发控制信号激发激光器发射子脉冲信号。

优选地，步骤2.4)具体通过以下方法实现：

a)：当激光雷达的扫描装置所反馈的角度信号或时间信号到达预定角度或预定时间点时激发设定的第一个激光器发出设定脉宽及强度的激光子脉冲；

b)：依据前一个子脉冲的宽度和设定的系列内脉冲的时间间隔决定后续激光器的脉冲发射时间及脉冲宽度；

c)：重复步骤b)，直至在单个脉冲周期内设定的激光器都完成了子脉冲发射。

优选地，N个激光器的波长相同或不同；当N个激光器的波长相同时，回波信号的接收端只需要设置一个匹配窄带滤波片的探测器；当N个激光器的波长不同时，回波信号接收端需要设置N个探测器。

本发明还提供一种实现上述方法的激光雷达系统，包括激光发射模块、激光快速扫描模块、激光回波信号接收模块、激光回波信号处理模块及测量结果统计分析模块；其特殊之处在于：

上述激光发射模块发出的光经激光快速扫描模块调整实现不同角度的扫描；

上述激光回波信号接收模块将接收的回波信号发送至激光回波信号处理模块，激光回波信号处理模块计算每次测量的结果并对结果进行相应的角度标记；

测量结果统计分析模块以角度标记为参考，对刷新周期内的多次测量结果进行分类并统计分析，根据结果出现的概率或编码特征剔除异常值，然后对剩余的可信值求取均值得到该目标点的最终结果。

优选地，上述激光快速扫描模块包括MEMS微扫描镜及其驱动与反馈电路，或者其它可以实现激光快速扫描的装置。

优选地，为了实现上述第一种快速激光编码过程，上述激光发射模块包括激光器驱动模块，上述激光器驱动模块用于调节激光器驱动电流，能够实现短时间内电流迅速跳跃变化，在短时间内发射一系列不同特征的脉冲信号。

优选地，为了实现上述第二种快速激光编码过程，上述激光发射模块包括N个独立激光器及控制模块，上述控制模块控制N个激光器按照设定的激发控制信号相互协调配合地在短时间内发射一系列不同特征的脉冲信号。

本发明的有益效果是：

1、本发明单目标多次测量，每个目标点所对应的多次测量行为是分散的、非连续的。激光干扰结果并不会集中在某一个目标点，而是会被分配到不同的目标点上并且只影响这些目标点多次测量结果中的某一次或部分测量结果，剩余的若干次测量并不受影响，通过对每个目标点的多次测量结果统计分析后可以将受干扰的结果完全筛出剔除，可以降低针对一个目标的多次测量被完全干扰的概率，探测成功率更高；本发明提供的编码方法可以在常规脉冲激光源的单个脉宽时间内或单个脉冲周期时间内产生一系列连续或离散的子波信号，以此子波系列作为激光雷达所发射的探测信号单元可以极大丰富探测信号单元所拥有的信息量，便于回波信号的抗干扰处理；本发明将快速编码方法应用于单目标多次测量的每次测量中，更进一步地保障激光雷达每次测量的可靠性，在此基础上可以降低单目标测量的次数，再次提高测量结果的刷新率；

2、每个目标点进行多次重复测量的同时保证测量结果的高刷新率，提高测量结果的实时性，且编码方法在单个脉宽时间内或单个脉冲周期内实现编码，信号的编码周期短，激光器发射的子波间隔时间并不受限于单个脉冲激光器的占空比，容易实现短时间内产生子波系列完成编码，大幅度减小了每个目标点的编码回波信号的接收时间窗口，从而显著减小干扰信号与有效回波信号相互重叠的干扰概率。

附图说明

图1基于MEMS微扫描镜的单目标多次测量示意图；

图2是单个激光器在脉宽时间内实现脉冲编码的控制电路示意图；

图3a是单个激光器未经特殊调制时的脉冲信号示意图；

图3b是单个激光器经常规的强度和脉宽调制后的脉冲信号(虚线为调制前信号，黑色实心矩形为调制后的信号)，这种编码需要多个脉冲组合成一个系列，编码需要多个脉冲周期才能完成；

图3c是通过控制单个脉宽时间内的驱动电流大小实现激光脉冲编码示意图，编码可以在单个脉冲周期内完成；

图3d是单脉冲时间内多个激光器发射的系列脉冲替代单个激光器的脉冲实现激光编码示意图，编码可以在单个脉冲周期完成；

图4是激光回波信号的匹配与识别示意图，图中，①②③④的脉宽、时间间隔和相对强度匹配良好，可用于计算飞行时间的均值；⑤的相对强度不匹配，不参与均值计算。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步的描述。

实现本发明方法的快速扫描激光雷达系统由以下5部分组成：

脉冲激光二极管、准直系统和驱动电路所组成的激光发射模块；

单轴MEMS微扫描镜及其驱动与反馈电路所组成的激光快速扫描模块；

激光回波信号接收模块；

激光回波信号处理模块；

测量结果的统计分析模块。

图1给出了基于单轴MEMS微扫描镜的快速扫描模块及其单目标非连续多次测量的示意图，其中，单轴MEMS微扫描镜的性能参数为：工作频率为1KHz，光学扫描范围为80°。MEMS微扫描镜每转动0.1°的光学角度激发激光器随之发射一个激光脉冲信号，回波信号接收模块和信号处理模块相应地产生一个测试结果。

通过上述参数可以计算，MEMS微扫描镜扫描一周所需要的时间为1ms，每转动0.1°所需要的平均时间为0.625us。由于每个扫描周期内光斑可以实现由左至右和由右至左两次全目标依次扫描，因此光学扫描范围内所有目标的测试结果理论刷新周期为扫描周期的一半，即为0.5ms，刷新率为2000Hz。如果将测试结果的实际刷新率设定为100Hz，那么每个刷新周期内MEMS微扫描镜可以完成2000/100＝20次全目标扫描，也就是可以实现10次从-40°到+40°范围内的去程扫描和10次从+40°到-40°范围内的回程扫描，共计实现20次重复测量。针对一个目标点的20次测量分布在MEMS微扫描镜的10个扫描周期内，因此其多次测量过程并不是连续进行的，而是间隔式进行的。

假设测量过程中当MEMS微扫描镜扭转至平衡位置时刻环境中出现了一个持续时间为12.5us的干扰激光信号，依据MEMS微扫描镜每转动0.1°所需要的平均时间为0.625us这一特征可以推算，大约有20次测量结果受到干扰，但是需要注意的是这20次测量并不是针对同一个目标点，而是分布在0.1°、0.2°、0.3°……2.0°方位角的20个目标点，也就是每个目标点仅受到一次干扰。如果干扰信号的持续时间短，则受到干扰的目标点更少。进一步地，如果干扰信号为短时间的脉冲信号，只要该干扰信号不出现在激光雷达本身信号发射和接收的时间段内，就不会对测量产生干扰。对于0.1°、0.2°、0.3°……2.0°方位角的20个目标点而言，由于每个目标点的多次测量中仅有一次受到干扰，因此筛除后并不会影响该目标点的准确测量。如果使用者需要提高测量结果的刷新率，可以通过调整重复测量的次数来实现。此外，由于MEMS微扫描镜扭转扫描时光斑的运动轨迹为正弦曲线，因此相邻0.1°的目标点之间的间隔时间并不是一个固定量，而是变化的，这也为环境中干扰信号的同步企图增加的难度，提高了激光雷达的抗干扰性。

在测量过程中，信号处理模块直接依据所接收到的回波信号计算出每次测量的结果并对结果进行相应的角度标记，但是并不对回波信号是否为干扰信号进行判断。在每个刷新周期结束之时，测量结果的统计分析模块将以角度标记为参考，对本刷新周期内20个测量结果进行分类并统计分析，根据结果出现的概率剔除低概率异常值，然后对剩余的可信值求取均值得到该目标点的最终结果。

在上述单目标多次测量提高抗干扰性的基础上可以结合常规的脉冲激光编码技术，针对同一目标点的20次激光脉冲信号进行强度和脉宽调制，从而得到一个由20个脉冲组成的系列编码。每一组20次测量完成之后，分析组内20个回波信号强度和脉宽信息，依据编码规律筛出回波信号中存在的干扰信号，最后得到此目标点的多个可靠值的平均结果。

此外，还可以采用以下激光快速编码技术提高单次测量的准确性，进一步降低单目标的测量次数而提高测量结果的刷新率。

激光快速编码方式一：

激光雷达采用单个脉冲二极管激光器作为光源，将激光脉冲的脉宽调整至实际应用需求值，如100ns。在100ns的发射期间内，通过调节驱动电流得到1～5个不同的激光强度，并调整不同电流之间的间隔时间(正负值均可，正值代表存在时间间隔，负值代表两个电流之间有重叠的时间区域)得到连续或离散的波动信号，从而实现针对单光源中任意一个脉冲信号的的激光编码。上述1～5个不同强度的子波(子脉冲)组成一个连续或离散的波动信号，作为某一个目标点的探测信号。

激光器的驱动电流通过图2示意的电路进行控制，实现驱动电流在短时间内按照设定的波动规律变化。MOSFET器件开关(或者三极管)由设定格式的命令流驱动控制，且MOSFET在10～500ns时间内可以实现多次快速的开关动作。每一支路的电流由支路上的电阻(R1/R2/R3/R4/R5)决定，每一个子波发射时需要的电流可以由一路单独完成，也可以由多路组合并联完成，每路所能实现的电流也可以通过调节电阻值得以改变，从而实现驱动电流的多样性，也就实现脉冲强度的多样性。

每一个子脉冲发出的时间点由激光雷达的扫描装置所反馈的角度信号或时间信号决定，到达预定角度或预定时间点时发出系列脉冲的首个子脉冲。每个子脉冲激光的编码，也就是子波的强度，由预先设定的命令流控制MOSFET的开关状态实现。通过同步且迅速地开启或关闭特定支路实现电流的跳跃变化，最终实现激光脉冲强度的调制编码。

通过上述方式，针对一个目标探测点所发出的激光信号包含了子波数量、强度顺序，子波间隔时间等信息，以此为基础可以实现激光信号编码并进行后续回波特征的识别。

回波信号识别过程可利用现有的常规信号处理技术手段实现，具体可以通过如下方式实现：

1、提取探测器所接收到的回波信号的峰值强度值及其对应的时间点；

2、筛选出回波信号峰值强度的最大值及其时间点；

3、在最大强度峰值左右两侧各扩展一个系列脉冲的时间，计算这个时间区间内的回波信号峰值个数，依据所得峰值个数与实际系列的脉冲数量(1～5个)进行对比；

4、根据实际应用情况设定所检测到峰值数量的可信区间。如果数量在可信区间之间则可判定最大峰值有效，对应于脉冲发射信号的最大峰值，然后计算回波信号与发射脉冲最大峰值的强度比例；如果数量在可信区间之外，则需要找到次强峰的强度值和时间点；

5、重复步骤3、4，将发射激光脉冲时电流的变化波形与回波信号的波形通过最大值对齐然后匹配其余峰值强度和时间点，如图4，如果匹配程度大于70％，则可以判定该回波信号与发射信号对应，进入下一步计算距离。如果匹配程度低于70％，则判定该回波信号无效。匹配程度阈值可以依据实际应用环境需要灵活设定；

6、提取匹配程度高的3-5个峰值及对应的时间点，计算出目标物回波信号的相对强度和光飞行时间的平均值，最终得到目标物反射信号的强度均值和距离均值。

结合图3a与图3c进一步解释说明上述编码方法。

图3a为常规的脉冲激光器所发射的未经任何调制的激光信号。由于常规编码方法中，单个脉冲信号并不具有可准确识别的特征，也就是不具备可靠的编码特征。

图3c即为本实施例的编码方式，这个图描述的是在单个脉冲信号的发射时间内使这个脉冲具有可识别的特征。具体方法为在单个脉宽时间内使原本的单个脉冲电流转变为多个不同大小，不同间隔时间和不同持续时间的驱动电流。

以下假设每个脉冲时间为100ns为例解释图中的脉冲编码形成过程。

图3c第一个经编码的凹形脉冲信号包括三个子脉冲，三个子脉冲是通过1个持续40ns的60A电流、1个持续40ns的30A电流、和1个持续20ns的50A驱动电流所形成的，特征为高胖-矮胖-高瘦(无间隔)。

图3c第二个经编码的凸形脉冲信号包括三个子脉冲，这三个子脉冲是通过1个持续30ns的50A电流、10ns间隔、1个持续20ns的60A电流、10ns间隔、和1个持续30ns的30A驱动电流所形成的，特征为高瘦-间隔-高瘦-间隔-矮瘦。

图3c第三个经编码的双台阶脉冲信号包括两个子脉冲，这两个子脉冲是通过1个持续50ns的50A电流和1个持续50nm的30A驱动电流所形成的，特征为高胖-矮胖(无间隔)。

图3c第四个经编码的单台阶脉冲信号包括一个子脉冲，通过1个持续100ns的40A电流所形成的，特征为矮胖(无间隔)。

激光快速编码方式二：

激光雷达采用5个二极管脉冲激光器作为组合光源。5个激光光源的峰值功率有明显差异，激光光源的波长处于红外波段，具体波长可以相同也可以相异。激光波长相同时回波信号接收端只需要一个匹配窄带滤波片的探测器，波长有差异则需要使用多个探测器。各激光器依据其峰值功率进行对应的地址编排，5束激光通过光纤激光合束器或者专利CN102809823A提出的多维合束器进行合束整形，然后通过准直镜实现激光准直，使合束后的激光以较小的光束直径和发散角经同一光路进行传播，最后通过扫描装置实现激光扫描。

激光器通过接收激发控制信号而发射系列脉冲(也就是子波、子脉冲)。激发控制信号中包括了以下信息：第1个脉冲发出的时间、由哪个激光器发出及脉冲宽度，第2个脉冲与前一个脉冲的时间间隔、由哪个激光器发出及脉冲宽度……，第5个脉冲与前一个脉冲的时间间隔、由哪个激光器发出及脉冲宽度。

第1个脉冲发出的时间点由激光雷达的扫描装置所反馈的角度信号或时间信号决定，到达预定角度或预定时间点时发出系列脉冲的首个脉冲。后续脉冲的时间间隔可以依据前一个脉冲的宽度和系列内脉冲的时间间隔灵活决定，通过调整系列内脉冲的时间间隔和脉冲宽度不仅可以实现脉宽和间隔时间的编码，还能实现重叠连续式脉冲和离散脉冲的变换。又因为每个激光器功率有明显差异，通过定义5个激光器在系列脉冲中的脉冲发射顺序和开关状态可以实现脉冲强度的编码。

系列内的5个激光脉冲完成发射后，它们将作为一个整体构成激光雷达针对一个目标探测点所发射出的一次激光信号。

通过上述方式，针对一个目标探测点所发出的激光信号包含了脉冲数量、脉冲强度顺序，脉宽和脉冲时间间隔等信息，以此为基础可以实现激光信号编码并进行后续回波特征的识别。

回波信号识别过程同样可利用现有的常规信号处理技术手段实现，具体可以通过如下方式实现：

1、提取探测器所接收到的回波信号的峰值强度值及其对应的时间点；

2、筛选出回波信号峰值强度的最大值及其时间点；

3、在最大强度峰值左右两侧各扩展一个系列脉冲的时间，计算这个时间区间内的回波信号峰值个数，依据所得峰值个数与实际系列的脉冲数量(5个)进行对比；

4、根据实际应用情况设定所检测到峰值数量的可信区间。如果数量在可信区间之间则可判定最大峰值有效，对应于脉冲发射信号的最大峰值，然后计算回波信号与发射脉冲最大峰值的强度比例；如果数量在可信区间之外，则需要找到次强峰的强度值和时间点；

5、重复步骤3、4将激光所发射的系列脉冲特征与回波信号的波形通过最大值对齐然后匹配其余峰值强度和时间点，如图4，如果匹配程度大于70％，则可以判定该回波信号与发射信号对应，进入下一步计算距离。如果匹配程度低于70％，则判定该回波信号无效，匹配程度阈值可以依据实际应用环境需要灵活设定；

6、提取匹配程度高的3-5个峰值及对应的时间点，计算出目标物回波信号的相对强度和光飞行时间的平均值，最终得到目标物反射信号的强度均值和距离均值。

结合图3a与图3d进一步解释说明上述编码方法。

图3a为常规的脉冲激光器所发射的未经任何调制的激光信号。由于常规编码方法中，单个脉冲信号并不具有准确的可识别的特征，也就是不具备可靠的编码特征。

图3d即为本实施例的编码方式，这个图所要描述的是在单个脉冲周期内形成多个脉冲并使这个脉冲系列具有可识别的特征。具体方法为通过在一个脉冲周期内按照一定次序依次点亮多个脉冲激光器，同时控制点亮激光器的个数、每个激光器的点亮时间(脉宽)、间隔时间来实现快速编码。

以下通过5个脉冲功率分别为50w，60w，60w、70w和90w的激光器为例解释图中脉冲系列的形成过程：

图3d第一个系列脉冲形成过程为：

控制70w的激光器持续点亮30ns，后关闭，间隔20ns后，点亮90w的激光器持续20ns后关闭，再次间隔30ns后，点亮60w的激光器持续40ns后关闭，再次间隔50ns后，点亮60w的激光器持续20ns后关闭，再次间隔40ns后，点亮50w的激光器持续50ns后关闭。

等第一个脉冲周期结束，第二个脉冲周期开始时，控制激光器形成图3d中的第二个系列脉冲。

依次类推，图3d中第四个系列脉冲形成过程为：控制70w的激光器持续点亮30ns，后关闭，间隔0ns后，即关闭70w的激光器后直接点亮60w的激光器持续30ns后关闭，间隔20ns后，点亮90w的激光器持续20ns后关闭，再次间隔30ns后，点亮60w的激光器持续10ns后关闭，再次间隔20ns后，点亮50w的激光器持续30ns后关闭。

Claims (10)

1.一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于：对任意单目标点进行非连续的多次扫描，并对每次扫描的激光信号进行激光快速编码；所述激光快速编码是将现有脉冲激光器的单个脉冲周期内的脉冲信号转变为具有至少两种不同脉冲强度和/或脉冲宽度的连续和/或离散的子脉冲；将在单个脉冲周期内的一系列子脉冲作为一个整体构成激光雷达所发射的单目标点的探测信号单元。

2.根据权利要求1所述的一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于，快速激光编码过程具体为：

步骤1.1)：采用单个脉冲激光器作为光源，准直激光；

步骤1.2)：调整激光脉冲的脉宽，并在单个脉宽时间内，调节激光器的驱动电流的大小、不同大小驱动电流之间的间隔时间及持续时间，得到具有不同脉冲强度和/或宽度、连续和/或离散的子脉冲信号，实现单光源中任意一个脉冲信号的激光编码。

3.根据权利要求2所述的一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于：通过激光器驱动模块调节驱动电流，所述驱动模块包括驱动电路，所述驱动电路包含至少两个并联的开关元件及与各开关元件串联的电阻；

步骤1.2)中激光脉冲的脉宽调整至实际应用的需求值，调节驱动电流大小，使得在一个脉宽内得到≥1个不同强度的子脉冲信号；

当激光雷达的扫描装置所反馈的角度信号或时间信号到达预定角度或预定时间点时发出系列脉冲中的首个子脉冲；由预先设定的命令流控制开关元件调节系列脉冲中的后续每个子脉冲的脉冲强度和间隔时间；最终实现激光脉冲强度的调制编码。

4.根据权利要求1所述的一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于，激光编码过程具体为：

步骤2.1)：采用N个峰值功率不同、激光波长为同一波段的激光器作为组合光源，其中N≥2；

步骤2.2)：依据峰值功率对N个激光器进行地址编排；

步骤2.3)：对N个激光器的激光光束合束、整形并准直；

步骤2.4)：在单个脉冲周期内，确定需要激发的激光器个数，设定激发控制信号，所述激发控制信号包括激光器发射顺序、子脉冲发射时间、子脉冲发射间隔以及子脉冲宽度，按照激发控制信号激发激光器发射子脉冲信号。

5.根据权利要求4所述的一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于，步骤2.4)具体通过以下方法实现：

a)：当激光雷达的扫描装置所反馈的角度信号或时间信号到达预定角度或预定时间点时激发设定的第一个激光器发出设定脉宽及强度的激光子脉冲；

b)：依据前一个子脉冲的宽度和设定的系列内脉冲的时间间隔决定后续激光器的脉冲发射时间及脉冲宽度；

c)：重复步骤b)，直至在单个脉冲周期内设定的激光器都完成了子脉冲发射。

6.根据权利要求4或5所述的一种增强激光雷达抗干扰性的方法，其特征在于：N个激光器的波长相同或不同；当N个激光器的波长相同时，回波信号的接收端只需要设置一个匹配窄带滤波片的探测器；当N个激光器的波长不同时，回波信号接收端需要设置N个探测器。

7.一种实现权利要求1所述方法的激光雷达系统，其特征在于：包括激光发射模块、激光快速扫描模块、激光回波信号接收模块、激光回波信号处理模块及测量结果统计分析模块；

所述激光发射模块发出的光经激光快速扫描模块调整实现不同角度的扫描；

所述激光回波信号接收模块将接收的回波信号发送至激光回波信号处理模块，激光回波信号处理模块分析并计算每次测量的结果并对结果进行相应的角度标记；

测量结果统计分析模块以角度标记为参考，对刷新周期内的多次测量结果进行分类并统计分析，根据结果出现的概率或编码特征剔除异常值，然后对剩余的可信值求取均值得到该目标点的最终结果。

8.根据权利要求7所述的一种实现权利要求1所述方法的激光雷达系统，其特征在于：所述激光快速扫描模块包括MEMS微扫描镜及其驱动与反馈电路。

9.根据权利要求7或8所述的一种实现权利要求1所述方法的激光雷达系统，其特征在于：所述激光发射模块包括激光器驱动模块，所述激光器驱动模块用于调节激光器驱动电流，能够实现短时间内电流迅速跳跃变化，在短时间内发射一系列不同特征的脉冲信号。

10.根据权利要求7或8所述的一种实现权利要求1所述方法的激光雷达系统，其特征在于：所述激光发射模块包括N个独立激光器及控制模块，所述控制模块控制N个激光器按照设定的激发控制信号相互协调配合地在短时间内发射一系列不同特征的脉冲信号。