CN108519604A - 一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法 - Google Patents

一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法，多个固态面阵激光雷达根据各自的参考伪随机码的编码方式设置不同的伪随机码调制光，而由于伪随机码调制光之间的相关性极低，则在接收回波信号时固态面阵激光雷达只对自己定义的伪随机码调制光敏感，因此即使回波信号包括其他固态面阵激光雷达发射的伪随机码调制光，固态面阵激光雷达也能准确获取与自身伪随机码调制光对应的回波信号，从而准确得到固态面阵激光雷达与障碍物之间的距离，实现多个固态面阵激光雷达共同工作，互不干扰。

Description

一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法
技术领域
本发明属于固态面阵激光雷达领域，尤其涉及一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法。
背景技术
固态面阵激光雷达是指通过飞行时间法进行非接触式测距的设备。固态面阵激光雷达测距原理为，激光发射器发出一束调制激光信号，该调制光经被测物体/障碍物反射后由面阵探测器接收，通过测量发射和接收激光的相位差即可解算出目标的距离。
然而，在多个固态面阵激光雷达工作的应用场景下，采用单一的调制信号，如正弦波调制信号，多个固态面阵激光雷达间会产生信号串扰，导致所有的固态面阵激光雷达都无法正常工作。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法，能够实现多个固态面阵激光雷达共同工作，互不干扰。
一种测距方法，包括以下步骤：
S1：两个以上的固态面阵激光雷达根据各自的参考伪随机码发出伪随机码调制光，其中，所述参考伪随机码为元素0和1组成的序列，元素0表示不出光，元素1表示出光；
S2：各固态面阵激光雷达接收障碍物反射的回波信号后，分别采用四个相位窗信号与所述回波信号进行卷积，获取对应的积分结果Q1、Q2、Q3以及Q4；其中，各固态面阵激光雷达接收的回波信号至少包括自身的伪随机码调制光经障碍物反射的信号；四个相位窗信号为与所述参考伪随机码具有不同相位差的伪随机码对应的信号；
S3：各固态面阵激光雷达根据积分结果Q1～Q4获取自身与障碍物之间的距离d：
其中，Tc为参考伪随机码的元素对应的码片时间长度，c为光速。
可选地，所述参考伪随机码的获取方式为：
通过设定移位寄存器组的位数和结构获取参考伪随机码。
可选地，所述相位差分别为0°、90°、180°以及270°。
有益效果：
本发明提供一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法，多个固态面阵激光雷达根据各自的参考伪随机码的编码方式设置不同的伪随机码调制光，而由于伪随机码调制光之间的相关性极低，则在接收回波信号时固态面阵激光雷达只对自己定义的伪随机码调制光敏感，因此即使回波信号包括其他固态面阵激光雷达发射的伪随机码调制光，固态面阵激光雷达也能准确获取与自身伪随机码调制光对应的回波信号，从而准确得到固态面阵激光雷达与障碍物之间的距离，实现多个固态面阵激光雷达共同工作，互不干扰。
附图说明
图1为本发明提供的一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法的流程图；
图2为本发明提供的移位寄存器组的结构示意图；
图3为本发明提供的移位寄存器组的工作状态图；
图4为本发明提供的相位窗信号示意图；
图5为本发明提供的回波信号与相位窗信号1的卷积结果示意图；
图6为本发明提供的回波信号与相位窗信号2的卷积结果示意图；
图7为本发明提供的回波信号与相位窗信号3的卷积结果示意图；
图8为本发明提供的回波信号与相位窗信号4的卷积结果示意图；
图9为本发明提供的往返时间获取原理示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例一
参见图1，该图为本实施例提供的一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法的流程图。一种基于伪随机码调制解调的固态面阵激光雷达测距方法，包括以下步骤：
S1：两个以上的固态面阵激光雷达根据各自的参考伪随机码发出伪随机码调制光，其中，所述参考伪随机码为元素0和1组成的序列，元素0表示不出光，元素1表示出光。
需要说明的是，伪随机码有如下的特点：1、伪随机码的自相关函数与白噪声类似；2、两个伪随机码几乎不相关；3、与白噪声不同，伪随机码为周期信号。
本实施例中参考伪随机码通过设定移位寄存器组的位数和结构获取。下面详细介绍一种参考伪随机码的获取方式。
参见图2，该图为本实施例移位寄存器组的结构示意图。本实施例的移位寄存器组包括四个寄存器，分别为a0～a3，且各寄存器存在如下关系：a3[n+1]＝a3[n]+a0[n]，a2[n+1]＝a3[n]，a1[n+1]＝a2[n]，a0[n+1]＝a1[n]，其中a3[n+1]为寄存器a3的下一个状态，a3[n]为寄存器a3的当前状态，a0[n]为寄存器a0的当前状态，a2[n+1]为寄存器a2的下一个状态，a1[n+1]为寄存器a1的下一个状态，a2[n]为寄存器a2的当前状态，a0[n+1]为寄存器a0的下一个状态，a1[n]为寄存器a1的当前状态，n为迭代次数，由于本实施例有四个寄存器，则n的取值范围为0～14。四个寄存器的初始状态为a3[0]＝1，a2[0]＝0，a1[0]＝0，a0[0]＝0，sn为伪随机码，初始状态s0＝0。参见图3，该图为本实施例移位寄存器组的工作状态图，则本实施例获取的参考伪随机码为sn＝000111101011001。
需要说明的是，本实施例采用的寄存器组结构遍历了除0000以外的所有状态，不同的初始状态得到的参考伪随机码只存在相位上的差别，即同一个寄存器组结构对应相同的参考伪随机码。
需要说明的是，对于其他位数和结构的寄存器组，只要该寄存器组获取的序列为伪随机码，则同样适用于本发明，其中伪随机码的元素个数m与寄存器组的寄存器个数k满足如下关系：m＝2k-1。
S2：各固态面阵激光雷达接收障碍物反射的回波信号后，分别采用四个相位窗信号与所述回波信号进行卷积，获取对应的积分结果Q1、Q2、Q3以及Q4。其中，各固态面阵激光雷达接收的回波信号至少包括自身伪随机码调制光经障碍物反射的信号，四个相位窗信号为与所述参考伪随机码调制光的相位差为0°、90°、180°以及270°对应的信号。
需要说明的是，各固态面阵激光雷达接收的回波信号除了包括自身的伪随机码调制光经障碍物反射的信号，还可以包括其他固态面阵激光雷达的伪随机码调制光经障碍物反射的信号。
参见图4，该图为本实施例的相位窗信号示意图。由于相位窗信号1与伪随机码调制光的相位差为0°，则相位窗信号1的波形与伪随机码调制光波形相同。如果相位差为90°，则相位窗信号3的波形与伪随机码调制光波形相差0.5个码片，同理可得相位窗信号2和相位窗信号4与伪随机码调制光的波形差异分别为180°和270°，本实施例对此不作赘述。图4中黑色部分表示相位窗信号与回波信号均为高电平的部分。
需要说明的是，除了本实施例采用的相位差，本发明方法同样适用于相位窗信号为其他相位差的情况，本实施例对此不作赘述。
S3：各固态面阵激光雷达根据积分结果Q1～Q4获取自身与障碍物之间的距离d，具体地
d＝tTOF/2×c
其中，tTOF为伪随机码调制光在雷达与障碍物之间的往返时间，Tc为参考伪随机码的元素对应的码片时间长度，c为光速。
参见图5～图8，分别为本实施例回波信号与相关窗信号1～相关窗信号4的卷积结果示意图。其中，各个积分结果数值分析可以表示为Q1＝A-a+b，Q2＝a+b，Q3＝A/2-a+b，Q4＝A/2+a+b，其中A为相位窗信号1和理想回波信号的积分结果，其中理想回波信号为与伪随机码调制光的相位差为0的回波信号，a为相位窗信号1与回波信号卷积积分结果与最大值A的差值，b为环境光信号和回波信号最小相关积分结果。
需要说明的是，由于回波信号与固态面阵激光雷达和障碍物之间的距离有关，则所述距离不同，接收到的回波信号的相位也不同。由于相位窗信号1与伪随机码调制光的相位差为0，则理想情况下，接收到的回波信号与伪随机码调制光的相位差为0时，即接收到理想回波信号，相位窗信号1与理想回波信号的相关性最大，则对应的卷积积分结果即为A。
参见图9，该图为本实施例提供的往返时间获取原理示意图。三角形ABC相似于三角形ADE，则有经过数学推导，可知AB＝|Q3-Q4|/2，AD＝(|Q3-Q4|+|Q1-Q2|)，从而得到其中，A为相位窗信号1和理想回波信号的积分结果，C为相位窗信号1与回波信号积分的结果，B为点C向y轴作垂线的垂点，E对应码片时间长度，D为点E向y轴作垂线的垂点。
本实施例根据参考伪随机码的编码方式设置不同的伪随机码调制光，在接收回波信号时固态面阵激光雷达只对自己定义的伪随机码调制光敏感，因此能够实现多个固态面阵激光雷达共同工作，互不干扰。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (3)

1.一种测距方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：两个以上的固态面阵激光雷达根据各自的参考伪随机码发出伪随机码调制光，其中，所述参考伪随机码为元素0和1组成的序列，元素0表示不出光，元素1表示出光；
S2：各固态面阵激光雷达接收障碍物反射的回波信号后，分别采用四个相位窗信号与所述回波信号进行卷积，获取对应的积分结果Q1、Q2、Q3以及Q4；其中，各固态面阵激光雷达接收的回波信号至少包括自身的伪随机码调制光经障碍物反射的信号；四个相位窗信号为与所述参考伪随机码具有不同相位差的伪随机码对应的信号；
S3：各固态面阵激光雷达根据积分结果Q1～Q4获取自身与障碍物之间的距离d：
其中，Tc为参考伪随机码的元素对应的码片时间长度，c为光速。
2.如权利要求1所述的一种测距方法，其特征在于，所述参考伪随机码的获取方式为：
通过设定移位寄存器组的位数和结构获取参考伪随机码。
3.如权利要求1所述的一种测距方法，其特征在于，所述相位差分别为0°、90°、180°以及270°。
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