CN109313256A

CN109313256A - 自适应激光雷达接收器

Info

Publication number: CN109313256A
Application number: CN201780022589.7A
Authority: CN
Inventors: L·杜珊; A·斯坦哈德特; D·库克
Original assignee: Iyer Ltd By Share Ltd
Current assignee: Iyer Ltd By Share Ltd
Priority date: 2016-02-18
Filing date: 2017-02-17
Publication date: 2019-02-05
Anticipated expiration: 2037-02-17
Also published as: US10782393B2; AU2017221438A1; US20170242106A1; US20170242109A1; KR20180114147A; TW202201915A; AU2017221438C1; EP3417308A4; AU2017221438B2; US20210003679A1; US20170242105A1; EP3417308A1; AU2021225236B2; JP2019505814A; US11175386B2; CA3014903A1; US20220066000A1; CN109313256B; US20170242107A1; JP7086001B2

Abstract

本发明公开了自适应激光雷达接收器和相关联方法的各种实施方案，由此可至少部分地基于所述激光雷达脉冲所瞄准的位置来自适应地控制用于接收激光雷达脉冲返回的光电检测器阵列中的有效像素。额外的实施方案公开了用于由所述接收器使用的改进的成像光学器件以及用于选择将所述光电检测器阵列的哪些像素用于感测入射光的另外的自适应控制技术。

Description

自适应激光雷达接收器

相关专利申请的交叉引用和优先权要求：

本专利申请要求2016年2月18日提交的并且标题为“激光雷达接收器”的美国临时专利申请62/297,112的优先权，所述申请的全部公开内容通过引用并入本申请。

本专利申请还要求以下申请的的优先权：(1)2017年2月10日提交的并且标题为“自适应激光雷达接收方法”的美国专利申请序列号15/430,179；(2)2017年2月10日提交的并且标题为“自适应激光雷达接收器”的美国专利申请序列号15/430,192；(3)2017年2月10日提交的并且标题为“具有前置光学器件的激光雷达接收器”的美国专利申请序列号15/430,200；(4)2017年2月10日提交的并且标题为“具有用于跟踪扫描激光雷达发射器的目标的二向色性光电检测器的激光雷达系统”的美国专利申请序列号15/430,221；以及(5)2017年2月10日提交的并且标题为“使用用于基准光的不同光路径的激光雷达接收器距离测量”的美国专利申请序列号15/430,235，所有申请都要求2016年2月18日提交的并且标题为”激光雷达接收器“的美国临时专利申请62/297,112的优先权，所述申请中的每一个的全部公开内容通过引用并入本申请。

背景技术

据信，本领域对于改进的计算机视觉技术有很大的需求，尤其是在诸如汽车计算机视觉的领域中。然而，这些需求不限于汽车计算机视觉市场，因为对于改进的计算机视觉技术的需求在各种领域中都无处不在，所述领域包括但不限于自主平台视觉(例如，用于空中、陆地(包括地下)、水面(包括水下)和太空的自主运载工具，诸如自主陆基运载工具、自主空中运载工具等)、监视(例如边境安全、空中无人机监视等)、绘图(例如，地下隧道的绘图、经由空中无人机进行的绘图等)、目标识别应用、遥感、安全警报(例如，用于驾驶员)等等。

如本申请所用，术语“激光雷达(ladar)”是指并且包括激光雷达、激光检测和测距，以及光检测和测距(“光雷达(lidar)”)中的任何一种。激光雷达是广泛结合计算机视觉使用的技术。在示例性激光雷达系统中，包括激光源的发射器将诸如激光雷达脉冲的激光输出发射到附近的环境中。随后，激光雷达接收器将从附近环境中的物体接收所述激光输出的反射，并且激光雷达接收器将处理接收的反射以确定距这种物体的距离(距离信息)。基于所述距离信息，可通过希望计算诸如避障情境中的路径规划、路点确定等物项的主机处理器来获得对环境的几何结构的更清楚的理解。然而，用于计算机视觉问题的常规激光雷达解决方案面临高成本、大尺寸、大重量和大功率要求以及大数据带宽使用。这点的最好示例是运载工具自主。这些复杂因素在很大程度上限制了它们对仅需要短视距、窄视场和/或慢回访速率的昂贵应用的有效使用。

发明内容

为了解决这些问题，本申请公开了用于改进的激光雷达接收器和/或改进的激光雷达发射器/接收器系统的许多实施方案。例如，本发明人公开了用于自适应激光雷达接收器和相关联方法的多个实施方案，其中可寻址光电检测器阵列中的像素子集被基于由激光雷达脉冲瞄准的距离点的位置来可控制地选择。此外，本发明人公开了示例性实施方案，其中除了其他特征以外，光电检测器阵列的这种自适应控制被加强以降低噪声(包括激光雷达干扰)、优化动态范围并且减轻散射效应。本发明人示出了可如何与光电检测器阵列组合地利用各种光学器件来加强接收器。通过这些公开内容，可实现测距精度的改进，包括针对一些实施方案的预期的毫米级精度。以下更详细地解释这些和其他示例性实施方案。

附图说明

图1A示出了激光雷达发射器/接收器系统的示例性实施方案。

图1B示出了激光雷达发射器/接收器系统的另一示例性实施方案，其中激光雷达发射器采用扫描镜和距离点向下选择来支持预扫描压缩。

图2示出了激光雷达接收器的示例性实施方案的示例性框图。

图3A示出了用于激光雷达接收器的检测光学器件的示例性实施方案，其中成像检测光学器件采用非成像集光器。

图3B示出了用于激光雷达接收器的检测光学器件的另一示例性实施方案，其中无焦点检测光学器件采用非成像集光器。

图4示出了用于激光雷达接收器的成像检测光学器件的示例性实施方案，其中成像检测光学器件采用成像集光器。

图5A示出了用于成像激光雷达接收器的直接到检测器的实施方案的示例性实施方案。

图5B示出了用于非成像激光雷达接收器的直接到检测器的实施方案的另一示例性实施方案。

图6A示出了用于激光雷达接收器内的读出电路的示例性实施方案，所述激光雷达接收器采用多路复用器来选择将检测器阵列内的哪些传感器传送到信号处理电路。

图6B示出了可结合图6A的示例性实施方案使用的激光雷达接收方法的示例性实施方案。

图7A描绘了关于图6A的读出电路的信号处理电路的示例性实施方案。

图7B描绘了关于图6A的读出电路的信号处理电路的另一示例性实施方案。

图8描绘了用于生成多路复用器控制信号的控制电路的示例性实施方案。

图9描绘了与二向色性光电检测器组合的激光雷达发射器的示例性实施方案。

图10A描绘了示例性实施方案，其中激光雷达接收器采用相关性作为匹配滤波器来估计脉冲传输与脉冲检测之间的延迟。

图10B描绘了图10A的示例性实施方案的性能模型。

图11A描绘了接收器的示例性实施方案，所述接收器采用反馈电路来改进所感测的光信号的SNR。

图11B描绘了与反馈电路设计有关的另一示例性实施方案。

图12描绘了智能控制的自适应激光雷达接收器的示例性处理流程。

图13A描绘了示例性雷达接收器实施方案；

图13B描绘了针对图13A的雷达接收器实施方案的白天使用的信噪比(SNR)对距离的曲线图以及额外的接收器特性。

图14A描绘了另一示例性雷达接收器实施方案；

图14B描绘了针对图14A的雷达接收器实施方案的白天使用的SNR对距离的曲线图以及额外的接收器特性。

图15描绘了运动增强检测器阵列利用的示例。

图16描绘了示出运动增强检测器阵列跟踪性能的曲线图。

具体实施方式

图1A示出了激光雷达发射器/接收器系统100的示例性实施方案。系统100包括激光雷达发射器102和激光雷达接收器104，其各自与系统接口和控件106通信。激光雷达发射器102被配置来向多个距离点110发射多个激光雷达脉冲108(为了便于说明，图1A中示出了单个这种距离点108)。激光雷达接收器104从距离点110接收此激光雷达脉冲的反射112。激光雷达接收器104被配置来接收和处理反射的激光雷达脉冲112以支持对距离点(rangepoint)距离和强度信息的确定。下文描述创新的激光雷达接收器104的示例性实施方案。

在示例性实施方案中，激光雷达发射器102可采用包括扫描镜的激光雷达发射器的形式，并且使用距离点向下选择算法来支持预扫描压缩(本申请可称为“压缩感测”)，如图1B所示。这种实施方案还可包括环境感测系统120，所述环境感测系统向激光雷达发射器提供环境场景数据以支持距离点向下选择。这种激光雷达发射器设计的示例性实施方案可见于2014年8月15日提交的美国专利申请序列号62/038,065以及美国专利申请公开2016/0047895、2016/0047896、2016/0047897、2016/0047898、2016/0047899、2016/0047903和2016/0047900，所述申请中的每一个的全部公开内容通过引用并入本申请。通过使用预扫描压缩，这种激光雷达发射器可通过智能距离点目标选择来更好地管理带宽。

图2示出了激光雷达接收器104的示例性实施方案的示例性框图。激光雷达接收器包括检测光学器件200，所述检测光学器件接收包括反射的激光雷达脉冲112的光。检测光学器件200与光传感器202光学通信，并且光传感器202生成指示感测的反射的激光雷达脉冲112的信号。信号读出电路204读取由传感器202产生的信号，以生成用于关于距离点的数据创建的信号数据(例如，计算距离点距离信息、距离点强度信息等)。应当理解，激光雷达接收器104可包括图2未示出的额外部件。图3A-图5B示出了可与激光雷达接收器104一起使用的检测光学器件200的各种示例性实施方案。光传感器202可包括多个可单独寻址的光传感器的阵列(例如，n元件光电检测器阵列)。作为示例性实施方案，光传感器202可采用硅PIN阵列(例如，InGaAs PIN阵列)的形式。作为另一示例性实施方案，光传感器202可采用硅雪崩光电二极管(APD)阵列(例如，InGaAs APD阵列)的形式。读出电路204可采用多种形式中的任何一种(例如，读出集成电路(ROIC))，并且以下描述用于读出电路的示例性实施方案。

图3A示出了用于激光雷达接收器104的检测光学器件200的示例性实施方案，所述检测光学器件采用非成像集光器302。因此，诸如复合抛物面聚光镜的非成像集光器302不会将图像平面在其入射固定光瞳304处重新成像到光传感器202上，非成像集光器在其出口光阑处与光学传感器结合。在这种示例性实施方案的情况下，包括用于聚焦光的成像系统的透镜300与非成像集光器302光学通信。在图3A的示例中，透镜300被定位和配置成使得透镜聚焦光(图像平面)在集光器302的入射光瞳304处，即使在结合光传感器处没有实际图像也是如此。

图3B示出了检测光学器件200的另一示例性实施方案，所述检测光学器件采用非成像集光器302。在这种示例性实施方案的情况下，无焦透镜组310与非成像集光器302光学通信。集光器302包括入射光瞳304，并且它可在其出口光阑处与光传感器202结合。在图3B的示例中，透镜310被定位和配置成使得无焦透镜组的入射光瞳在集光器302的入射光瞳304处重新成像。本发明人还注意到，如果从业者需要，图3B的实施方案可省略无焦透镜310。

在图3A和图3B的示例性实施方案的情况下，集光器302可采用诸如光纤锥形集光器或复合抛物面聚光镜的形式。示例性光纤锥形集光器可从Schott公司获得，并且示例性复合抛物面聚光镜可从Edmunds Optics公司获得。

图3A和图3B的示例性实施方案为从业者提供了各种益处。例如，这些示例性实施方案允许将相对小的检测器阵列用于光传感器202。作为另一个示例，这些实施方案可为有用的，因为它们为从业者提供了针对检测器尺寸交换检测器接收角以及针对高偏调容差交换SNR的机会。然而，相对于其他实施方案，图3A和图3B的实施方案不产生最佳SNR。

图4示出了检测光学器件200的示例性实施方案，所述检测光学器件采用成像集光器320。因此，成像集光器320将在其入射光瞳304处接收的图像重新成像到光传感器202上。在这种示例性实施方案的情况下，包括用于聚焦光的成像系统的透镜300与成像集光器320光学通信。透镜被定位和配置成使得透镜将光(图像平面)聚焦在集光器302的入射光瞳304处，并且集光器320将所述光成像到结合的光传感器202上。在示例性实施方案中，集光器320可采用相干光纤锥形集光器的形式。示例性相干光纤锥形集光器可从Schott公司获得。

图4的示例性实施方案还为从业者提供了各种益处。例如，正如图3A和图3B的示例，图4的示例性实施方案允许使用用于光传感器202的相对小的检测器阵列。所述实施方案还可用于为从业者提供针对检测器尺寸交换检测器接收角以及针对高偏调容差交换SNR的机会。图4的示例性实施方案相对于图3A/图3B的示例性实施方案的益处在于图4的示例性实施方案通常产生更高的SNR。

图5A示出了用于激光雷达接收器104的“直接到检测器”检测光学器件200的示例性实施方案。在这种示例性实施方案的情况下，包括用于聚焦光的成像系统的透镜300与光传感器202光学通信。透镜300被定位和配置成使得透镜将光(图像平面)直接聚焦到光传感器202上。因此，与图3A和图4的实施方案不同，在透镜300与光传感器202之间没有集光器。

图5B示出了用于激光雷达接收器104的“直接到检测器”检测光学器件200的另一示例性实施方案。在这种示例性实施方案的情况下，无焦透镜310与光传感器202光学通信。透镜310被定位和配置成使得透镜光瞳直接重新成像到光传感器202上。本发明人还注意到，如果从业者需要，图5B的实施方案可省略无焦透镜310。

图5A和图5B的示例性实施方案预期需要用于光传感器202的更大的检测器阵列(相对于其他实施方案，针对给定的系统视场(FOV))，但是它们也预期展现非常好的SNR。如在图5A与图5B的实施方案之间，图5A的实施方案通常将展现比图5B的实施方案更好的SNR，但是预期图5B的实施方案通常将更容忍未对准(这意味着图5B的实施方案将更易于制造)。

还应当理解，检测光学器件200可被设计成如果从业者需要，就提供相对于光传感器202的图像平面的部分成像。虽然这将导致稍微“模糊”的图像，但是这种模糊性可适用于涉及低填充因数检测器阵列的许多应用和/或状况。

图6A示出了用于激光雷达接收器内的读出电路204的示例性实施方案，所述激光雷达接收器采用多路复用器604来选择将检测器阵列600内的哪些传感器602传送到信号处理电路606。在所述示例性实施方案中，光传感器202采用包括多个可单独寻址的光传感器602的检测器阵列600的形式。每个光传感器602可被表征为阵列600的像素，并且每个光传感器602将响应于入射光而生成其自己的传感器信号610。因此，阵列600可包括具有检测区域的光电检测器，所述检测区域包括多个光电检测器像素。图6A的实施方案采用多路复用器604，所述多路复用器允许读出电路204隔离在给定时间传送到信号处理电路606的传入传感器信号610。在这样做时，图6A的实施方案相对于诸如由USPN 8,081,301公开的那些激光雷达接收器设计提供了更好的接收SNR，尤其是针对环境无源光，其中未公开用于选择性地隔离传感器读出的能力。因此，信号处理电路606可一次对单个传入传感器信号610(或者传入传感器信号610的一些子集)进行操作。

多路复用器604可为任何多路复用器芯片或电路，所述芯片或电路提供了足够高的切换速率以满足检测反射的激光雷达脉冲的需要。在示例性实施方案中，多路复用器604多路传输由检测器阵列600的传感器602生成的光电流信号。然而，应当理解，可采用其他实施方案，其中多路复用器604多路传输由检测器阵列600的传感器602生成的合成电压信号。此外，在其中包括图6A的读出电路204的激光雷达接收器与采用预扫描压缩感测的扫描激光雷达发射器配对的示例性实施方案(诸如采用在以上参考和并入的专利申请中描述的距离点向下选择的示例性实施方案)中，由激光雷达发射器提供的距离点的选择性瞄准与由多路复用器604提供的选择性读出良好地配对，使得接收器可将检测器读出与感兴趣的像素隔离，以试图要改进SNR。

控制电路608可被配置来生成控制信号612，所述控制信号控制哪些传入传感器信号610被传送到信号处理电路606。在其中包括图6A的读出电路204的激光雷达接收器与根据扫描模式采用预扫描压缩感测的扫描激光雷达发射器配对的示例性实施方案中，控制信号612可引起多路复用器以遵循发射器的发射列表的模式选择性地连接到单个光传感器602(可由这种发射器采用的发射列表的示例在以上参考和并入的专利申请中描述)。控制信号612可以遵循经由发射列表的距离点的瞄准的模式来选择阵列600内的传感器602。因此，如果发射器用激光雷达脉冲瞄准像素x、y，则多路复用器604可生成控制信号612，所述控制信号引起从检测器阵列600读出像素x、y。图8示出了控制电路608的示例性实施方案。控制电路608接收发射列表800作为输入。所述发射列表是帧内像素的排序列表，所述像素将由激光雷达发射器作为距离点瞄准。在802处，控制电路在发射列表上选择第一距离点/目标像素。在804处，控制电路将选定的距离点映射到检测器阵列600的传感器/像素(或复合像素/超像素)。在806处，控制电路随后生成控制信号612，所述控制信号有效地引起多路复用器读出检测器阵列600的映射的传感器/像素(或复合像素/超像素)。在808处，控制电路前进到发射列表上的下一个距离点/目标像素，并且返回操作802。如果需要，控制电路608可包括定时门，以考虑关于瞄准每个像素的激光雷达脉冲的往返时间。

应当理解，控制信号612可有效地一次选择单个传感器602，或者其可有效地一次选择多个传感器602，在这种情况下，多路复用器604将选择传入传感器信号的子集610，以便由信号处理电路606进行进一步处理。这种多个传感器可称为复合像素(或超像素)。例如，阵列600可被划分为复合像素的JxK网格，其中每个复合像素由X个独立传感器602组成。加法器电路可定位在检测器阵列600与多路复用器604之间，其中每个加法器电路对应于单个复合像素，并且被配置来对来自构成所述对应复合像素的像素的读出(传感器信号610)进行求和。

还应当理解，如果需要，从业者可选择在检测器阵列600与多路复用器604之间包括一些预放大电路。

图6B描绘了对应于图6A的示例性实施方案的示例性激光雷达接收方法。在步骤620处，向目标距离点发射激光雷达脉冲。如上所述，激光雷达发射器可了解所述目标距离点在视场的扫描区域中的位置。如下所述，所述位置可从激光雷达发射器传送到激光雷达接收器或者由激光雷达接收器本身确定。

在步骤622处，基于目标距离点的位置来选择检测器阵列600中的像素子集。如结合图8所示，可在检测器阵列600的像素与扫描区域中的位置之间建立映射关系，使得如果瞄准扫描区域中的像素x1、y1，则可将其转换为检测器阵列600中的像素j1、k1。应当理解，子集可仅包括检测器阵列600的单个像素，但是在许多情况下，子集将包括多个像素(例如，目标距离点映射到的特定像素加上围绕所述特定像素的一定数量的像素)。可预期此类周围像素也从距离点激光雷达脉冲反射接收能量，尽管所述能量预期低于所述特定像素。

在步骤624处，检测器阵列600中的选定的像素子集感测入射光，所述入射光预期包括在步骤620处发射的激光雷达脉冲的反射/返回。包括在选定的子集中的每个像素因此将产生作为入射感测光的函数的信号(步骤626)。如果多个像素包括在选定的子集中，则可将这些产生的像素特定信号组合成聚合信号，所述聚合信号是选定的子集的所有像素上的入射感测光的函数。应当理解，未包括在选定的子集中的检测器像素也可产生指示由此类像素感测的光的输出信号，但是所述系统在步骤626-630处将不使用这些信号。此外，应当理解，所述系统可被配置来在步骤624和626处读出之前将选定的子集中的像素“归零”，这消除了可能已经存在于此类像素上的任何杂散/预先存在的光的影响。

在步骤628处，处理在步骤626处生成的光电检测器信号。作为示例，光电检测器信号可被放大和数字化，以使得能够进一步进行处理操作，所述处理操作适于基于反射的激光雷达脉冲来解析距离和强度信息。以下进一步讨论这种处理操作的示例。

在步骤630处，基于在步骤628处的光电检测器信号的处理来计算目标距离点的距离信息。所述距离计算可依赖于许多技术中的任何一种技术。另外，计算的距离信息可为指示激光雷达系统100与目标距离点110之间的距离的任何数据。例如，计算的距离信息可为对于从发射器102到目标距离点110的激光雷达脉冲108的传送时间以及对于从目标距离点110返回到接收器104的反射的激光雷达脉冲112的传送时间的估计值。这种传送时间信息指示激光雷达系统100与目标距离点110之间的距离。例如，距离计算可依赖于在发射激光雷达脉冲时与在步骤628处在处理的信号中检测到反射的激光雷达脉冲时之间的时间延迟的测量。以下讨论用于支持这种距离计算的技术的示例。

应当理解，图6B的处理流程描述了自适应激光雷达接收方法，其中检测器阵列600的有效感测区域将基于由激光雷达发射器瞄准激光雷达脉冲的位置而改变。在这样做时，据信将实现噪声的显著降低和距离分辨率的改进。此外，如以下更详细地解释的，可基于从感测的光导出的信息来自适应地选择检测器像素的子集以进一步改进性能。

返回图6A，信号处理电路606可被配置来放大由多路复用器604传送的选定的传感器信号，并且将放大的信号转换成指示激光雷达距离点的距离信息和/或强度的处理信号数据。图7A和图7B示出了信号处理电路606的示例性实施方案。

在图7A的示例中，信号处理电路606包括放大器700，所述放大器放大选定的传感器信号；模数转换器(ADC)702，所述模数转换器将放大的信号转换为多个数字样本；以及现场可编程门阵列(FPGA)，所述现场可编程门阵列被配置来对数字样本执行多个处理操作以生成经处理的信号数据。

放大器700可采用低噪声放大器的形式，诸如低噪声RF放大器或低噪声运算放大器。ADC 702可采用N沟道ADC的形式。

FPGA 704包括硬件逻辑，所述硬件逻辑被配置来处理数字样本并且最终基于反射的激光雷达脉冲返回关于关于距离点的距离和/或强度的信息。在示例性实施方案中，FPGA704可被配置来对由ADC 702产生的数字样本进行峰值检测。在示例性实施方案中，这种峰值检测可有效地计算+/-10cm内的距离信息。FPGA 704还可被配置来对数字样本进行插值，其中样本曲线拟合到多项式以支持插值，所述插值更精确地识别检测到的峰值在曲线上拟合的位置。在示例性实施方案中，这种插值可有效地计算+/-5mm内的距离信息。

当采用诸如图7A所示的信号处理电路的接收器与采用如以上参考和并入的专利申请中描述压缩感测的激光雷达发射器配对时，接收器将有更多时间来对检测的脉冲进行信号处理，因为激光雷达发射器与常规发射器相比将在空气中放入每帧更少的激光雷达脉冲，这减少了置于信号处理电路上的处理负担。此外，为了进一步提高处理性能，FPGA 704可被设计来利用FPGA的并行硬件逻辑资源，使得检测信号的不同部分同时由FPGA的不同硬件逻辑资源来处理，从而进一步减少计算每个距离点的精确距离和/或强度信息所需的时间。

此外，图7A的信号处理电路能够使用由于FPGA可对信号数据施加的信号处理而展现低SNR的传入信号，以便最大化检测。

在图7B的示例中，信号处理电路606包括放大器700，所述放大器放大选定的传感器信号；以及时间数字转换器(TDC)710，所述时间数字转换器将放大信号转换成表示感测的光的多个数字样本(包括反射的激光雷达脉冲)。TDC可使用峰值和保持电路来检测何时到达所检测的信号中的峰值，并且还结合峰值和保持电路使用斜坡电路作为定时器。TDC710的输出可随后为表示峰值之间的定时的一系列比特，其可用于定义距离点的距离信息。

图7B的信号处理电路通常要求传入信号展现比图7A的实施方案更高的SNR，但是图7B的信号处理电路能够在所述范围(例如，皮秒分辨率)上提供高分辨率，并且受益于与图7A的实施方案相比实现起来更便宜。

图9公开了示例性实施方案，其中激光雷达发射器102和光电检测器900用于向激光雷达接收器104提供关于(经由其扫描镜)来瞄准激光雷达发射器的位置的跟踪信息。在所述示例中，光电检测器900光学地定位在扫描镜的下游(例如，在激光雷达发射器102的输出端处)，其中所述光电检测器900操作为：(1)用于入射光的有效透明窗，所述入射光展现在包括将由激光雷达脉冲108表示出的频率的范围内的频率(其中所述频率范围可称为透明频率范围)；以及(2)用于入射光的光电检测器，所述入射光展现不在透明频率范围内的频率。因此，可选择光电检测器的掺杂/本征层和衬底，使得激光雷达脉冲108落在透明频率范围内，而处于另一频率的光被吸收和检测。光电检测器的展现透射性对基于入射光频率的吸收/检测的这种双重特性的区域可容纳在光学透明/透射壳体中。支持光电检测操作的光电检测器900的电子电路可容纳在光电检测器900的另一个区域中，所述区域不需要是透明/透射的。这种光电检测器900可称为二向色性光电检测器。

图9的激光雷达发射器102配备有第二光源(例如，第二孔瞄准光源)，所述第二光源以一定频率输出光902，所述光将由光电检测器900吸收并转换成光电检测器输出信号904(例如，光电流q)。光902可为激光、LED光或者适用于由光电检测器900的精确局部检测的任何其他光。激光脉冲发射器102可将光902与激光雷达脉冲108对准，使得扫描镜将以与激光雷达脉冲108相同的方式引导光902。光电检测器的输出信号904将指示光902撞击光电检测器900的x、y位置。由于光902与激光雷达脉冲108的对准，这意味着信号904也将指示激光雷达脉冲108撞击(并穿过)光电检测器900的位置。因此，信号904用作跟踪信号，所述跟踪信号跟踪在发射器的镜扫描时瞄准激光雷达发射器的位置。在了解发射器102何时发射每个激光雷达脉冲的情况下，跟踪信号904因此可用于确定当激光雷达脉冲108朝向距离点110发射时瞄准激光雷达发射器的位置。我们在以下讨论如何可实现关于这种发射的定时知识。跟踪信号904可随后由激光雷达接收器104中的控制电路或系统内的其他智能装置来处理，以在发射激光雷达脉冲108时跟踪瞄准激光雷达发射器102的位置。通过精确地了解瞄准发射器的位置，所述系统能够获得由接收器收集的数据的改进的位置定位。本发明人预期，针对大约10mrad的波束发散度，所述系统可实现1mrad或更好的波束指向精度。这允许后续处理以获得关于大大超过原始光学衍射极限的距离点返回的位置信息。

我们现在将讨论激光的发射时间和接收时间。图10A公开了示例性实施方案，其中在激光雷达发射器102与激光雷达接收器104之间提供了与由激光雷达脉冲108从发射器102朝向距离点并且经由激光雷达脉冲反射112返回接收器104获得的路径不同的光路径，参考光1000通过所述光路径从发射器102传送到接收器104，以便提高距离精度。此外，所述不同的光路径足以确保光电检测器600接收参考光1000的原始副本。

所述不同的光路径可为从发射器102到接收器的光电检测器600的直接光路径。利用这种直接光路径，可避免与用于将参考光1000路由到接收器的光电检测器600的镜或光纤相关联的额外成本。例如，在发射器和接收器处于并排空间布置的布置中，接收器104可包括将光从发射器102传送到光电检测器600的针孔等。实际上，由于激光发射功率比接收的激光返回信号强得多，因此可容易地确保这种直接光路径。例如，在1km处，在1cm的接收光瞳和10％的反射率的情况下，由接收器感测的反射光将比在发射器输出端处的光小超过10亿倍。因此，在104处的激光雷达接收器壳体(其中壳体被定位在镜904的输出端的下游)中的小的um规模的针孔将足以建立这种直接链接。在另一个实施方案中，光纤馈送可从主光纤激光源分离并提供用于将未失真的参考光1000引导到光电检测器上的直接光路径。

当激光雷达脉冲108发射到环境中时在精确时间和精确位置处产生的参考光1000可为与激光雷达脉冲108相同的脉冲，以促进用于距离确定的时间延迟测量。换句话说，参考光1000包括具有与发射到场中的那些脉冲相同形状的光子。然而，与来自场的激光雷达脉冲反射不同，参考光脉冲是干净的，没有噪声且没有扩散。

因此，如图10A中的激光雷达接收器104的示例性展开图中所示，光电检测器600经由不同的光路径接收参考脉冲1000，并且随后稍后接收反射的激光雷达脉冲112。由光电检测器600感测的信号可随后由ADC 1002数字化并分成两个信道。在第一信道中，延迟电路/运算器1004延迟数字化信号1006以产生延迟信号1008。随后经由相关操作1010将延迟信号1008与数字化信号1006进行比较。所述相关运算可为在等于或超过(已知)脉冲长度的时间间隔内求和的每个项1006、1008的乘法。当信号1006经由相关操作1010有效地滑过信号1008时，相关输出1012将在两个信号彼此对准时达到最大值。所述对准将指示参考脉冲1000与反射脉冲112之间的延迟，并且所述延迟可用于高分辨率距离确定。例如，假设参考光信号1000比反射的激光雷达脉冲112抢先到达3个数字样本。假设这两个信号是相同的(在反射中没有脉冲展宽)，并且在比例因子{1,2,1}内相等，即发射脉冲持续三个样本。随后，对于1004中的零延迟，将脉冲长度求和两次，输出为{1,2,1,0,0,0}乘以{0,0,0,1,2,1}。接下来假设我们在1004中延迟1个样本。则输出为求和[{0,1,2,1,0,0}乘以{0,0,0,1,2,1}]＝1。如果我们再次将延迟增加1个样本，则会得到4作为相关输出1012。对于下一个样本延迟增量，我们得到相关输出6。随后，对于下一个样本延迟增量，我们得到相关输出4。对于接下来的两个样本延迟增量，我们分别得到1和随后零的相关输出。第三样本延迟产生最大的相关输出，从而正确地找到参考光与反射的激光雷达脉冲之间的延迟。此外，假定对于1km的距离，发射器可预期能够每秒发射150,000个脉冲，预期将有足够的定时空间来确保在没有光从激光雷达脉冲反射112返回的情况下接收器获得参考光1000的原始副本。图10A所示的延迟和相关电路也可称为匹配滤波器。匹配滤波器可在FPGA或构成信号处理电路606的一部分的其他处理器中实现。

尽管图10A的示例示出了接收器中的单个光电检测器600和ADC 1002，但是应当理解，可使用单独的光电检测器来检测返回脉冲112和参考脉冲1000。另外，可使用单独的ADC来数字化来自这些光电检测器的输出。然而，据信使用由返回脉冲112和参考脉冲114共用的单个光电检测器和ADC将在不损失性能的情况下在实现中获得成本节省。另外，也可使用脉冲1000作为参考来执行采样返回脉冲112的插值。在使用上述过程进行峰值发现之后，系统可首先对参考光信号进行插值。这可使用任何期望的插值方案来完成这一点，诸如三次样条、sinc函数插值、零填充和FFT等。系统随后在峰值周围对接收信号进行插值并且重复上述过程。新峰值现在是内插值。返回我们先前的示例，假设我们对参考光脉冲进行插值以获得{1,1.5,2,1.5,1,0,0,0,0,0,0}，并且我们同样对接收脉冲进行插值以获得{0,0,0,1,1,5,2,1,5,1}。随后系统滑动、相乘和求和。这样做的优点在于与参考光的相关性消除了来自激光雷达返回的噪声，而不仅仅是简单地“信任”激光雷达返回插值。

使得参考脉冲1000在形状方面与激光雷达脉冲108相同有助于提高距离检测的准确度，因为这种布置能够考虑到因发射的变化而产生的脉冲108的变化。具体地，从形状改进了距离，并且使用脉冲能量校准(这是简单地测量在传输能量的技术)通过强度来改进反射率测量。在图10B所示的建模结果中显示距离情况。图10B的竖直轴线是距离精度，被测量为±xcm，即，以cm测量的x标准偏差，并且图10B的水平轴线是SNR。所述模型应用于1ns半高宽值最大高斯(Gaussian)脉冲。图10B中绘制的底线是理想情况。附近的实线121是具有1皮秒的定时抖动的ADC的曲线图，所述定时抖动是对于2GHz ADC可容易商购获得的抖动电平。通过比较以下121所示的两条曲线的性能，从图10B可看出，抖动不是实现亚厘米分辨率的限制因素。具体地，较低的曲线(无抖动)和较高的曲线(抖动)在非常高(并且通常无法实现)的SNR[～1000]下仅相差一毫米。然而，脉冲变化是重要的限制。这通过120看出，这是在5％的脉冲到脉冲形状变化的情况下的可用性能，这是商用纳秒脉冲激光雷达系统中的一般限制。120与121之间的差异在于通过所公开的图10A的用于峰值发现和作为SNR的函数的插值的技术的示例性实施方案实现的改进。

我们通过指出所述过程的计算复杂性完全在现有FPGA器件的范围内来总结对测距精度的讨论。在一个实施方案中，可在由从反射的光雷达脉冲到达的数据越过先前阈值之后实现关联和插值。这大大降低了复杂性，而且没有性能成本。回顾上文，关联和插值的目的是改进测距而不是检测本身，因此延迟这些操作并且仅在检测距离返回值的邻域周围应用它们会在不损害性能的情况下简化计算。通常，只有3个样本取自参考光脉冲，因为参考光脉冲太短。使用立方模型对这20倍进行插值仅需要大约200次操作，并且每次发射完成一次，标称为100,000次发射。总负载预匹配滤波器和对激光雷达接收脉冲的插值随后为20每秒百万次浮点运算。如果我们选择最大的、第一和最后脉冲来进行处理，则与现代商用设备中可获得的浮点运算相比，这上升到小于100每秒百万次浮点运算。

此外，图11A公开了接收器设计的示例性实施方案，所述接收器采用反馈电路1100来改进由有源传感器/像素602感测的信号的SNR。反馈电路1100可被配置为匹配网络、与接收的激光雷达脉冲返回112共振(其中在示例性实施方案中，激光雷达脉冲108和返回脉冲112可展现高斯脉冲形状)，从而增强信号并且延迟噪声。光电检测器性能是基音(每个元件的面积)和带宽的函数。被动成像器缺乏事件时间信号结构的先验知识，并且因此无法调节性能。然而，在激光雷达发射器采用压缩感测的示例性实施方案中，发射的激光雷达脉冲108是已知的，因为它是在指定距离条带内的到达时间。所述知识可有利于匹配网络反馈回路，所述回路过滤检测器电流、增加信号强度并且过滤接收器噪声。可经由来自控制电路的控制信号1102来控制由反馈电路提供的反馈增益。此外，应当理解，控制电路608还可与信号处理电路606通信，以便获得关于接收器的操作状态的更多信息。

反馈电路1100的匹配网络可嵌入到检测器600的In-GaAs衬底中，以最小化RF耦合噪声和交叉信道阻抗噪声。将匹配网络添加到检测器芯片上的成本很低。此外，这种匹配允许我们能够获得比通常可用的更好的暗电流、环境光和约翰逊噪声抑制。这进一步降低了所需的激光功率，当与激光雷达脉冲108的1.5um波长相结合时，产生人眼非常安全的解决方案。匹配网络可包括具有多个极点、放大器和级的更复杂的匹配网络。然而，单极已提供显著的益处。需注意，由于所述内核的卷积和乘积不变性，信号处理电路606的输入可为高斯的，而不管多路复用器的复杂性、反馈或像素的大小可变性。

图11B示出了关于可如何设计反馈电路1100的扩展的示例。匹配网络涉及一个或多个放大器1102，在受控反馈回路1104中，具有由控制电路608提供的增益控制器。匹配网络可存在于mux 604的所有输入线上，并且图11B在虚线框1120内仅示出单个这种网络，以便于说明。通常选择反馈增益以使用微分方程输出最大SNR来对反馈电路的输入/输出关系进行建模。实际上，控制回路可被设计来监视mux输出并调整放大器1102以考虑由于老化、热效应和环境光的可能波动而引起的漂移。虽然本申请还公开了采用两个或更多个数字信道来构建滤波器(例如，维纳滤波器或最小均方滤波器)以抑制来自强散射体、其他激光雷达脉冲或甚至带内太阳光、前灯或其他污染物的干扰的实施方案。另外，可在每次发射时重置反馈电路，以避免从发射到发射的输出中的污染的任何饱和。

如果高斯脉冲形状用于激光雷达脉冲108，则可极大地简化反馈控制，在这种情况下，通过使用1122中的符号，所有时空信号保持正常分布。因此，在示例性实施方案中，激光雷达脉冲108及其返回脉冲112可呈现高斯脉冲形状。在这种示例性实施方案中(其中激光雷达脉冲108是高斯的)，脉冲的傅立叶表示也是高斯的，并且控制电路608的增益选择是易处理的，从而确保快速和精确的自适应。

图11B所示的设计的另一个创新方面在于将六角形像素用于光电检测器阵列600内的多个传感器602。阴影区域1130指示被选择来在给定时间传送到信号处理电路606的选定的像素子集。通过自适应地选择多路复用器604选择哪些像素602，接收器可通过添加或减去像素/传感器602来增大或缩小阴影区域1130的大小。像素/传感器602的六边形形状为容错性提供了有利的形状，因为每个六边形具有6个相邻物。此外，如果从业者需要，光电检测器阵列600的像素/传感器602可展现不同的尺寸和/或形状。例如，一些像素/传感器的尺寸可更小(例如，参见1132)，而其他像素/传感器的尺寸可更大(参见1134)。此外，一些像素/传感器可为六边形的，而其他像素/传感器可展现不同的形状。

图12描绘了用于实现自适应控制技术的示例性处理流程，所述自适应控制技术用于控制接收器如何适配光电检测器阵列600的有效区域。在步骤1200处，定义适于包括在子集1130中的像素列表。所述列表可为任何数据结构1202，所述数据结构包括指示哪些像素602适于被选择用于包括在子集1130中的数据。这种数据结构可保存在存储器中，所述存储器可由实现图12的处理流程的处理器来访问。虽然图12的示例示出了标识合格像素602的列表1202，但是应当理解，数据结构1202还可用作标识不适于包括在子集1130中的像素的有效黑名单。

在步骤1204处，可包括处理逻辑(例如，FPGA)和/或其他处理器的电路(例如，信号处理电路606和/或控制电路608)用来从由阵列600感测(可由阵列中有效的像素602的子集感测)或者来自环境场景(例如，通过处理摄像机/视频图像)的光导出信息。所述导出信息可包括诸如是否存在任何饱和状况、是否有任何像素出故障、视场中是否存在任何高噪声区域等信息。以下讨论可用于自适应控制的导出信息的示例。此外，应当理解，过饱和状况可归因于特定像素(例如，由强烈入射光遮挡的像素)和/或可归因于由包括在子集1130中的像素的像素读数的组合产生的聚合信号(其中像素输出的聚合使处理电路的线性操作范围过饱和)。

在步骤1206处，基于在步骤1204处导出的信息来调整合格像素的列表1202。例如，如果作为步骤1204的结果发现给定像素出故障，则可在步骤1206处从列表1202中移除所述像素。类似地，可在步骤1206处从列表1202移除任何过饱和像素和/或可从列表1202移除对应于视场的过度噪声区域(例如，噪声超过阈值的区域)的任何像素。

接下来，在步骤1208处，系统基于目标距离点从合格像素的列表1202中选择像素。这可如结合图8的步骤804所描述地来执行，但是其中列表1202定义了适于根据扫描区域/视场中的目标距离点的位置来选择的像素池。因此，如果目标距离点被映射到阵列中的像素1140并且子集1130通常将包括与像素1140相邻的所有像素，则图12的自适应控制技术可操作来定义子集1130，使得如果在步骤1206处(例如，由于检测的故障等)从列表1202移除左上角相邻像素，则像素1140的左上角相邻像素不包括在子集1130中。此外，应当理解，步骤1208还可操作来使用在步骤1204处导出的信息来影响子集中包括哪些合格像素。例如，可将额外像素添加到子集1130以基于导出的信息来增加有源传感器区域的大小。类似地，可能通过基于导出的信息在子集1130中使用更少的像素来缩小有源传感器区域的大小。因此，还应当理解，由选定的子集1130定义的有效区域的大小可基于在步骤1204处导出的信息因发射的不同而波动。

在步骤1210处，在步骤1208处选择的像素被包括在子集1130中，并且随后控制MUX来读取/组合来自包括在选定的子集1130中的像素的输出(步骤1212)。此后，处理流程返回到步骤1204以便进行下一个激光雷达脉冲发射。因此，可看出，图12的处理流程定义了用于智能地和自适应地控制阵列600中的哪些像素被用于感测激光雷达脉冲返回的技术。

此外，应当理解，图12的处理流程也可用于影响发射器操作。例如，可将合格像素的列表(或不合格像素列表)提供给激光雷达发射器以供激光雷达发射器使用，以调整其发射列表上的发射的定时/顺序(例如，从而避免在接收时可能将受到噪声干扰的发射)。此外，作为示例，如果在步骤1204处导出的信息指示由MUX 604产生的聚合信号过饱和，则激光雷达发射器可降低由激光雷达脉冲108使用的功率，以减小接收侧上的过饱和的可能性。因此，当这种过饱和毁损接收器时，激光雷达发射器可通过降低激光雷达脉冲108的功率并重新发射降低功率的脉冲来重复毁损的发射。

本申请还公开了可由激光雷达系统采用的控制技术的具体示例。虽然每种控制技术将单独讨论并且应当被理解为能够单独实现，但是还应当理解，可将这些控制技术中的多种技术聚合在一起以进一步改进自适应接收器的性能。因此，应当理解，在许多情况下，这些控制技术的聚合组合将是协同和增强的。在其他情况下，可能存在权衡，这将由从业者基于接收器的期望操作特性来解决。

自适应容错掩码：

在常规的成像阵列的情况下，死像素通常导致不可恢复的损失。然而，利用本申请描述的自适应控制特征，出故障的像素602产生最小的影响。例如，假设我们具有500个像素602的阵列600。随后假设我们具有将远场场景映射到7像素超级/复合像素1130(指定像素1140及其相邻像素)的透镜。丢失一个像素会导致净光子能量损失1/7。如果检测器阵列受到噪声限制，则我们的能量损失仅为7％，而针对完整成像阵列则损失为100％。用于容错自适应掩码的示例性控制流程如下所示地应用于其中激光雷达发射器采用压缩感测的实施方案。应当理解，控制电路608可使用掩码来定义哪些像素602包括在有源传感器的选定的子集中以及哪些不包括在内。例如，掩码可为数据信号，其中每个比特位置对应于阵列600中的不同像素。对于具有值“1”的比特位置，对应的像素602将包括在选定的子集中，而对于具有值“0”的比特位置，对应的像素602将不包括在选定的子集中。

无法检测光的像素602(即，“死”像素或“暗”像素)不应包括在选定的子集中，因为这种死像素将增加噪声但是没有信号添加到对应于由选定的子集定义的复合像素的聚合感测信号。此外，应当理解，出故障的像素不仅限于死像素。无论是否接收到入射光(例如，“滞留”像素或“白色”像素)，也应当从选定的子集中省略产生输出信号的像素602。实际上，白色像素可能甚至比暗像素更差，因为由白色像素产生的滞留电荷可能导致恒定的亮度读数，这增加了复合像素中所有返回的眩光。以下描述用于生成自适应容错掩码的示例性控制处理流程，所述自适应容错掩码可基于哪些像素602被检测为出故障来调整哪些像素602包括在选定的子集中：

1：选择背景像素状态探测发射计划重复率T

(例如，标称地每小时一次)。

2：分解：在过去的前一时间块T中标识S，尚未选择用于照明的像素集。分解成S1、S2，前者是可寻址的(场景中的强力返回)，而后者被定义为不可寻址的(例如：高于地平线)。需注意，S1、S2是随时间变化的。

3：发射列表：将S1、S2输入发射列表中。

4：构造掩码来取消选择从1-3的返回值的分析中识别的有缺陷的图块(无返回值或异常增益)。超像素尺寸可基于透镜和图块间距来设置，但是标称地可为7。

5：递归1-4。

6：平均值：在以上，根据需要，在像素探针上应用运行平均值，并且包括自适应计量。

以这种方式的容错可为提高安全性的有用步骤，因为没有缓解单个缺陷会使整个视场不起作用。

自适应掩码控制动态范围：

在给定时间激活像素子集的自适应控制也可用于调整系统的动态范围。基于范围知识，由复合像素产生的信号将具有可预测的强度。可构造掩码，所述掩码通过调整由包括在选定的子集中的像素602定义的复合像素的尺寸来减小(或增加)ADC预滤波器和/或ADC本身处的返回值的动态范围。例如，如果典型的复合像素是7个像素(参见图11B中的1130)，则调整所述子集使得其从7个像素下降到单个像素会将能量减少7倍(或者大约3个比特)。光电检测器测量光的能量，而不是光的幅值。因此，ADC的动态范围是用于常规通信和测量幅值的雷达电路的范围的平方。因此，适当控制动态范围是激光系统的技术挑战。例如，对于固定的反射率和激光功率，被调谐来操作超过10-500m的激光雷达系统将经历信号返回值动态范围变化2500。如果附近的物体使接收器饱和，则将丢失更远的目标。因此，示例性实施方案可包括对瞬时视场中的先前发射的距离返回值的分析，以评估从mux电路中的选定的子集中切除任何像素的需要。因此，如下所述，可能需要使MUX终止来自区域1130的一个或多个像素的传感器信号。以下描述用于生成用于控制返回信号的动态范围的自适应掩码的示例性控制处理流程：

1.从通过选择性或压缩感测获得的感兴趣的脉冲返回值检查距离返回值。

2.标识任何饱和伪像，如由MSB(最高有效位)处的ADC报告所证实用于多个距离样本。

3.将饱和范围样本映射到精确的原点方位角和高度。这可能涉及探索相邻单元以从背景确定原点，特别是在更远的距离处，因为波束发散更明显。

4.通过阻挡在3中标识的原点中呈现较大增益的像素，修改掩码以降低饱和度。

5.进一步通过根据需要仅选择较小面积的像素来修改掩码。

自适应掩码去除干扰激光雷达脉冲碰撞：

由接收器感测的光中的另一潜在噪声源是来自干扰激光雷达脉冲的碰撞。例如，在移动汽车上采用激光雷达系统的应用中，入射在光电检测器阵列600上的传入光不仅可包括来自携带主体激光雷达系统的运载工具的激光雷达脉冲返回112，而且还可包括来自由不同运载工具携带的不同的激光雷达系统的激光雷达脉冲或激光雷达脉冲返回(干扰的“车外”脉冲)。通过切除与来自其他激光雷达系统的强干扰脉冲相关联的像素，可通过创建选定的像素602的子掩码来实现这种干扰脉冲的自适应隔离。上述和结合的专利申请描述了如何可采用脉冲编码来促进关于哪些激光雷达脉冲是“自己的”脉冲以及哪些是“外”脉冲(例如，“车外”脉冲)的分辨率。例如，考虑使用这种编码来检测像素1134包含来自干扰激光雷达脉冲的能量。我们随后将(例如，使用集群1130)扫描整个阵列的像素以查看哪些像素正在接收干扰。在一个实施方案中，这将涉及使用编码去除“自己的”光雷达脉冲、在减除之后测量产生的信号并且与预定阈值进行比较。在另一个实施方案中，系统将简单地分析MUX输出、减掉“自己的”脉冲编码信号并且将余数与阈值进行比较。所述实施方案将取决于遇到的干扰的严重性和可用的处理器资源。在这种检测时，控制电路608可从合格的像素列表中移除所述像素1134以便包括在选定的子集中，同时由所述像素1132注册干扰脉冲。

所述系统还可在夜间操作期间基于来自无源视频的前灯光源定位来移除像素(这里的操作保守的假设是每个具有前灯的运载工具都具有激光发射器)。此外，由于脉冲碰撞检测可用于揭示车外脉冲，所述信息可用于将任何选定的车外激光源作为所需信号来进行处理，减掉其余部分(包括自己车的激光雷达脉冲)并且扫描整个阵列的像素以找到这种干扰最大的位置。在这样做时，我们将标识每个干扰激光雷达源的来源，随后可将所述来源随后移除。

用于强散射体移除的自适应掩码：

由接收器感测的光中的另一潜在噪声源是当激光雷达脉冲撞击展现强散射效应的物体时(例如，强烈倾斜和反射性物体，而不是垂直于由激光雷达脉冲108产生的角度的更理想定向的物体)。展现多返回值的目标具有信息承载内容。然而，由于过大的动态范围，这种内容可能会丢失，因为最大的返回饱和驱动接收器进入非线性模式，和/或驱动传感器检测底限下的较弱返回。通常，直接返回是最大的，而连续的返回会因地面反弹分散而减弱，但是当反弹返回的反射率较高时，情况就不是这样。在任一情况下，期望调整掩码使得临近范围的样本接收更高的光瞳(扩张)(例如，其中选定的子集定义了阵列600的较大区域)，而更远范围的样本经历光瞳收缩(例如，其中选定的子集定义了阵列600的较小区域)。在远程处，将存在激光光斑的大的角度范围。强近程散射体脉冲返回可能到达发射脉冲的数据采集窗内。使用自适应掩码将允许通过在接收时过度解析点波束(例如，由发射返回波束涵盖的多于一个像素)来移除所述散射体，从而减少饱和或散射体泄漏到目标单元中。例如，假设，从概念上我们观察到所述距离返回在1134处开始，在1132处迁移到双峰，并且在1130处在最近程处出现。当激光雷达脉冲扫掠过传感器阵列时，我们可随后通过选择不同的mux线来指示控制电路修改掩码。

与掩码反馈控制关联的自适应发射定时：

在压缩感测中，可通过由发射器故意对激光雷达脉冲进行定时来进一步降低动态范围，使得激光峰值强度不会落在目标上，而是远离接近目标干扰落下，从而增加信号杂波比。这允许近内干扰抑制超过和超出通过其他手段获得的干扰抑制。例如，在概念上，假设上部传感器单元1132包含非常强的目标，并且也标记为1132的下部附近传感器单元包含目标。随后我们可设置发射定时，以将接收的脉冲发射照明远离1132双峰移开，并且使其更朝向1130居中。我们在这里使用发射定时的灵活性(经由压缩感测来提供)、发射时波束指向的知识(参见图9)以及传感器元件的选择性(例如，参见图11B)，以最佳地调谐接收器和发射器来获得可能最好的信号质量。通过确保掩码被调谐使得接收波束的波束峰值远离噪声源(例如，传入的流量)，我们可在远处成像时减少来自附近运载工具的强返回，在某些情况下，毫弧度足以减少强散射体95％，同时使目标物体衰减仅百分之几。在示例性实施方案中，可使用选择性感测来确定掩码参数，但是也可选择压缩感测或基于固定路线图的解决方案。这里的示例是车道结构，因为相反的车道交通会生成最大的干扰量。系统可因此调整发射或发射的顺序以避免噪声区域，同时保留期望的物体信息。

用于通过掩码失配的动态范围缓解的自适应掩码：

如果1130中的掩码被选择来提供最大的激光雷达反射测量，则中心像素将具有最多的能量。因此它将在任何其他像素之前饱和。因此，用于降低饱和风险的一种方法在于如果存在饱和的证据或关于饱和的关注，则简单地从掩码1130移除中心像素。

用于功率相干干扰抑制的自适应掩码：

本申请公开的高级接收器的一个益处在于仅需要单个数据信道，而不是M个，其中M是像素计数。然而，通过添加第二信道，仍然可保持低成本和交换系统。如同第一信道，所述第二信道可为完整的模数转换器(参见图7A)或者飞行时间数字转换器(参见图7B)。任一实施方案都允许(强度的)相干组合以使用滤波(诸如维纳滤波器或最小均方(LMS)滤波)最佳地抑制干扰。使用两个信道x、y并且其中目标返回权重为w_x，w_y，这相当于求解权重并将权重应用于数据，使得的SNRw_xx+w_yy最大化。通过这种自适应掩码，可减小感测光信号中的空间定向噪声分量。

当与诸如图4和图5A所示的检测光学器件配对时，图6A-图12的实施方案特别有用，其中感测光被成像到检测器阵列600上。在其中图像脉冲未被成像到检测器阵列600上的实施方案中(例如，图3A、图3B和图5B的实施方案(或者其中由于部分成像而导致图像“模糊”的实施方案)，则从业者可选择省略多路复用器604，因为不需要将检测的信号与特定像素隔离。

图13A描绘了示例性激光雷达接收器实施方案，其中采用诸如图5A所示的“直接到检测器”检测光学器件，并且其中采用图7A的读出电路。在这个示例中，激光雷达接收器被设计成具有大约60x60度的视场，以及大约150m的距离(以SNR＝8，10％的反射率)。接收器采用低数量N元件检测器阵列，诸如硅或InGaAs PIN/APD阵列。当使用InGaAs PIN阵列时，接收器可展现2cm的输入孔径、14mm的焦距，并且它可结合每脉冲大约4微焦耳的大约0.2-5.0纳秒的激光雷达脉冲来工作。可使用空间/角度隔离来抑制干扰，并且可使用场透镜来确保在检测器不具有足够高的填充因数的情况下检测器平面中不存在“死点”。图13B描绘了针对图13A的雷达接收器实施方案的白天使用的SNR对距离的曲线图。图13B还示出了所述实施方案的额外的接收器特性。值得注意的是，80％的反射率(金属)下的距离超过600m。此外，根据实际生活中的目标反射率和地形/形状，最大距离包络在约150m与约600m之间。

图14A描绘了示例性激光雷达接收器实施方案，其中采用诸如图3B所示的检测光学器件，并且其中采用图7A的读出电路。在这个示例中，激光雷达接收器被设计成具有大约50x50度的视场，以及大约40m的距离(以SNR＝8，10％的反射率)。正如图13A的实施方案，接收器采用低数量N元件检测器阵列，诸如硅或InGaAs PIN/APD阵列。当使用InGaAs PIN阵列时，图14A的接收器可展现2cm的输入孔径、采用无焦点非成像透镜，并且它可结合每脉冲大约4微焦耳的大约0.2-5.0纳秒的激光雷达脉冲来工作。图14B描绘了针对图14A的雷达接收器实施方案的白天使用的SNR对距离的曲线图。图14B还示出了所述实施方案的额外的接收器特性。值得注意的是，80％的反射率(金属)下的距离为约180m。此外，根据实际生活中的目标反射率和地形/形状，最大距离包络在约40m与约180m之间。

通过利用配备有激光雷达系统的运载工具的运动或其正在跟踪的物体的运动或两者的运动，还可能显著地改进检测距离、SNR以及因此检测概率或两者。由于路面的低反射率(约20％)以及脉冲扩展和相关联的SNR损失，这可对于路面绘制尤其有用。

双向(已知)波束图型的随机调制将位置信息嵌入所获得的点云上。我们可从这个嵌入中提取改进的参数估计。这基本上是雷达遥感中的ISAR(逆合成孔径雷达)的双重性。这在图15中示出，其中我们示出针对给定方位角和高度像素的检测器输出，其中每行是从单次发射返回的距离。当我们聚合发射时，我们获得积分增益。在图15中，实心白色曲线1502示出了指定的固定地面参考点由于运载工具运动而如何垂直变化。需注意，所述运动可能会导致非线性轮廓。这是因为即使对于固定速度地平面投影也不会在近程处呈现平面投影的事实。换句话说，地平面投影的雅可比行列式(Jacobian)是参数上变化的。我们提出的相对运动利用是沿着这些轮廓整合检测器阵列输出(二进制或强度)以重建地平面图。在实践中，这种整合是必要的，因为脉冲扩散并且因此每次发射将呈现弱返回的事实。此外：沥青倾向于具有相当低的反射率，大约20％，从而进一步使距离信息提取复杂化。白色矩形区域1502示出了对于呈现相对于激光源运载工具的相对运动的运载工具的发射的迁移。为了简化曲线图，我们示出了速度间差别[接近速度]是恒定的情况。矩形1502的宽度表示所述差别的不确定性。所述比例示出了所述宽度远大于上述地面绘图的宽度。这是因为我们必须在自己的车具有GPS、加速度计和其他仪表时使用激光雷达来估算差速度以增强计量。仔细检查将示出在白色倾斜矩形1502内部存在更多检测。所述示例针对SNR为2，表明即使在低SNR下，沿轨道[二进制]的整合也可提供足够性能。接收器操作曲线可容易地计算并在图16中示出。示出的是检测概率1600(右上方的细线)以及假警报曲线，左下角，1602。我们使细线从1次发射移动到30次发射。水平轴线是后整合水平的阈值，按照图15在运动空间中形成线。在1.5的阈值下观察到，我们在15次发射时获得95％6％Pd Pfa，这对于50m/s的接近速度是25m目标运载工具进入或者1/2秒。

虽然上文已经关于本发明的示例性实施方案对本发明进行了描述，但是可对所述示例性实施方案进行各种修改，这些修改仍然落入本发明的范围内。在审阅本申请的教导后，可想到对本发明的此类修改。

Claims

1.一种方法，其包括：

向视场中的目标距离点发射激光雷达脉冲；

基于所述目标距离点在所述视场中的位置来选择光传感器阵列中的光传感器子集；

经由所述选定的光传感器子集来感测光，其中所述感测光包括所述发射的激光雷达脉冲的反射；

从所述感测光生成信号；

处理所述生成信号；

基于所述处理来计算可归因于所述目标距离点的距离信息；以及

针对所述视场中的多个不同目标距离点重复所述发射、选择、感测、生成、处理和计算步骤。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述处理步骤包括将所述生成信号转换成表示所述生成信号的多个数字样本。

3.根据权利要求2所述的方法，其还包括：

经由压缩感测来选择所述视场内的距离点子集以便进行瞄准；以及

其中所述发射和重复步骤包括向所述选定的距离点子集发射多个激光雷达脉冲。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的方法，其中所述生成步骤包括：

使用受控反馈回路放大来自所述光传感器的多个读取信号；以及

基于所述放大的读取信号来生成所述感测光信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其中所述放大步骤包括使用匹配网络放大来自所述光传感器的所述读取信号作为所述受控反馈回路的一部分，以增加所述读取信号的信噪比。

6.根据权利要求2-5中任一项所述的方法，其中所述选择和重复步骤包括基于从所述感测光导出的信息来自适应地调整哪些光传感器包括在所述选定的子集中。

7.根据权利要求6所述的方法，其还包括：

检测所述阵列中的出故障的光传感器；以及

其中所述自适应调整步骤包括选择所述光传感器子集，使得所述子集不包括被检测为出故障的所述光传感器。

8.根据权利要求6-7中任一项所述的方法，其还包括：

检测相对于所述选定的子集中的光传感器和所述生成信号中的至少一个的过饱和状况；以及

其中所述自适应调整步骤包括选择所述光传感器子集以缓和所述检测的过饱和状况。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述过饱和状况对应于感测光过饱和的光传感器。

10.根据权利要求8-9中任一项所述的方法，其中所述过饱和状况对应于超过定义的阈值的生成信号。

11.根据权利要求6-10中任一项所述的方法，其中所述自适应调整步骤包括调整哪些光传感器包括在所述选定的子集中以控制所述生成信号的动态范围。

12.根据权利要求6-11中任一项所述的方法，其还包括：

检测所述选定的子集中的光传感器，针对所述光传感器，其感测的光由干扰的激光雷达脉冲毁损；以及

其中所述自适应调整步骤包括选择所述光传感器子集，使得所述子集不包括由所述干扰的激光雷达脉冲毁损的所述光传感器。

13.根据权利要求6-12中任一项所述的方法，其还包括：

检测所述视场中的作为噪声源的区域；

确定所述阵列中对应于所述检测区域的多个光传感器；以及

其中所述自适应调整步骤包括选择所述光传感器子集，使得所述子集不包括所述确定的光传感器。

14.根据权利要求6-13中任一项所述的方法，其还包括：

检测所述选定的子集中的光传感器，针对所述光传感器，其感测的光由散射的激光雷达脉冲毁损；以及

其中所述自适应调整步骤包括选择所述光传感器子集，使得所述子集不包括由所述散射的激光雷达脉冲毁损的所述光传感器。

15.根据权利要求2-14中任一项所述的方法，其中所述重复步骤包括基于从所述感测光导出的信息来调整哪些距离点由所述发射的激光雷达脉冲瞄准。

16.根据权利要求2-15中任一项所述的方法，其中所述重复步骤包括基于从所述感测光导出的信息来以降低的功率水平发射激光雷达脉冲。

17.根据权利要求2-16中任一项所述的方法，其中所述发射和重复步骤包括：(1)经由多个扫描镜向所述目标距离点发射所述激光雷达脉冲，以及(2)以与所述发射的激光雷达脉冲不同的频率来发射参考光，所述方法还包括：

光学地位于所述扫描镜的下游的光电检测器接收所述发射的激光雷达脉冲和所述发射的参考光；

所述光电检测器将所述接收的发射的激光雷达脉冲向所述距离点传送；

所述光电检测器吸收所述接收的发射的参考光并且将所述吸收的参考光转换成跟踪信号；以及

当基于所述跟踪信号发射所述激光雷达脉冲时，跟踪所述扫描镜所瞄准的位置。

18.根据权利要求17所述的方法，其中所述选择和重复步骤包括基于所述跟踪来控制哪些光传感器包括在所述选定的子集中。

19.根据权利要求2-18中任一项所述的方法，其还包括：

经由光路径将参考光引导到所述阵列上，所述光路径不同于由(1)所述发射的激光雷达脉冲到所述目标距离点以及(2)所述激光雷达脉冲反射回所述阵列所采用的路径，使得所述感测光包括可归因于所述发射的激光雷达脉冲的所述反射的部分以及可归因于所述参考光的部分；

其中所述处理步骤包括基于所述生成信号来确定所述发射的激光雷达脉冲的所述反射与所述参考光之间的定时关系。

20.根据权利要求19所述的方法，其中所述计算步骤包括基于所述确定的定时关系来计算可归因于所述目标距离点的所述距离信息。

21.根据权利要求19-20中任一项所述的方法，其中所述参考光和所述发射的激光雷达脉冲共用共同的脉冲形状，并且其中所述确定所述定时关系的步骤包括：将所述生成信号的延迟版本与所述生成信号关联以确定所述定时关系。

22.根据权利要求21所述的方法，其中所述定时关系确定步骤还包括对所述生成信号的所述延迟版本和所述生成信号中的至少一个进行插值，以促进所述定时关系确定。

23.根据权利要求21-22中任一项所述的方法，其中所述不同的光路径包括在(1)发射所述激光雷达脉冲和所述参考光的发射器与(2)所述阵列之间的直接光路径。

24.根据权利要求21-23中任一项所述的方法，其中所述参考光和所述发射的激光雷达脉冲是相同的脉冲。

25.根据权利要求2-24中任一项所述的方法，其中所述发射的激光雷达脉冲包括展现高斯脉冲形状的脉冲。

26.根据权利要求2-25中任一项所述的方法，其中所述阵列中的所述光传感器对应于多个像素，其中所述多个像素展现六边形形状。

27.根据权利要求2-26中任一项所述的方法，其中所述阵列中的所述光传感器对应于多个像素，其中所述多个像素展现不同的尺寸。

28.根据权利要求2-27中任一项所述的方法，其中选定的光传感器子集中的至少一个是所述阵列中的单个光传感器。

29.根据权利要求2-27中任一项所述的方法，其中所述选择步骤包括选择所述多个光传感器以便包括在所述子集中。

30.根据权利要求2-29中任一项所述的方法，其中所述选定的光传感器子集中的每一个包括不同数量的光传感器。

31.根据权利要求2-30中任一项所述的方法，其中所述处理步骤包括处理单个信道中的所述生成信号。

32.根据权利要求2-31中任一项所述的方法，其中所述处理步骤包括：

处理多个信道中的所述生成信号号；

使用滤波来相干地组合所述信道，以减少所述生成信号中的空间定向噪声分量。

33.根据权利要求2-32中任一项所述的方法，其中激光雷达系统在所述激光雷达系统运动时执行所述方法步骤，并且其中所述处理步骤包括：

基于从所述激光雷达系统相对于固定周围环境或另一个移动物体的运动而导出的信号来减少所述生成信号的噪声分量。

34.一种方法，其包括：

向扫描区域内的多个目标距离点发射多个激光雷达脉冲；以及

对于包括多个检测器像素的光电检测器阵列，并且在发射所述激光雷达脉冲时，基于所述光电检测器阵列中的所述检测器像素的位置与所述扫描区域中的所述目标距离点的位置之间的关系来自适应地控制哪些所述检测器像素被在给定时间激活来感测光以用于距离处理。

35.一种方法，其包括：

经由阵列来感测光，所述阵列包括多个光传感器，每个光传感器生成指示所述感测光的信号，其中所述感测光包括从多个距离点反射的多个激光雷达脉冲；

经由多路复用器来选择所述阵列内的光传感器；

经由所述多路复用器将由所述选定的光传感器生成的所述信号传送给信号处理电路；以及

经由所述信号处理电路来放大所述传送的信号，所述放大的信号用于处理以计算关于距离点的距离信息；以及

随着时间的推移重复关于多个光传感器的所述选择、传送和放大步骤，以支持关于所述多个距离点的距离信息的计算。

36.根据权利要求35所述的方法，其还包括：

根据发射列表经由扫描激光雷达发射器来向所述距离点发射所述激光雷达脉冲；

控制所述多路复用器以便以遵循所述发射列表的模式在所述光传感器之间选择性地切换。

37.根据权利要求36所述的方法，其中所述发射列表瞄准距离点的子集。

38.根据权利要求35-37中任一项所述的方法，其中所述选择步骤包括经由所述多路复用器同时选择所述阵列内的多个光传感器，所述方法还包括将由所述同时选择的光传感器生成的所述信号进行组合，并且其中将所述组合信号提供到所述多路复用器的输入线，从而为所述阵列定义多个复合像素。

39.根据权利要求35-38中任一项所述的方法，其还包括：

对所述放大信号的多个样本进行插值，以计算所述距离点的距离信息。

40.根据权利要求39所述的方法，其中所述插值步骤由现场可编程门阵列(FPGA)执行。

41.根据权利要求35-40中任一项所述的方法，其还包括：

经由相干光纤锥形集光器来将光收集到所述阵列上。

42.根据权利要求41所述的方法，其还包括：

经由包括成像系统的透镜来将光聚焦到所述相干光纤锥形集光器的入射光瞳上。

43.根据权利要求35-42中任一项所述的方法，其还包括：

经由包括成像系统的透镜来将光直接聚焦到所述阵列上。

44.根据权利要求35-43中任一项所述的方法，其中所述选定的光传感器包括多个选定的光传感器，所述选定的光传感器形成所述阵列的所述光传感器的子集。

45.根据权利要求44所述的方法，其中所述选择和重复步骤包括基于从所述感测光导出的信息来自适应地调整哪些光传感器被选择用于包括在所述子集中。

46.根据权利要求44-45中任一项所述的方法，其还包括：

经由不同于由所述激光雷达脉冲行进到所述阵列的光路径的光路径来将参考光引导到所述阵列上，使得所述感测光还包括可归因于所述参考光的分量，其中所述参考光和所述发射的激光雷达脉冲共用共同的脉冲形状；

基于从所述感测光导出的信息来确定所述发射的激光雷达脉冲与所述反射的激光雷达脉冲之间的定时关系。

47.根据权利要求44-46中任一项所述的方法，其中所述扫描激光雷达发射器包括多个扫描镜，其中所述发射步骤包括扫描激光雷达发射器经由所述扫描镜向所述距离点发射所述激光雷达脉冲，所述方法还包括：

所述扫描激光雷达发射器经由所述扫描镜来输出参考光，其中所述参考光展现不同于所述激光雷达脉冲的频率；

光学地定位在所述扫描激光雷达发射器的下游的二向色性光电检测器接收所述激光雷达脉冲和所述参考光；

所述二向色性光电检测器将所述激光雷达脉冲向所述距离点传送；

所述二向色性光电检测器将所述参考光转换成跟踪信号；以及

当基于所述跟踪信号发射所述激光雷达脉冲时，跟踪所述扫描激光雷达发射器所瞄准的位置。

48.一种方法，其包括：

对于多个帧中的每个帧，逐帧地选择帧内的距离点的子集；

选择性地扫描多个镜以瞄准每个帧的所述选定的距离点；

经由所述扫描镜向所述目标距离点发射多个激光雷达脉冲，因此所述激光雷达脉冲被从所述距离点反射；

感测包括所述反射的激光雷达脉冲的光；

生成指示所述感测光的信号；

将所述信号数字化成多个数字样本；以及

对所述数字样本进行FPGA插值，以计算所述距离点的距离信息。

49.一种激光雷达接收器设备，其包括：

包括多个光传感器的阵列，每个光传感器被配置来感测指示从多个距离点反射的多个激光雷达脉冲的光并且生成指示所述感测光的信号；以及

与所述阵列通信的电路，所述电路被配置来(1)选择性地定义所述光传感器的多个子集，以用于在给定时间读出以产生表示所述感测光的信号，所述产生的信号用于计算关于所述距离点的距离信息。

50.根据权利要求49所述的设备，其中所述电路包括：

信号处理电路；以及

多路复用器，所述多路复用器与所述阵列和所述信号处理电路通信，其中所述多路复用器被配置来响应于控制信号而选择性地将所述光传感器的每个定义的子集与所述信号处理电路连接，使得所述多路复用器将由每个选择性地连接的光传感器生成的所述信号传送到所述信号处理电路；

其中所述信号处理电路被配置来将所述提供的信号放大并转换成多个数字样本，以便进行处理来计算关于所述距离点的所述距离信息。

51.根据权利要求50所述的设备，其中所述电路还包括：

控制电路，所述控制电路与所述多路复用器通信，所述控制电路被配置来生成所述控制信号，使得所述控制信号基于向所述距离点发射激光雷达脉冲的扫描激光雷达发射器的视场中的所述距离点的位置来选择所述阵列内的光传感器的子集。

52.根据权利要求51所述的设备，其中所述控制电路被进一步配置来生成所述控制信号，使得所述控制信号以遵循所述扫描激光雷达发射器的发射列表的顺序来选择所述阵列内的光传感器子集。

53.根据权利要求51-52中任一项所述的设备，其中所述发射列表选择性地瞄准所述激光雷达发射器的视场内的距离点的子集。

54.根据权利要求51-53中任一项所述的设备，其中所述电路还包括：

反馈电路，所述反馈电路向所述光传感器提供多个反馈信号，以用于调整来自所述光传感器的输出。

55.根据权利要求54所述的设备，其中所述反馈电路包括在所述光传感器与所述多路复用器之间的多个放大器，所述放大器放大来自受控反馈回路中的所述光传感器的输出。

56.根据权利要求55所述的设备，其还包括增益控制器，所述增益控制器被配置来控制所述放大器以产生反馈增益，所述反馈增益增加了来自所述光传感器的所述输出的信噪比。

57.根据权利要求55-56中任一项所述的设备，其中所述反馈电路被配置成匹配网络反馈回路。

58.根据权利要求54-57中任一项所述的设备，其中所述激光雷达脉冲包括展现高斯脉冲形状的多个激光雷达脉冲。

59.根据权利要求50-58中任一项所述的设备，其中所述信号处理电路包括单个信道，所述单个信道用于由所述多路复用器传送的所述信号。

60.根据权利要求50-59中任一项所述的设备，其中所述信号处理电路包括用于由所述多路复用器传送的所述信号的多个信道，并且其中所述信号处理电路被配置来基于存在于所述多个信道中的信号来减少由所述多路复用器传送的所述信号的噪声分量。

61.根据权利要求60所述的设备，其中所述信号处理电路包括用于所述多个信道的相干组合电路，所述相干组合电路包括用于减小由所述多路复用器传送的所述信号的空间定向噪声分量的滤波器。

62.根据权利要求50-61中任一项所述的设备，其中所述子集包括所述多个光传感器，其中电路被定位来将来自多个光传感器的信号组合到多个多路复用器输入线中的每一个，从而定义用于读出到所述信号处理电路的复合像素。

63.根据权利要求50-62中任一项所述的设备，其中所述信号处理电路包括放大器，所述放大器被配置来放大所述提供的信号。

64.根据权利要求63所述的设备，其中所述信号处理电路还包括在所述放大器下游的模数转换器(ADC)电路，所述ADC电路被配置来将所述提供的信号转换成所述数字样本。

65.根据权利要求63所述的设备，其中所述信号处理电路还包括在所述放大器下游的时间数字转换器(TDC)，所述TDC电路被配置来将所述提供的信号转换成所述数字样本。

66.根据权利要求50-65中任一项所述的设备，其中所述信号处理电路包括现场可编程门阵列(FPGA)，所述FPGA被配置来基于所述数字样本计算所述距离信息。

67.根据权利要求66所述的设备，其中所述FPGA被进一步配置来对所述数字样本执行插值以计算所述距离信息。

68.根据权利要求49-67中任一项所述的设备，其中所述阵列的所述光传感器对应于多个像素，并且其中所述选定的光传感器子集关于所述子集中包括多少像素随着时间的推移而改变。

69.根据权利要求49-68中任一项所述的设备，其中所述阵列的所述光传感器对应于多个像素，并且其中所述多个像素展现六边形形状。

70.根据权利要求69所述的设备，其中所述多个像素展现不同的尺寸。

71.根据权利要求49-70中任一项所述的设备，其中所述多个像素展现不同的尺寸。

72.根据权利要求49-71中任一项所述的设备，其还包括光电检测器，所述光电检测器光学地定位在所述扫描激光雷达发射器的下游，其中所述光电检测器包括一个区域，所述区域被定位来接收(1)来自所述扫描激光雷达发射器的所述激光雷达脉冲以及(2)来自所述扫描激光雷达发射器的在与所述激光雷达脉冲的不同的频率下的光，并且其中所述区域被配置来传送所述激光雷达脉冲，但是吸收在所述不同频率下的所述光并将其转换成输出信号；以及

其中所述电路被进一步配置来基于来自所述光电检测器的所述输出信号来跟踪所述扫描激光雷达发射器所瞄准的位置。

73.根据权利要求72所述的设备，其中所述电路被进一步配置来基于在发射激光雷达脉冲时所述扫描激光雷达发射器所瞄准的位置的所述跟踪来选择性地定义所述光传感器子集。

74.根据权利要求49-73中任一项所述的设备，其中所述阵列被进一步定位来经由不同于从所述扫描激光雷达发射器到所述阵列的所述激光雷达脉冲所行进的光路径的光路径来接收来自所述扫描激光雷达发射器的参考光，以便相对于所述激光雷达脉冲来进行定时协调，使得所述产生的信号包括可归因于反射的激光雷达脉冲的部分以及可归因于所述参考光的部分；以及

其中所述电路被进一步配置来基于所述产生的信号来确定所述反射的激光雷达脉冲与所述参考光之间的定时关系。

75.根据权利要求74所述的设备，其中所述电路被进一步配置来基于所述确定的定时关系来计算对应于所述反射的激光雷达脉冲的距离点的所述距离信息。

76.根据权利要求74-75中任一项所述的设备，其中所述参考光和所述发射的激光雷达脉冲共用共同的脉冲形状，并且其中所述电路被进一步配置来基于所述产生的信号的延迟版本与所述产生的信号之间的相关性来确定所述定时关系。

77.根据权利要求76所述的设备，其中电路被进一步配置来对所述产生的信号的所述延迟版本和所述产生的信号中的至少一个进行插值，以促进所述定时关系确定。

78.根据权利要求76-77中任一项所述的设备，其中所述不同的光路径包括所述扫描激光雷达发射器与所述阵列之间的直接光路径。

79.根据权利要求76-78中任一项所述的方法，其中所述参考光和所述发射的激光雷达脉冲是相同的脉冲。

80.根据权利要求49-79中任一项所述的设备，其中所述激光雷达脉冲包括展现高斯脉冲形状的多个激光雷达脉冲。

81.根据权利要求49-80中任一项所述的设备，其中所述阵列的所述光传感器对应于多个像素，并且其中所述电路被配置来基于对出故障的像素的检测来调整哪些像素包括在所述定义的子集中，使得被检测为出故障的像素不包括在所述定义的子集中。

82.根据权利要求81所述的设备，其中所述电路被进一步配置来检测出故障的像素。

83.根据权利要求81-82中任一项所述的设备，其中所述出故障的像素包括暗像素。

84.根据权利要求81-83中任一项所述的设备，其中所述出故障的像素包括白色像素。

85.根据权利要求49-84中任一项所述的设备，其中所述阵列的所述光传感器对应于多个像素，并且其中所述电路被配置来基于对过饱和状况的检测来调整哪些像素包括在所述定义的子集中，以便以减少所述过饱和状况的方式来调整所述产生的信号的动态范围。

86.根据权利要求85所述的设备，其中所述电路被进一步配置来检测相对于由所述像素子集感测的所述光是否存在过饱和状况。

87.根据权利要求85-86中任一项所述的设备，其中所述过饱和状况对应于所述子集中的过饱和像素。

88.根据权利要求85-87中任一项所述的设备，其中所述子集包括多个像素，并且其中所述过饱和状况对应于所述产生的信号中的像素的聚合。

89.根据权利要求49-88中任一项所述的设备，其中所述阵列的所述光传感器对应于多个像素，其中所述子集包括多个像素，并且其中所述电路被配置来基于对干扰光过饱和的像素的检测来调整哪些像素包括在所述定义的子集中，使得所述过饱和像素不包括在所述定义的子集中，而所述像素对来自干扰光的噪声过饱和。

90.根据权利要求89所述的设备，其中所述电路被进一步配置来检测所述子集中的任何像素是否对来自干扰光的噪声过饱和。

91.根据权利要求89-90中任一项所述的设备，其中所述干涉光对应于来自不同的激光雷达发射器的激光雷达脉冲。

92.根据权利要求89-91中任一项所述的设备，其中所述阵列的所述光传感器对应于多个像素，并且其中所述电路被配置来基于对散射激光雷达脉冲反射的检测来调整哪些像素包括在所述定义的子集中。

93.根据权利要求49-92中任一项所述的设备，其中所述激光雷达接收器设备是激光雷达系统的一部分，所述激光雷达系统还包括所述扫描激光雷达发射器；以及

其中所述扫描激光雷达发射器被配置来基于来自所述激光雷达接收器设备的反馈来调整距离点的发射列表。

94.根据权利要求93所述的设备，其中所述经调整的发射列表避免了对应于所述阵列中的过饱和像素的距离点。

95.根据权利要求93-94中任一项所述的设备，其中所述经调整的发射列表避免了对应于包括过多干扰光的所述视场的区域的距离点。

96.根据权利要求49-95中任一项所述的设备，其中所述激光雷达接收器设备是激光雷达系统的一部分，所述激光雷达系统还包括所述扫描激光雷达发射器；以及

其中所述扫描激光雷达发射器被配置来基于来自所述激光雷达接收器设备的反馈来调整所述激光雷达脉冲中包括多少功率。

97.根据权利要求49-96中任一项所述的设备，其还包括：

集光器，所述集光器与所述阵列光学通信，所述集光器被定位来将光收集到所述阵列上。

98.根据权利要求97所述的设备，其中所述集光器包括光纤锥形集光器。

99.根据权利要求98所述的设备，其中所述光纤锥形集光器包括相干光纤锥形集光器。

100.根据权利要求97-99中任一项所述的设备，其还包括透镜，所述透镜包括成像系统，其中所述透镜与所述集光器光学通信，并且被配置来在所述集光器的入射光瞳处对光进行成像。

101.根据权利要求49-101中任一项所述的设备，其还包括透镜，所述透镜包括成像系统，其中所述透镜与所述阵列光学通信并且被配置来将光成像到所述阵列上。

102.根据权利要求101所述的设备，其中所述设备不包括在所述透镜与所述阵列之间的集光器。

103.根据权利要求49-102中任一项所述的设备，其中所述激光雷达接收器设备是激光雷达系统的一部分，所述激光雷达系统还包括所述扫描激光雷达发射器；以及

其中所述电路被进一步配置来(1)处理指示所述激光雷达系统正在运动的信号并且(2)基于所述经处理的运动指示信号来减小所述产生的信号的噪声分量。

104.一种设备，其包括：

激光雷达接收器，所述激光雷达接收器包括多像素光传感器和读出集成电路(ROIC)，所述读出集成电路被配置来读出由所述多个像素中的每个像素感测的信号并且处理所述读出信号，其中所述ROIC包括被配置来在所述像素之间选择性地切换以用于感测信号读出的多路复用器。

105.根据权利要求104所述的设备，其中所述像素包括复合像素。

106.一种系统，其包括：

激光雷达发射器，所述激光雷达发射器包括多个可扫描镜，所述激光雷达发射器被配置来(1)对于多个帧中的每个帧，逐帧地选择帧内的距离点的子集、(2)选择性地扫描所述可扫描镜以瞄准每个帧的所述选定的距离点以及(3)经由所述扫描镜向所述目标距离点发射多个激光雷达脉冲；以及

激光雷达接收器，所述激光雷达接收器包括：

包括多个光传感器的阵列，每个光传感器被配置来感测指示从所述目标距离点反射的多个激光雷达脉冲的光并且生成指示所述感测光的信号；

信号处理电路；以及

多路复用器，所述多路复用器与所述阵列和所述信号处理电路通信，其中所述多路复用器被配置来响应于控制信号而选择性地将多个所述光传感器与所述信号处理电路连接，使得所述多路复用器将由每个选择性地连接的光传感器生成的所述信号传送到所述信号处理电路；

其中所述信号处理电路被配置来将所述提供的信号放大并转换成多个数字样本，以便进行处理来计算关于所述目标距离点的所述距离信息。

107.一种系统，其包括：

激光雷达接收器，所述激光雷达接收器包括：

透镜；

光传感器；以及

集光器，所述集光器被定位在所述透镜与所述光传感器之间；

其中所述透镜被配置来接收光，所述接收的光包括从所述目标距离点反射的多个激光雷达脉冲；

其中所述集光器被配置来将来自所述透镜的光收集到所述光传感器上；以及

其中所述光传感器被配置来感测由所述集光器收集的所述光并且生成指示所述感测光的信号。

108.根据权利要求107所述的系统，其中所述集光器包括复合抛物面聚光镜。

109.根据权利要求107所述的系统，其中所述集光器包括光纤锥形集光器。

110.根据权利要求109所述的系统，其中所述光纤锥形集光器包括相干光纤锥形集光器。

111.根据权利要求110所述的系统，其中所述透镜包括成像系统，所述透镜被配置来将所述接收的光聚焦到所述相干光纤锥形集光器的入射光瞳上。

112.根据权利要求107-111中任一项所述的系统，其中所述透镜包括成像系统，所述透镜被配置来将所述接收的光聚焦到所述集光器的入射光瞳上。

113.根据权利要求107-112中任一项所述的系统，其中所述透镜包括无焦透镜。

114.根据权利要求107-113中任一项所述的系统，其中所述光传感器包括多元件检测器阵列。

115.根据权利要求107-114中任一项所述的系统，其中所述激光雷达接收器还包括读出集成电路(ROIC)，所述ROIC被配置来从所述光传感器读出所述生成信号，以支持所述目标距离点的距离信息的计算。

116.根据权利要求115所述的系统，其中所述光传感器包括可单独寻址的光传感器的阵列，每个可单独寻址的光传感器被配置来感测指示从所述目标距离点反射的多个激光雷达脉冲的光并且生成指示所述感测光的信号；以及

其中所述ROIC包括多路复用器，所述多路复用器被配置来选择性地将所述多个可单独寻址的光传感器与信号处理电路连接，以用于所述信号处理电路处理所述从其生成的信号。

117.一种方法，其包括：

对于多个帧中的每个帧，逐帧地选择帧内的距离点的子集；

选择性地扫描多个镜以瞄准每个帧的所述选定的距离点；

经由透镜接收包括所述反射的激光雷达脉冲的光；

集光器将来自所述透镜的光收集到光传感器上；以及

所述光传感器感测所述收集的光并且生成指示所述感测光的信号。

118.根据权利要求117所述的方法，其中所述集光器包括复合抛物面聚光镜。

119.根据权利要求117所述的方法，其中所述集光器包括光纤锥形集光器。

120.根据权利要求119所述的方法，其中所述光纤锥形集光器包括相干光纤锥形集光器。

121.根据权利要求120所述的方法，其还包括所述透镜将所述接收的光聚焦到所述相干光纤锥形集光器的入射光瞳上。

122.根据权利要求117-121中任一项所述的方法，其还包括所述透镜将所述接收的光聚焦到所述集光器的入射光瞳上。

123.根据权利要求117-122中任一项所述的方法，其中所述透镜包括无焦透镜。

124.根据权利要求117-123中任一项所述的方法，其中所述光传感器包括多元件检测器阵列。

125.根据权利要求117-124中任一项所述的方法，其还包括读出集成电路(ROIC)，所述读出集成电路从所述光传感器读出所述生成信号，以支持所述目标距离点的距离信息的计算。

126.根据权利要求125所述的方法，其中所述光传感器包括可单独寻址的光传感器的阵列，每个可单独寻址的光传感器被配置来感测指示从所述目标距离点反射的多个激光雷达脉冲的光并且生成指示所述感测光的信号；以及

其中所述读出步骤包括多路复用器选择性地将所述多个可单独寻址的光传感器与信号处理电路连接，以用于所述信号处理电路处理所述从其生成的信号。

127.根据权利要求117-126中任一项所述的方法，其还包括：

通过来自发射所述激光雷达脉冲的激光雷达发射器的所述光传感器来感测参考光，其中所述参考光由所述光传感器经由光路径来接收，所述光路径不同于由所述激光雷达脉冲行进到所述光传感器的光路径；以及

与所述感测的参考光组合地使用所述接收的参考光来促进所述目标距离点的距离测量；以及

其中所述参考光展现与所述激光雷达脉冲的脉冲形状相同的脉冲形状。

128.根据权利要求117-127中任一项所述的方法，其还包括：

跟踪使用二向色性光电检测器瞄准发射所述激光雷达脉冲的激光雷达发射器的位置。

129.根据权利要求117-128中任一项所述的方法，其中所述光传感器包括光传感器阵列，所述方法还包括：

自适应地选择所述光传感器中的哪一个用于基于所述目标距离点来生成所述感测光信号。

130.一种系统，其包括：

激光雷达接收器，所述激光雷达接收器包括：

透镜；以及

光传感器；

其中所述透镜被配置来将光直接传送到所述光传感器，所述传送的光包括从所述目标距离点反射的多个激光雷达脉冲；

其中所述光传感器被配置来感测来自所述透镜的所述光并且生成指示所述感测光的信号。

131.根据权利要求130所述的系统，其中所述透镜包括成像系统，所述透镜被配置来将所述光直接聚焦到所述光传感器上。

132.根据权利要求130所述的系统，其中所述透镜包括无焦透镜。

133.根据权利要求130-132中任一项所述的系统，其中所述激光雷达接收器不包括在所述透镜与所述光传感器之间的集光器。

134.根据权利要求130-133中任一项所述的系统，其中所述光传感器包括多元件检测器阵列。

135.根据权利要求130-134中任一项所述的系统，其中所述激光雷达接收器还包括读出集成电路(ROIC)，所述ROIC被配置来从所述光传感器读出所述生成信号，以支持所述目标距离点的距离信息的计算。

136.根据权利要求135所述的系统，其中所述光传感器包括可单独寻址的光传感器的阵列，每个可单独寻址的光传感器被配置来感测指示从所述目标距离点反射的多个激光雷达脉冲的光并且生成指示所述感测光的信号；以及

137.一种方法，其包括：

对于多个帧中的每个帧，逐帧地选择帧内的距离点的子集；

选择性地扫描多个镜以瞄准每个帧的所述选定的距离点；

透镜接收包括所述反射的激光雷达脉冲的光；

所述透镜将所述接收的光直接传送到光传感器；以及

所述光传感器感测所述传送的光并且生成指示所述感测光的信号。

138.根据权利要求137所述的方法，其还包括所述透镜将所述接收的光直接聚焦到所述光传感器上。

139.根据权利要求137所述的方法，其中所述透镜包括无焦透镜。

140.根据权利要求137-139中任一项所述的方法，其中所述传送的光不穿过所述透镜与所述光传感器之间的集光器。

141.根据权利要求137-140中任一项所述的方法，其中所述光传感器包括多元件检测器阵列。

142.根据权利要求137-141中任一项所述的方法，其还包括读出集成电路(ROIC)，所述读出集成电路从所述光传感器读出所述生成信号，以支持所述目标距离点的距离信息的计算。

143.根据权利要求142所述的方法，其中所述光传感器包括可单独寻址的光传感器的阵列，每个可单独寻址的光传感器被配置来感测指示从所述目标距离点反射的多个激光雷达脉冲的光并且生成指示所述感测光的信号；以及

144.一种激光雷达发射器设备，其包括：

第一光源，所述第一光源被配置来生成多个激光雷达脉冲，以用于传输到视场中的多个距离点；

第二光源，所述第二光源被配置来以与所述激光雷达脉冲不同的频率来生成参考光；

多个镜，所述多个镜可扫描到多个扫描位置以定义所述视场中的所述激光雷达发射器设备的目标，其中所述可扫描镜被配置来接收所述生成的激光雷达脉冲和所述生成的参考光并将其朝向所述扫描区域中的多个目标距离点引导；以及

二向色性光电检测器，所述二向色性光电检测器光学地位于所述可扫描镜的下游，所述二向色性光电检测器被配置来(1)将所述激光雷达脉冲朝向所述距离点传送，并且(2)吸收所述参考光并将其转换成参考信号，所述参考信号指示在发射所述激光雷达脉冲时所述可扫描镜所瞄准的位置。

145.根据权利要求144所述的设备，其中所述二向色性光电检测器被容纳在壳体中，其中至少所述壳体的区域是光透射性的，使得所述激光雷达脉冲朝向所述距离点穿过所述光透射性壳体区域。

146.根据权利要求144-145中任一项所述的设备，其中所述激光雷达脉冲和所述参考光在从所述镜到所述二向色性光电检测器的光路径内对准。

147.一种方法，其包括：

经由多个扫描镜来向视场中的目标距离点发射激光雷达脉冲；

当发射所述激光雷达脉冲时，经由所述扫描镜来发射参考光，其中所述参考光展现与所述激光雷达脉冲不同的频率；

所述光电检测器将所述接收的激光雷达脉冲向所述目标距离点传送；

所述光电检测器吸收所述接收的参考光并将所述吸收的参考光转换成跟踪信号，所述跟踪信号指示当发射所述光雷达脉冲时所述扫描镜所瞄准的位置；以及

针对所述视场中的多个不同目标距离点重复所述发射步骤、所述接收步骤、所述传送步骤以及所述吸收和转换步骤。

148.根据权利要求147所述的方法，其中所述光电检测器被容纳在壳体中，其中至少所述壳体的区域是光透射性的，所述方法还包括所述光透射性壳体区域(1)将所述发射的激光雷达脉冲和所述发射的参考光传送到所述光电检测器上，并且(2)将所述接收的激光雷达脉冲向所述目标距离点传送。

149.根据权利要求147-148中任一项所述的方法，其还包括：

在从所述扫描镜到所述光电检测器的光路径内对准所述激光雷达脉冲和所述参考光。

150.根据权利要求147-149中任一项所述的方法，其中所述发射和重复步骤包括经由压缩感测来将所述激光雷达脉冲向所述目标距离点发射。

151.一种方法，其包括：

向视场中的目标距离点发射激光雷达脉冲，所述发射的激光雷达脉冲展现脉冲形状；

经由第一光路径向光传感器发射光脉冲，其中所述发射的光脉冲展现与所述发射的激光雷达脉冲相同的脉冲形状；

经由所述光传感器来感测光，其中所述感测光包括(1)对应于经由第二光路径行进到所述光传感器的所述发射的激光雷达脉冲的反射的光以及(2)对应于经由所述第一光路径行进到所述光传感器的所述发射的激光雷达脉冲的光；

将所述感测光转换成电信号；

将所述电信号数字化成多个样本：

对所述样本施加延迟以生成多个延迟样本；

将所述样本与所述延迟样本关联以找到所述样本与所述延迟样本之间的产生最大输出的对准；以及

基于所述关联来确定所述光脉冲与所述激光雷达脉冲之间的定时关系。

152.根据权利要求151所述的方法，其还包括：

基于所述确定的定时关系来计算关于所述目标距离点的距离信息。

153.根据权利要求151-152中任一项所述的方法，其中对应于激光雷达脉冲反射的所述光以及对应于所述光脉冲的所述光在它们由所述光传感器接收期间通过时间延迟而分离；以及

其中所述关联步骤包括逐个样本地针对所述延迟样本来使所述样本移位，使得所述最大输出对应于多个样本移位，其中所述样本移位数量指示所述时间延迟。

154.根据权利要求151-153中任一项所述的方法，其中所述光传感器包括光检测器阵列，所述光检测器阵列包括多个可寻址像素。

155.根据权利要求154所述的方法，其还包括：

基于所述目标距离点在用于发射所述激光雷达脉冲的激光雷达发射器的扫描区域中的位置来选择所述像素中的哪些像素被激活用于感测所述光。

156.根据权利要求151-155中任一项所述的方法，其还包括：

对所述延迟样本进行插值；以及

其中所述关联步骤包括将所述样本与所述插值的延迟样本关联，以发现产生所述最大输出的所述对准。

157.根据权利要求151-156中任一项所述的方法，其中所述第一光路径是在(1)发射所述激光雷达脉冲和所述光脉冲的发射器与(2)所述光传感器之间的直接光路径。

158.根据权利要求151-157中任一项所述的方法，其中所述光脉冲和所述激光雷达脉冲是相同的脉冲。

159.根据权利要求151-158中任一项所述的方法，其还包括：

相对于由激光脉冲发射器经由压缩感测向多个距离点发射的多个激光雷达脉冲来重复所述方法步骤多次。

160.一种设备，其包括：

光传感器，所述光传感器被配置来感测入射光，其中所述感测光包括(1)对应于激光雷达脉冲的反射的光以及(2)对应于不同于所述激光雷达脉冲的光脉冲的光，其中所述激光雷达脉冲和所述光脉冲是相同的脉冲；以及

被配置来进行以下操作的电路：(1)将对应于所述感测光的信号转换成多个数字样本、(2)对所述样本应用延迟以生成多个延迟样本、(3)将所述样本与所述延迟样本关联以发现所述样本与所述延迟样本之间的产生最大输出的对准以及(4)基于所述关联来确定所述光脉冲与所述激光雷达脉冲之间的定时关系。

161.根据权利要求160所述的设备，其中所述电路被进一步配置来基于所述确定的定时关系来计算关于由所述激光雷达脉冲瞄准的距离点的距离信息。

162.根据权利要求160-161中任一项所述的设备，其中对应于激光雷达脉冲反射的所述光以及对应于所述光脉冲的所述光在它们由所述光传感器接收期间通过时间延迟而分离；以及

其中所述电路被进一步配置来通过逐个样本地针对所述延迟样本来使所述样本移位使得所述最大输出对应于多个样本移位来进行所述关联，其中所述样本移位数量指示所述时间延迟。

163.根据权利要求160-162中任一项所述的设备，其中所述光传感器包括光检测器阵列，所述光检测器阵列包括多个可寻址像素。

164.根据权利要求163所述的方法，其中所述电路被进一步配置来基于由所述激光雷达脉冲瞄准的所述距离点在用于发射所述激光雷达脉冲的激光雷达发射器的扫描区域中的位置来选择所述像素中的哪些像素被激活用于感测所述光。

165.根据权利要求160-164中任一项所述的设备，其中所述电路被进一步配置来(1)对所述延迟样本进行插值，并且(2)通过将所述样本与所述插值的延迟样本关联以发现产生所述最大输出的所述对准来进行所述关联。

166.根据权利要求160所述的设备，其还包括：

激光雷达发射器，其中所述激光雷达发射器被配置来(1)向目标距离点发射所述激光雷达脉冲，以及(2)向所述光传感器发射所述光脉冲

167.根据权利要求166所述的设备，其中所述激光雷达发射器被进一步配置来经由压缩感测用发射的激光雷达脉冲来瞄准多个距离点。

168.根据权利要求166-167中任一项所述的设备，其中所述发射器被配置来经由光路径将所述光脉冲发射到所述光传感器，所述光路径不同于由所述激光雷达脉冲行进到所述距离点并且作为所述激光雷达脉冲反射而返回到所述光传感器的光路径。

169.一种设备，其包括：

光传感器；以及

模数转换器(ADC)，所述模数转换器与所述光传感器通信，所述ADC被配置来将由所述传感器感测的电信号转换成多个数字样本，其中所述电信号表示由所述光传感器感测的光；以及

匹配滤波器，所述匹配滤波器被配置来处理所述样本以检测在所述样本内表示的多个脉冲之间的时间延迟，其中所述脉冲展现共同的形状。

170.根据权利要求169所述的设备，其还包括：

激光雷达发射器，所述激光雷达发射器被配置来(1)经由第一光路径向目标距离点发射激光雷达脉冲，以及(2)经由第二光路径向所述光传感器发射光脉冲，其中所述激光雷达脉冲和所述光脉冲共用所述共同的脉冲形状；

其中所述光传感器被配置来感测入射光，所述入射光包括(1)对应于所述发射的激光雷达脉冲的反射的光以及(2)对应于所述发射的光脉冲的光；以及

其中所述匹配滤波器被配置来检测所述感测的激光雷达脉冲反射与所述感测的光脉冲之间的所述时间延迟。