CN109655810B - 一种激光雷达抗干扰的方法、激光雷达及车辆 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种激光雷达抗干扰的方法、激光雷达及车辆。其中激光雷达抗干扰的方法包括：监测当前环境中的环境光的光强是否大于预设阈值；若是，以第一频率发射至少两个探测脉冲激光；在接收光中确定探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束；其中，接收光包括探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束、环境光经目标物体反射的回波光束以及环境光。本发明实施例的技术方案，解决环境光影响激光雷达测量准确性的问题，有效提高激光雷达的抗干扰能力。

Description

一种激光雷达抗干扰的方法、激光雷达及车辆

技术领域

本发明实施例涉及激光雷达技术，尤其涉及一种激光雷达抗干扰的方法、激光雷达及车辆。

背景技术

激光雷达是一种通过激光来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等信息，在汽车辅助驾驶或自动驾驶、服务机器人以及工业自动化等领域被广泛应用。

在汽车技术中，随着车载激光雷达的普及应用，不同车辆所载激光雷达之间的干扰问题日趋严重。当周边车辆的激光雷达发射与本车同样波长的激光信号时，雷达难以区分，极易造成事故。现有技术一般采用缩小传感器感光面积、使用较窄的动态变化的视场角等手段，对自然背景光干扰以及一些不同波长的人工光源干扰有一定作用。但是对于采用同样波长的其他激光雷达信号的干扰则基本无效。

因此，雷达能够区分自身发射出去的信号和其他雷达发射的信号是必备的抗干扰能力，如何提高激光雷达的抗干扰能力，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明实施例提供一种激光雷达抗干扰的方法、激光雷达及车辆，以提高激光雷达的抗干扰性能。

第一方面，本发明实施例提供一种激光雷达抗干扰的方法，包括：

监测当前环境中的环境光的光强是否大于预设阈值；

若是，以第一频率发射至少两个探测脉冲激光；

在接收光中确定所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束；

其中，所述接收光包括所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束、所述环境光经目标物体反射的回波光束以及所述环境光。

可选的，还包括：

若当前环境中的环境光的光强小于或等于预设阈值，则以第二频率发射探测脉冲激光；

所述第一频率大于或等于所述第二频率的N倍，其中，N为大于或等于2的整数。

可选的，所述在接收光中确定所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束包括：

获取所述接收光中每个光束的接收时刻以及对应的信号幅值；

将相同时刻的信号幅值叠加；

将叠加后信号幅值最大的光束确定为所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

可选的，所述在接收光中确定所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束包括：

获取所述接收光中每个光束的接收时刻；

获取每个所述接收时刻对应接收的所述光束的次数；

将同一接收时刻接收的次数最多的所述光束确定为所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

可选的，在接收光中确定所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束之后，还包括：

根据所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束确定目标物体的位置。

第二方面，本发明实施例还提供一种激光雷达，包括：

环境监测单元，用于监测当前环境中的环境光的光强是否大于预设阈值；

发射单元，用于在当前环境中的环境光的光强大于预设阈值时以第一频率发射至少两个探测脉冲激光；

接收单元，用于获取接收光；所述接收光包括所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束、所述环境光经目标物体反射的回波光束以及所述环境光；

处理单元，用于在接收光中确定所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

可选的，所述发射单元还用于在当前环境中的环境光的光强小于或等于预设阈值时，以第二频率发射探测脉冲激光；

其中，所述第一频率大于或等于所述第二频率的N倍，其中，N为大于或等于2的整数。

可选的，所述处理单元具体用于：

获取所述接收光中每个光束的接收时刻以及对应的信号幅值；

将相同时刻的信号幅值叠加；

将叠加后信号幅值最大的光束确定为所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

可选的，所述处理单元具体用于：

获取所述接收光中每个光束的接收时刻；

获取每个所述接收时刻对应接收的所述光束的次数；

将同一接收时刻接收的次数最多的所述光束确定为所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

第三方面，本发明实施例还提供一种车辆，包括上述第二方面所述的任意一种激光雷达。

本发明实施例提供的激光雷达抗干扰的方法，包括监测当前环境中的环境光的光强是否大于预设阈值；若是，以第一频率发射至少两个探测脉冲激光；在接收光中确定探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束；其中，接收光包括探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束、环境光经目标物体反射的回波光束以及环境光。通过监测当前环境中的环境光的光强，当环境光的光强大于预设阈值时，说明当前环境中干扰较强；则以第一频率发射至少两个探测脉冲激光，从而对目标物体进行多次探测；然后根据多次探测结果从接收光中确定探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束，解决环境光影响激光雷达测量准确性的问题，有效提高激光雷达的抗干扰能力。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种激光雷达抗干扰的方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的一种确定回波光束的流程示意图；

图3是本发明实施例提供的一种5次测量的信号示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种确定回波光束的流程示意图；

图5是本发明实施例提供的一种激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。需要注意的是，本发明实施例所描述的“上”、“下”、“左”、“右”等方位词是以附图所示的角度来进行描述的，不应理解为对本发明实施例的限定。此外在上下文中，还需要理解的是，当提到一个元件被形成在另一个元件“上”或“下”时，其不仅能够直接形成在另一个元件“上”或者“下”，也可以通过中间元件间接形成在另一元件“上”或者“下”。术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明的中的具体含义。

图1为本发明实施例提供的一种激光雷达抗干扰的方法的流程示意图，本实施例可适用于环境中存在干扰信号的情况，具体包括如下步骤：

步骤S110、监测当前环境中的环境光的光强是否大于预设阈值。

步骤S120、若是，以第一频率发射至少两个探测脉冲激光。

步骤S130、在接收光中确定探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

其中，接收光包括探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束、环境光经目标物体反射的回波光束以及环境光。

可以理解的是，由于当前环境中可能存在多个同种激光雷达，示例性的，道路上有多辆同种型号的汽车，每辆汽车上都安装有同种激光雷达，则对某一辆汽车来说，其他汽车上的激光雷达发射的激光、环境中的其他光线(例如太阳光、各种人工照明光例如车辆灯光、路灯灯光等)都会引起测量时的干扰。通过监测当前环境中的环境光的光强，根据实际需求设置一个预设的门限值，当测量到的环境光大于预设阈值时，认为当前处于具有较强干扰的环境中。当判定激光雷达处于强干扰的环境时，激光雷达以第一频率发射至少两个探测脉冲激光，当探测脉冲激光遇到目标物体时，会有一部分脉冲返回，产生回波光束被激光雷达接收到，由于此时有较强的环境光，激光雷达还会接收到环境光(包括其他雷达发出的激光、太阳光、各种人工照明光等)、环境光遇到目标物体的回波光束以及探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。当激光雷达以第一频率发射至少两个探测脉冲激光时，可以实现对目标物体的多次测量，由于环境光引起的干扰信号出现的位置是随机的，而多次测量时可以近似认为激光雷达相对于目标物体的距离不变，通过对接收光进行分析处理，就可以过滤掉环境光引起的干扰信号，确定出探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

本实施例的技术方案，通过监测当前环境中的环境光的光强，当环境光的光强大于预设阈值时，说明当前环境中干扰较强；则以第一频率发射至少两个探测脉冲激光，从而对目标物体进行多次探测；然后根据多次探测结果从接收光中确定探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束，解决环境光影响激光雷达测量准确性的问题，有效提高激光雷达的抗干扰能力。

在上述技术方案的基础上，可选的，本发明实施例提供的激光雷达抗干扰的方法还包括：

若当前环境中的环境光的光强小于或等于预设阈值，则以第二频率发射探测脉冲激光；第一频率大于或等于第二频率的N倍，其中，N为大于或等于2的整数。

可以理解的是，当激光雷达监测到当前环境中的环境光的光强小于或等于预设阈值时，认为此时激光雷达处于无干扰的工作环境中，为了节约功耗，充分发挥激光雷达的性能，激光雷达则以第二频率发射探测脉冲激光，其中第一频率大于或等于第二频率的N(N≥2且为整数)倍，以使激光雷达工作在最优的功耗和分辨率状态下。

图2所示为本发明实施例提供的一种确定回波光束的流程示意图。参考图2，可选的，在接收光中确定探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束包括：

步骤S210、获取接收光中每个光束的接收时刻以及对应的信号幅值。

步骤S220、将相同时刻的信号幅值叠加。

步骤S230、将叠加后信号幅值最大的光束确定为探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

可以理解的是，激光雷达一般以电动机驱动雷达光学部分旋转进行水平扫描，每两个发射光斑的角度间距就是雷达的角度分辨率。如果光发射频率较高，角度分辨率高，则会出现几个光斑打在同一个物体上的现象。

例如：一台转速为20转每秒的激光雷达，其水平扫描角速度为20*360＝7200度/秒，若发射单元的发光频率为20kHz，那么水平角度分辨率为7200/20000＝0.36度。在100米距离上0.36度的偏差角使两个光斑间距达到0.628米。如果将发射频率提高到200kHz，两个光斑之间的角度偏差是0.036度，100米距离上光斑间距0.0628米。在200kHz频率下连续5个光斑的最大间距是0.25米。如果光斑本身的发散角为4mrad，那么光斑在100米远处直径为0.36米。5个光斑近似于打在同一个点上。如果发射频率能够提高到500kHz，则100米远处5个连续光斑之间的距离可以缩短至0.1米左右。因为5个光斑件间距小于光斑直径，我们可以认为5个光斑近似打在同一个点上，它们形成的回波特征近似与相同，雷达所获得的距离信息也近似相同。利用这一结果，可以在高频率发射的前提下对目标物体进行连续多次测量。通过对多次测量的信息进行分析处理来识别真实的目标信号，排除干扰信号。

激光雷达的接收单元可以利用光电探测器将接收到的光信号转换为电信号，可以采用数模转换器(ADC)进行采样，由于光在空气中传播损耗以及目标物体反射损耗，回波光束的强度会小于探测脉冲激光的强度，因此可以设置一个合适的门限值(例如可以设置为探测脉冲激光强度的80％，具体实施时可以根据实际条件设置)，在每一次测量的采样周期内记录多个处于接收门限值范围内的脉冲信号，丢弃大于门限值的信号，可以减少数据处理的计算量。

图3所示为本发明实施例提供的一种5次测量的信号示意图。示例性的，某多线雷达每线发射重频为20kHz，脉冲间隔50μs。在抗干扰状态发射频率提高到200kHz，脉冲间隔为5μs。连续进行5次测量，本次测试目标物体为透明物体，产生两个回波信号。对每一次采样得到的幅值-时间数据进行叠加，因为在5次测量中真实目标距离几乎是固定不变的，所以目标回波位置也是固定的，叠加后真实目标回波幅值会累加增强，而干扰脉冲出现的时间是随机变化的，多次累加的结果不会增强，甚至会减弱。叠加后幅值最高的1～2回波作为真实目标。每5次测量输出1次目标数据，回波点云数据率保持20kHz/线不变。

图4所示为本发明实施例提供的另一种确定回波光束的流程示意图。参考图4，可选的，在接收光中确定探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束包括：

步骤S410、获取接收光中每个光束的接收时刻。

步骤S420、获取每个接收时刻对应接收的光束的次数。

步骤S430、将同一接收时刻接收的次数最多的光束确定为探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

可以理解的是，某些测量环境下，干扰信号可能比多次叠加后的目标回波信号强度大，由于干扰信号在时间轴上随机出现，而实际回波光束在时间轴上的时间固定，可以通过每次测量可以获得若干个符合接收门限范围的回波，在同一时刻出现次数最多的光束即为待测回波光束。

表1所示为5次测量回波距离的数据，经过对比5次测量的数据发现10m距离的目标在每一测量中都会出现，可以判断为真实目标。

回波1

回波2

回波3

回波4

回波5

回波6

第1次测量

1.5m

10m

13m

25m

150m

190m

第2次测量

10m

42m

78m

120m

/

/

第3次测量

4m

10m

74m

150m

/

/

第4次测量

2m

8m

9m

10m

59m

/

第5次测量

6m

9m

10m

49m

/

/

表15次测量回波距离的数据

可选的，在接收光中确定探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束之后，还包括：

根据探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束确定目标物体的位置。

示例性的，可以利用时间飞行法确定目标物体与激光雷达之间的距离，从而确定目标物体的位置。根据s＝v*t/2，其中v为探测脉冲激光的速度，t为脉冲发射时刻和回波接收时刻之间的时间间隔。

图5所示为本发明实施例提供的一种激光雷达的结构示意图。参考图5，本实施例提供的激光雷达100包括环境监测单元110，用于监测当前环境中的环境光的光强是否大于预设阈值；发射单元120，用于在当前环境中的环境光的光强大于预设阈值时以第一频率发射至少两个探测脉冲激光；接收单元130，用于获取接收光；接收光包括探测脉冲激光经目标物体200反射的回波光束、环境光经目标物体200反射的回波光束以及环境光；处理单元140，用于在接收光中确定探测脉冲激光经目标物体200反射的回波光束。

其中，接收光包括探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束、环境光经目标物体反射的回波光束以及环境光。

由于当前环境中可能存在多个同种激光雷达，示例性的，道路上有多辆同种型号的汽车，每辆汽车上都安装有同种激光雷达，则对某一辆汽车来说，其他汽车上的激光雷达发射的激光、环境中的其他光线等都会引起测量时的干扰。环境监测单元110可以包括一个光电探测器和处理器，通过环境监测单元110监测当前环境中的环境光的光强，根据实际需求设置一个预设的门限值，当测量到的环境光大于预设阈值时，认为当前处于具有较强干扰的环境中。发射单元120可以包括半导体激光器，当判定激光雷达处于强干扰的环境时，发射单元120以第一频率发射至少两个探测脉冲激光，当探测脉冲激光遇到目标物体时，会有一部分脉冲返回，产生回波光束被接收单元130接收到，由于此时有较强的环境光，接收单元130还会接收到环境光(包括其他雷达发出的激光)、环境光遇到目标物体的回波光束以及探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。当发射单元120以第一频率发射至少两个探测脉冲激光时，可以实现对目标物体的多次测量，由于环境光引起的干扰信号出现的位置是随机的，而多次测量时可以近似认为激光雷达相对于目标物体的距离不变，通过处理单元140对接收光进行分析处理，就可以过滤掉环境光引起的干扰信号，确定出探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

本实施例的技术方案，通过环境监测单元监测当前环境中的环境光的光强，当环境光的光强大于预设阈值时，说明当前环境中干扰较强；通过发射单元则以第一频率发射至少两个探测脉冲激光，从而对目标物体进行多次探测；通过接收单元获取接收光，然后通过处理单元根据多次探测结果从接收光中确定探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束，解决环境光影响激光雷达测量准确性的问题，有效提高激光雷达的抗干扰能力。

在上述技术方案的基础上，可选的，发射单元120还用于在当前环境中的环境光的光强小于或等于预设阈值时，以第二频率发射探测脉冲激光；其中，第一频率大于或等于第二频率的N倍，其中，N为大于或等于2的整数。

可选的，处理单元140具体用于：获取接收光中每个光束的接收时刻以及对应的信号幅值；将相同时刻的信号幅值叠加；将叠加后信号幅值最大的光束确定为探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

可选的，处理单元140具体用于：获取接收光中每个光束的接收时刻；获取每个接收时刻对应接收的光束的次数；将同一接收时刻接收的光束的次数最多的光束确定为探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

本发明实施例还提供一种车辆，包括上述实施例提供的任意一种激光雷达。

由于本发明实施例提供的车辆包括上述实施例提供的任意一种激光雷达，上述激光雷达可执行本发明任意实施例所提供的抗干扰的方法，具备方法相同和相应的有益效果。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (8)

1.一种激光雷达抗干扰的方法，其特征在于，包括：

监测当前环境中的环境光的光强是否大于预设阈值；

若是，以第一频率发射至少两个探测脉冲激光；

在接收光中确定所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束；

若当前环境中的环境光的光强小于或等于预设阈值，则以第二频率发射探测脉冲激光；

所述第一频率大于或等于所述第二频率的N倍，其中，N为大于或等于2的整数；

其中，所述接收光包括所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束、所述环境光经目标物体反射的回波光束以及所述环境光。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在接收光中确定所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束包括：

获取所述接收光中每个光束的接收时刻以及对应的信号幅值；

将相同时刻的信号幅值叠加；

将叠加后信号幅值最大的光束确定为所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在接收光中确定所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束包括：

获取所述接收光中每个光束的接收时刻；

获取每个所述接收时刻对应接收的所述光束的次数；

将同一接收时刻接收的次数最多的所述光束确定为所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在接收光中确定所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束之后，还包括：

根据所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束确定目标物体的位置。

5.一种激光雷达，其特征在于，包括：

环境监测单元，用于监测当前环境中的环境光的光强是否大于预设阈值；

发射单元，用于在当前环境中的环境光的光强大于预设阈值时以第一频率发射至少两个探测脉冲激光，在当前环境中的环境光的光强小于或等于预设阈值时，以第二频率发射探测脉冲激光；

其中，所述第一频率大于或等于所述第二频率的N倍，其中，N为大于或等于2的整数；

接收单元，用于获取接收光；所述接收光包括所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束、所述环境光经目标物体反射的回波光束以及所述环境光；

处理单元，用于在接收光中确定所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述处理单元具体用于：

获取所述接收光中每个光束的接收时刻以及对应的信号幅值；

将相同时刻的信号幅值叠加；

将叠加后信号幅值最大的光束确定为所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

7.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，所述处理单元具体用于：

获取所述接收光中每个光束的接收时刻；

获取每个所述接收时刻对应接收的所述光束的次数；

将同一接收时刻接收的次数最多的所述光束确定为所述探测脉冲激光经目标物体反射的回波光束。

8.一种车辆，其特征在于，包括权利要求5~7任一所述的激光雷达。

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