CN110174676B - 激光雷达的测距方法、系统和设备 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及一种激光雷达的测距方法、系统和设备，控制器获取激光雷达系统的测距通道上产生的测距中频信号，以及，激光雷达系统的校准通道上产生的校准中频信号；对测距中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的接收中频频率，以及，对校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的校准中频频率；然后，根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，并根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。采用上述方法可以提升激光雷达系统测距准确性。

Description

激光雷达的测距方法、系统和设备
技术领域
本申请涉及光学技术领域，特别是涉及一种激光雷达的测距方法、系统和设备。
背景技术
激光雷达作为智能驾驶系统中最重要的导航系统，已经被各大车企所重视。激光雷达通过发射的激光在空间中进行传播，触碰物体后的反射回波被激光雷达进行接收，通过分析发射信号与回波信号的光信息来进行距离测算，从而达到感知和构建三维物理图像信息。在激光雷达系统中，调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave,FMCW)激光雷达系统是通过具有可变波长的发射连续波的激光器，利用回波信号与发射参考本振信号的频率差来计算探测距离，具有较高的抗干扰能力，得到了广泛的应用。
传统方法中，FMCW激光雷达系统包括发射通道和测距通道，发射通道产生的发射信号为调频连续波，在发射信号探测到被测物体后返回回波信号；然后，测距通道将回波信号与本振信号进行干涉，产生差频信号，进而根据差频信号计算出被测物体的距离。
但是，上述FMCW激光雷达系统的发射通道产生的发射信号一般是非线性的，导致测距通道获得的差频信号在经过快速傅立叶变换之后，发生频谱展宽，导致FMCW激光雷达系统获得的被测物体的距离误差较大。
发明内容
基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种激光雷达的测距方法、系统和设备。
一种激光雷达的测距方法，包括：
获取激光雷达系统的测距通道上产生的测距中频信号，以及，激光雷达系统的校准通道上产生的校准中频信号；
对测距中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的接收中频频率，以及，对校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的校准中频频率；
根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，并根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，其中，等效个数为通过多个臂程差的组合来等效距离时，臂程差的数量。
在其中一个实施例中，上述根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，包括：
根据臂程差与等效个数的乘积，计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
在其中一个实施例中，上述根据臂程差与等效个数的乘积，计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，包括：
将臂程差与等效个数的乘积除以2，确定为激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
在其中一个实施例中，上述根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，包括：
根据时间顺序将不同的校准中频频率进行累加求和；
当累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，根据累加和对应的累计个数确定等效个数。
在其中一个实施例中，上述校准中频频率的时间间隔与臂程差对应的传输时间差相等；当累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，根据累加和对应的累计个数确定等效个数，包括：
当累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，将累加和对应的累计个数确定为等效个数。
在其中一个实施例中，上述获取激光雷达系统的测距通道上产生的测距中频信号，包括：
通过接收耦合器获取测距中频信号，其中，测距中频信号为接收耦合器将目标探测对象返回的回波信号与本振信号进行干涉产生的信号，本振信号为测距通道接收到回波信号时，发射通道发送的激光信号。
在其中一个实施例中，上述获取激光雷达系统的校准通道上产生的校准中频信号，包括：
通过校准耦合器获取校准中频信号；其中，校准中频信号为校准耦合器将干涉仪的两个不同光程的光纤输出的激光信号进行干涉产生的信号。
一种激光雷达系统，包括：激光发射通道、测距通道、校准通道以及与测距通道和校准通道连接的控制器；
激光发射通道将扫频激光器发射的激光信号通过分光器组件发送至激光雷达系统的测距通道以及校准通道；
测距通道通过接收耦合器接收本振信号与目标探测对象返回的回波信号，并对本振信号和回波信号进行干涉，产生测距中频信号；本振信号为测距通道接收到回波信号时，发射通道发送的激光信号；
校准通道通过干涉仪接收激光信号，并将干涉仪的两个不同光程的光纤输出的激光信号发送至校准耦合器产生校准中频信号；
控制器获取测距中频信号以及校准中频信号，分别对测距中频信号和校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应接收中频频率以及校准中频频率；根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，并根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，其中，等效个数为通过多个所述臂程差的组合来等效所述距离时，臂程差的数量。
在一个实施例中，激光发射通道包括依次连接的扫频激光器、光隔离器以及分光器组件；
校准通道包括依次连接的干涉仪、校准耦合器以及校准平衡探测器；
测距通道包括依次连接的接收耦合器以及接收平衡探测器；
激光发射通道通过分光器组件将校准通道发射调频激光信号发送至校准通道接收耦合器以及校准通道干涉仪。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述激光雷达的测距方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述激光雷达的测距方法的步骤。
上述激光雷达的测距方法、系统和设备，控制器获取激光雷达系统的测距通道上产生的测距中频信号，以及，激光雷达系统的校准通道上产生的校准中频信号；对测距中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的接收中频频率，以及，对校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的校准中频频率；然后，根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，并根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。由于控制器获得接收中频频率和校准中频频率，可以进一步根据上述校准中频频率和接收中频频率的关系，将激光雷达系统与目标探测对象之间的距离通过臂程差来表示；进一步地，由于光线校准通道对应的臂程差为一个确定的值，因此上述距离为通过臂程差和等效个数获得的确定的值，而不是在一个范围内变化的波动值，提升了上述激光雷达系统测距准确性。
附图说明
图1为一个实施例中激光雷达的测距方法的应用环境图；
图2为一个实施例中激光雷达的测距方法的流程示意图；
图3为一个实施例中激光雷达系统的结构示意图；
图4为一个实施例中激光雷达系统发射激光信号示意图；
图5为另一个实施例中激光雷达的测距方法的流程示意图；
图6为一个实施例中激光雷达的测距方法的流程示意图；
图7为另一个实施例中激光雷达系统的结构示意图；
图8为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
本申请提供的激光雷达的测距方法可以应用于无人驾驶场景中，也可以应用于其它需要激光雷达系统的场景中。以无人驾驶场景为例，如图1所示，激光雷达系统所在设备200可以通过激光雷达100来探测目标对象300与设备之间的距离；上述目标对象可以但不限于是道路障碍物、车辆以及行人等。
在一个实施例中，如图2所示，提供了一种激光雷达的测距方法，以该方法应用于图1中的激光雷达001为例进行说明，包括：
S101、获取激光雷达系统的测距通道上产生的测距中频信号，以及，激光雷达系统的校准通道上产生的校准中频信号。
其中，上述激光雷达系统为调频连续波(Frequency Modulated ContinuousWave,FMCW)激光雷达系统，可以通过具有可变波长的发射连续波的激光器，利用回波信号与本振信号的频率差来计算探测距离，上述激光雷达系统发射的激光信号新品可以随时间变化而增大，也可以随时间变化而减小，对于上述激光雷达系统的调制方式不做限定。
上述测距通道可以对目标探测对象返回的回波信号与本振信号进行干涉，产生测距中频信号；上述本振信号可以是激光雷达系统的发射通道发送的激光信号，也可以是通过校准通道发送的激光信号，在此不做限定。上述测距通道可以包括耦合器，通过耦合器对上述回波信号与本振信号进行干涉，也可以包括滤光器滤除干扰信号，对于测距通道的组成在此不做限定。
上述校准通道可以根据发射通道发送的激光信号产生校准中频信号，例如，校准通道可以将激光信号输入至两个不同长度的光纤，然后将上述两个不同长度的光纤输出的激光信号进行干涉；另外，校准通道还可以包括干涉仪，通过干涉仪对发射通道发送的激光信号进行转换，然后再通过光耦合器将干涉仪输出的激光信号进行干涉，产生校准中频信号；对于校准中频信号的获取方式在此不做限定。
可选地，如图3所示，激光雷达系统的发射通道包括扫频激光器以及分光器组件；激光雷达系统的校准通道包括依次连接的干涉仪、校准耦合器以及校准平衡探测器；激光雷达系统的测距通道包括依次连接的接收耦合器以及接收平衡探测器；激光发射通道通过分光器组件将激光信号发送至接收耦合器以及干涉仪。
进一步地，控制器通过接收耦合器获取测距中频信号，其中，测距中频信号为接收耦合器将目标探测对象返回的回波信号与本振信号进行干涉产生的信号，本振信号为测距通道接收到回波信号时，发射通道发送的激光信号；控制器还可以通过校准耦合器获取校准中频信号；其中，校准中频信号为校准耦合器将干涉仪的两个不同光程的光纤输出的激光信号进行干涉产生的信号。
具体地，扫频激光器发射激光信号后，通过分光器组件将激光信号发送至测距通道的接收耦合器，以及校准通道的干涉仪；由于上述干涉仪包含两个不同光程的光纤，可以将激光信号发送至校准耦合器，使得校准耦合器可以同时接收到扫频激光器在不同时刻发射的两个激光信号，并对不同时刻发射的两个激光信号进行干涉，并将干涉信号通过校准平衡探测器转换为电信号，得到校准中频信号；进一步地，校准平衡探测器可以将上述校准中频信号发送给控制器。其中，上述干涉仪可以是马赫曾德尔干涉仪。
上述接收耦合器可以接收目标探测对象返回的回波信号，同时以分光组件发送的当前时刻的激光信号为本振信号，并对上述回波信号和本振信号进行干涉，并将干涉后的激光信号通过接收平衡探测器转换成电信号，得到测距中频信号，使得控制器可以获得上述测距中频信号以及校准中频信号。
S102、对测距中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的接收中频频率，以及，对校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的校准中频频率。
具体地，控制器在获取上述测距中频信号以及校准中频信号之后，可以分别对其进行信号处理，例如，控制器可以对测距中频信号进行ADC采样，然后对采样得到的信号进行快速傅立叶变换，获得接收中频频率；并对校准中频信号进行ADC采样，然后对采样得到的信号进行快速傅立叶变换，获得校准中频频率；另外，控制器还可以对采样得到的信号进行希尔伯特变换，得到接收中频频率以及校准中频频率；对于上述信号处理方式在此不做限定。
其中，控制在对测距中频信号以及校准中频信号进行ADC采样时，可以通过较高的采样频率降低每次采样的时长，例如采样频率为1吉赫兹时，采样时长仅为1纳秒，使得在较短的采样时长内，扫频激光器发射的激光信号可以具有较好的线性，从而使控制器得到的接收中频频率以及校准中频频率为一个确定的值。
S103、根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，并根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，其中，等效个数为通过多个所述臂程差的组合来等效所述距离时，臂程差的数量。
在上述步骤的基础上，控制器可以获得不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，来进一步计算校准通道上的臂程差的等效个数。其中，上述臂程差是指校准通道上的两个不同光程的光纤的光程差值，上述臂程差与校准中频频率对应。
以一种激光雷达系统为例，结构如图3所示，扫频激光器发射的激光频率随时间减小。如图4所示，扫频激光器在t0时刻发射频率为f(t0)的激光信号，在t2时刻时校准耦合器接收到通过干涉仪的一路光纤接收到频率为f(t0)的激光信号，同时所接收到的干涉仪的另一路光纤的激光信号的频率为扫频激光器在t1时刻发射的激光信号，频率为f(t1)，因此在t2时刻校准中频信号的频率可以是f(t0)-f(t1)；在t3时刻时，接收耦合器接收到目标探测对象返回的回波信号，此时扫频激光器发射的激光信号的频率为f(t3)，因此接收耦合器获取的本振信号的频率为f(t3)，因此在t3时刻控制器得到的接收中频频率为f(t0)-f(t3)。上述臂程差越小，那么干涉仪的臂程差对应的传输时间差越小，则对应的校准中频频率越小，臂程差越大，则对应的校准中频频率越大；同样地，目标探测对象与激光发射系统的距离越远，则对应的接收中频频率越大，目标探测对象与激光发射系统的距离越近，则对应的接收中频频率越小。
由以上可知，控制器可以根据根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，将目标探测对象与激光发射系统的距离等效为多个臂程差的组合，通过计算校准通道上的臂程差的等效个数，来计算上述距离。
具体地，控制器可以通过微分计算来获得上述等效个数，也可以对获得的不同时刻校准中频频率按照时间顺序进行累加，来确定上述等效个数；对于上述等效个数的确定方式在此不做限定。
上述激光雷达的测距方法，控制器获取激光雷达系统的测距通道上产生的测距中频信号，以及，激光雷达系统的校准通道上产生的校准中频信号；对测距中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的接收中频频率，以及，对校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的校准中频频率；然后，根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，并根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。由于控制器获得接收中频频率和校准中频频率，可以进一步根据上述校准中频频率和接收中频频率的关系，将激光雷达系统与目标探测对象之间的距离通过臂程差来表示；进一步地，由于光线校准通道对应的臂程差为一个确定的值，因此上述距离为通过臂程差和等效个数获得的确定的值，而不是在一个范围内变化的波动值，提升了上述激光雷达系统测距准确性。
在一个实施例中，涉及控制器计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离的一种方式，在上述实施例的基础上，控制器可以根据臂程差与等效个数的乘积，计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
具体地，控制器在获得上述等效个数的基础上，可以根据上述等效个数与臂程差的乘积来计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。控制器可以在上述乘积的基础上，根据发射通道、测距通道以及校准通道中的分光器以及平衡探测器等产生的时延确定系统误差，然后根据上述乘积以及系统误差确定激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。可选地，控制器可以将臂程差与等效个数的乘积除以2，确定为激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
上述激光雷达的测距方法，通过等效个数与臂程差的乘积来确定激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，可以使控制器获得的距离为一个确定的值，使得激光雷达系统获得的距离值更准确。
图5为另一个实施例中激光雷达的测距方法的流程示意图，本实施例涉及控制器计算等效个数的具体方式，如图5所示，在上述实施例的基础上，上述S103包括：
S201、根据时间顺序将不同的校准中频频率进行累加求和。
S202、当累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，根据累加和对应的累计个数确定等效个数。
其中，上述时间顺序为上述校准中频频率的获取时刻之间的顺序。具体地，控制器可以根据不同时刻对应的校准中频频率，按照时间间隔提取对应的校准中频频率值，然后对提取的校准中频频率值进行累加求和。控制器可以在测距通道接收到回波信号时，提取上述接收到回波信号的时刻之前，按照时间间隔提取多个校准中频频率值，然后对上述多个校准中频频率值进行累加求和；控制器也可以在接收到回波信号一定时长之后，再提取多个校准中频频率值进行累加求和；对于上述累加求和的具体方式在此不做限定。
进一步地，控制器可以在累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，根据累加和对应的累计个数确定等效个数。
具体地，上述时间间隔可以是光线校准通到的臂程差对应的传输时间差，也可以是上述传输时间差的倍数，或者传输时间差的二分之一时长，在此不做限定。当上述时间间隔为臂程差对应的传输时间差的两倍时，可以将上述累加和对应的累计个数乘2确定为上述等效个数。
可选地，校准中频频率的时间间隔与臂程差对应的传输时间差相等时，控制器可以在累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，将累加和对应的累计个数确定为等效个数。
上述激光雷达的测距方法，控制器根据时间顺序将不同的校准中频频率进行累加求和，然后将与接收中频频率的差值较小的累加和对应的累计个数确定为等效个数，可以准确地通过校准通道的臂程差来表示激光雷达系统与目标探测对象之间的距离；进一步地，控制器根据时间顺序将不同的校准中频频率进行累加求和，可以在激光信号的一个发射周期内完成距离的计算，避免了不同信号周期发射的激光信号的非线性不同而导致的距离不准确。
在一个实施例中，提供一种激光雷达的测距方法，如图6所示，包括：
S301、激光雷达系统的发射通道将扫频激光器发射的激光信号通过分光器组件发送至激光雷达系统的测距通道以及校准通道。
S302、测距通道通过接收耦合器接收本振信号与目标探测对象返回的回波信号，并对本振信号和回波信号进行干涉，产生测距中频信号；本振信号为测距通道接收到回波信号时，发射通道发送的激光信号。
S303、校准通道通过干涉仪接收激光信号，并将干涉仪的两个不同光程的光纤输出的激光信号发送至校准耦合器产生校准中频信号。
S304、激光雷达系统的控制器获取测距中频信号以及校准中频信号，分别对测距中频信号和校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应接收中频频率以及校准中频频率；根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，并根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
上述激光雷达的测距方法为执行上述图2-图5中对应的激光雷达的测距方法的控制器所在的激光雷达系统对应的方法，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
应该理解的是，虽然图2、图5-图6的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图2、图5-图6中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
在一个实施例中，提供了一种激光雷达系统，系统包括：激光发射通道10、测距通道20、校准通道30以及与测距通道和校准通道连接的控制器40；
激光发射通道10用于将扫频激光器发射的激光信号通过分光器组件发送至激光雷达系统的测距通道以及校准通道；
测距通道20用于通过接收耦合器接收本振信号与目标探测对象返回的回波信号，并对本振信号和回波信号进行干涉，产生测距中频信号；本振信号为测距通道接收到回波信号时，发射通道发送的激光信号；
校准通道30用于通过干涉仪接收激光信号，并将干涉仪的两个不同光程的光纤输出的激光信号发送至校准耦合器产生校准中频信号；
控制器40用于获取测距中频信号以及校准中频信号，分别对测距中频信号和校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应接收中频频率以及校准中频频率；根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，并根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，其中，等效个数为通过多个所述臂程差的组合来等效所述距离时，臂程差的数量。
在一个实施例中，如图3所示，激光发射通道包括依次连接的扫频激光器、光隔离器以及分光器组件；
光纤校准通道包括依次连接的干涉仪、校准耦合器以及校准平衡探测器；
测距通道包括依次连接的接收耦合器以及接收平衡探测器；
激光发射通道通过分光器组件将发射调频激光信号发送至接收耦合器以及干涉仪。
本实施例提供的激光雷达系统，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储激光雷达的测试数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种激光雷达的测试方法。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种激光雷达的测试方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：
获取激光雷达系统的测距通道上产生的测距中频信号，以及，激光雷达系统的校准通道上产生的校准中频信号；
对测距中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的接收中频频率，以及，对校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的校准中频频率；
根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，并根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，其中，等效个数为通过多个所述臂程差的组合来等效所述距离时，臂程差的数量。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据臂程差与等效个数的乘积，计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：将臂程差与等效个数的乘积除以2，确定为激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据时间顺序将不同的校准中频频率进行累加求和；当累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，根据累加和对应的累计个数确定等效个数。
在一个实施例中，校准中频频率的时间间隔与臂程差对应的传输时间差相等，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：
当累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，将累加和对应的累计个数确定为等效个数。
在一个实施例中，激光雷达系统的发射通道包括扫频激光器以及分光器组件；激光雷达系统的校准通道包括依次连接的干涉仪校准耦合器以及校准平衡探测器；激光雷达系统的测距通道包括接收耦合器以及接收平衡探测器；激光发射单元通过分光器组件将激光信号发送至接收耦合器以及干涉仪。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：控制器通过接收耦合器获取测距中频信号，其中，测距中频信号为接收耦合器将目标探测对象返回的回波信号与本振信号进行干涉产生的信号，本振信号为测距通道接收到回波信号时，发射通道发送的激光信号。
在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：通过校准耦合器获取校准中频信号；其中，校准中频信号为校准耦合器将干涉仪的两个不同光程的光纤输出的激光信号进行干涉产生的信号。
本实施例提供的计算机设备，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取激光雷达系统的测距通道上产生的测距中频信号，以及，激光雷达系统的校准通道上产生的校准中频信号；
对测距中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的接收中频频率，以及，对校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的校准中频频率；
根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算校准通道上的臂程差的等效个数，并根据臂程差的等效个数计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，其中，等效个数为通过多个所述臂程差的组合来等效所述距离时，臂程差的数量。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据臂程差与等效个数的乘积，计算激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：将臂程差与等效个数的乘积除以2，确定为激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据时间顺序将不同的校准中频频率进行累加求和；当累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，根据累加和对应的累计个数确定等效个数。
在一个实施例中，校准中频频率的时间间隔与臂程差对应的传输时间差相等，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：当累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，将累加和对应的累计个数确定为等效个数。
在一个实施例中，激光雷达系统的发射通道包括扫频激光器以及分光器组件；激光雷达系统的校准通道包括依次连接的干涉仪校准耦合器以及校准平衡探测器；激光雷达系统的测距通道包括接收耦合器以及接收平衡探测器；激光发射单元通过分光器组件将激光信号发送至接收耦合器以及干涉仪。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过接收耦合器获取测距中频信号，其中，测距中频信号为接收耦合器将目标探测对象返回的回波信号与本振信号进行干涉产生的信号，本振信号为测距通道接收到回波信号时，发射通道发送的激光信号。
在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：通过校准耦合器获取校准中频信号；其中，校准中频信号为校准耦合器将干涉仪的两个不同光程的光纤输出的激光信号进行干涉产生的信号。
本实施例提供的计算机可读存储介质，其实现原理和技术效果与上述方法实施例类似，在此不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器(ROM)、可编程ROM(PROM)、电可编程ROM(EPROM)、电可擦除可编程ROM(EEPROM)或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器(RAM)或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM(SRAM)、动态RAM(DRAM)、同步DRAM(SDRAM)、双数据率SDRAM(DDRSDRAM)、增强型SDRAM(ESDRAM)、同步链路(Synchlink)DRAM(SLDRAM)、存储器总线(Rambus)直接RAM(RDRAM)、直接存储器总线动态RAM(DRDRAM)、以及存储器总线动态RAM(RDRAM)等。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达的测距方法，其特征在于，所述方法包括：
获取所述激光雷达系统的测距通道上产生的测距中频信号，以及，所述激光雷达系统的校准通道上产生的校准中频信号；
对所述测距中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的接收中频频率，以及，对所述校准中频信号进行信号处理得到不同时刻对应的校准中频频率；
根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算所述校准通道上的臂程差的等效个数，并根据所述臂程差的等效个数计算所述激光雷达系统与目标探测对象之间的距离；其中，所述等效个数为通过多个所述臂程差的组合来等效所述距离时，所述臂程差的数量；所述臂程差为所述校准通道上的干涉仪中的两个不同光程的光纤的光程差值；
其中，所述根据不同时刻对应的校准中频频率以及不同时刻对应的接收中频频率，计算所述校准通道上的臂程差的等效个数，包括：
根据时间顺序将不同的校准中频频率进行累加求和；所述校准中频频率的时间间隔与所述臂程差对应的传输时间差相等；
当累加和与任一时刻的接收中频频率的误差小于预设阈值时，将累加和对应的累计个数确定为所述等效个数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述臂程差的等效个数计算所述激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，包括：
根据所述臂程差与所述等效个数的乘积，计算所述激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述臂程差与所述等效个数的乘积，计算所述激光雷达系统与目标探测对象之间的距离，包括：
将所述所述臂程差与所述等效个数的乘积除以2，确定为所述所述激光雷达系统与目标探测对象之间的距离。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取所述激光雷达系统的测距通道上产生的测距中频信号，包括：
通过所述接收耦合器获取所述测距中频信号，其中，所述测距中频信号为所述接收耦合器将所述目标探测对象返回的回波信号与本振信号进行干涉产生的信号，所述本振信号为所述测距通道接收到所述回波信号时，发射通道发送的激光信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述获取所述激光雷达系统的校准通道上产生的校准中频信号，包括：
通过所述校准耦合器获取所述校准中频信号；其中，所述校准中频信号为校准耦合器将所述干涉仪的两个不同光程的光纤输出的激光信号进行干涉产生的信号。
6.一种激光雷达系统，其特征在于，所述系统包括：激光发射通道、测距通道、校准通道以及与所述测距通道和校准通道连接的控制器；
所述激光发射通道用于将扫频激光器发射的激光信号通过分光器组件发送至所述激光雷达系统的测距通道以及校准通道；
所述测距通道用于通过接收耦合器接收本振信号与目标探测对象返回的回波信号，并对所述本振信号和所述回波信号进行干涉，产生测距中频信号；所述本振信号为所述测距通道接收到所述回波信号时，所述发射通道发送的激光信号；
所述校准通道用于通过干涉仪接收所述激光信号，并将干涉仪的两个不同光程的光纤输出的激光信号发送至校准耦合器产生校准中频信号；
所述控制器用于实现上述权利要求1-5任一项所述的方法。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述激光发射通道包括依次连接的扫频激光器、光隔离器以及分光器组件；
所述光纤校准通道包括依次连接的干涉仪、校准耦合器以及校准平衡探测器；
所述激光接收通道包括依次连接的接收耦合器以及接收平衡探测器；
所述激光发射通道通过所述分光器组件将所述发射调频激光信号发送至所述接收耦合器以及所述干涉仪。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述干涉仪为马赫曾德尔干涉仪。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述方法的步骤。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113050070B (zh) * 2019-12-27 2023-03-14 北京万集科技股份有限公司 激光雷达数据处理方法、装置、设备及存储介质
WO2023065149A1 (zh) * 2021-10-20 2023-04-27 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及激光雷达控制方法
CN115877356B (zh) * 2023-02-13 2023-06-02 宁波飞芯电子科技有限公司 探测方法、探测设备及计算机可读存储介质

Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102819022A (zh) * 2012-08-03 2012-12-12 中国科学技术大学 一种基于实时色散傅立叶变换的飞秒测距激光雷达和方法
CN106247954A (zh) * 2016-09-23 2016-12-21 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种基于变频干涉原理的飞秒激光测长装置及方法
CN206131995U (zh) * 2016-09-29 2017-04-26 清华大学深圳研究生院 飞秒激光测距装置
CN107764189A (zh) * 2017-09-30 2018-03-06 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种大范围重频调制的飞秒激光绝对测距装置及方法
CN107894516A (zh) * 2017-09-05 2018-04-10 南京牧镭激光科技有限公司 一种激光雷达的距离门的标定系统
CN108761429A (zh) * 2018-05-17 2018-11-06 北京航天计量测试技术研究所 一种调频连续波激光雷达调频非线性高精度实时校正方法
CN109031338A (zh) * 2018-09-28 2018-12-18 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及其测距方法
CN109031337A (zh) * 2018-09-28 2018-12-18 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及其测距方法
CN109407108A (zh) * 2018-12-17 2019-03-01 北京瑞特森传感科技有限公司 一种激光雷达系统和测距方法
CN109444828A (zh) * 2018-10-16 2019-03-08 北京邮电大学 一种基于线性调频连续波的多目标检测识别方法和系统
CN109459761A (zh) * 2018-12-20 2019-03-12 南京牧镭激光科技有限公司 一种激光雷达
CN109633653A (zh) * 2019-01-28 2019-04-16 上海通轩电子科技有限公司 一种雷达抗干扰方法、装置、抗干扰雷达和存储介质

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103630908B (zh) * 2013-12-08 2016-04-13 中国科学技术大学 分子散射测风激光雷达中激光频谱测量校准方法
US10247538B2 (en) * 2014-10-29 2019-04-02 Bridger Photonics, Inc. Accurate chirped synthetic wavelength interferometer

Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102819022A (zh) * 2012-08-03 2012-12-12 中国科学技术大学 一种基于实时色散傅立叶变换的飞秒测距激光雷达和方法
CN106247954A (zh) * 2016-09-23 2016-12-21 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种基于变频干涉原理的飞秒激光测长装置及方法
CN206131995U (zh) * 2016-09-29 2017-04-26 清华大学深圳研究生院 飞秒激光测距装置
CN107894516A (zh) * 2017-09-05 2018-04-10 南京牧镭激光科技有限公司 一种激光雷达的距离门的标定系统
CN107764189A (zh) * 2017-09-30 2018-03-06 中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所 一种大范围重频调制的飞秒激光绝对测距装置及方法
CN108761429A (zh) * 2018-05-17 2018-11-06 北京航天计量测试技术研究所 一种调频连续波激光雷达调频非线性高精度实时校正方法
CN109031338A (zh) * 2018-09-28 2018-12-18 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及其测距方法
CN109031337A (zh) * 2018-09-28 2018-12-18 深圳市速腾聚创科技有限公司 激光雷达及其测距方法
CN109444828A (zh) * 2018-10-16 2019-03-08 北京邮电大学 一种基于线性调频连续波的多目标检测识别方法和系统
CN109407108A (zh) * 2018-12-17 2019-03-01 北京瑞特森传感科技有限公司 一种激光雷达系统和测距方法
CN109459761A (zh) * 2018-12-20 2019-03-12 南京牧镭激光科技有限公司 一种激光雷达
CN109633653A (zh) * 2019-01-28 2019-04-16 上海通轩电子科技有限公司 一种雷达抗干扰方法、装置、抗干扰雷达和存储介质

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FMCW激光雷达信号处理与研究;赵昊;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20150215(第2期);第3.2.2节基于频率采样的非线性校正原理、图3-4、3-5 *
Overcoming the Coherence Distance Barrier in Long-Range FMCW LIDAR;Taehwan Kim et al.;《2018 Conference on Lasers and Electro-Optics (CLEO)》;20180809;全文 *

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