CN110609298A - 一种适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法，包括：实时检测每一探测周期内的所有反射光信号；根据预设阈值判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2；根据第一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1–t3；根据最后一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t2+t4。本发明实施例还提供一种适用于探测复杂场景的距离选通门控制装置。本发明适用于探测复杂场景。
Description
技术领域
本发明涉及雷达探测技术领域，具体涉及一种适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法及装置。
背景技术
距离选通条纹管激光雷达在探测领域，尤其是水下探测领域，有得天独厚的优势，其距离分辨率高，且距离选通的机制能够有效降低水体后向散射对测量结果的影响。但是实践中，经常需要探测复杂场景，例如，多个目标在同一个探测周期同时出现在雷达视野中，目标物或载有激光雷达的平台会移动等，而复杂场景导致距离选通门打开时间和关闭时间无法准确确定，甚至无法接收到目标反射的光信号。
基于上述技术问题，申请人在现有技术中寻找解决方案，经大量检索，发现公布号为CN110018495A，名称为一种条纹管成像激光雷达激光发射随机误差测量及补偿系统的发明专利申请，以及公布号为CN106814356A，名称为一种基于雷达信号处理系统的距离跟踪子系统的发明专利申请；其中，一种条纹管成像激光雷达激光发射随机误差测量及补偿系统的技术方案主要包括：条纹管激光雷达激光发射随机误差测量模块、条纹相机和图像处理端。激光发光投射至目标，条纹管激光雷达激光发射随机误差测量模块将时间差信息传输至图像处理端；条纹相机采集目标反射的激光，输出图像到图像处理端，图像处理端结合时间差和图像进行时间补偿，消除因激光延时抖动带来的测量误差。可见，此现有专利申请并未给出解决上述技术问题的技术方案。一种基于雷达信号处理系统的距离跟踪子系统的技术方案主要包括：距离波门选通模块、脉冲压缩模块、相参积累MTD模块、恒虚警检测模块、跟踪波门模块、距离定心处理模块、测距模块、卡尔曼滤波模块/α-β滤波模块。此方案通过控制距离选通波门的延迟，和通道信号经过匹配滤波、MTD和恒虚警检测后检测到目标，然后经跟踪波门和距离定心处理进行无模糊测距，经卡尔曼滤波或α-β滤波产生距离选通波门，使波门中心对准回波所检测到的目标信号，从而保证波门移动自动地跟踪目标，进而使得整个雷达信号处理系统对于得到的中频信号实现中频信号检测和距离跟踪的信号处理流程。可见，此现有专利申请亦未给出解决上述技术问题的技术方案。
发明内容
鉴于此，本发明实施例提供一种适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法及装置。
为实现上述技术目的，本发明实施例提供一种适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法，包括：实时检测每一探测周期内的所有反射光信号；根据预设阈值判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2；根据第一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1–t3；根据最后一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t2+t4。
为实现上述技术目的，本发明实施例还提供一种适用于探测复杂场景的距离选通门控制装置，包括：检测单元和控制单元；所述检测单元，实时将检测到的每一探测周期的所有反射光信号发送给所述控制单元；所述控制单元，根据预设阈值TSNR判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2；根据第一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1–t3；根据最后一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t2+t4
本发明由于采取以上技术方案，与现有技术相比，其具有以下优点：
本发明由于对每一探测周期内的所有反射光信号进行实时检测，并通过预设阈值过滤出有效信号，且通过获取第一个有效信号的波峰时刻和最后一个有效信号的波峰时刻，以及相应预设的距离选通门打开的时间提前量和预设的距离选通门关闭的时间延迟量，即可在多个目标在同一个探测周期同时出现在雷达视野中的等类似复杂场景中，准确确定距离选通门的打开时间和关闭时间，非常方便，可靠。
本发明设计结构简单、可靠，操作方便，探测结果准确，可以广泛应用于雷达探测技术领域。
附图说明
图1是本发明的适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法其中一个实施例的探测图像示意图；
图2是本发明的适用于探测复杂场景的距离选通门控制装置其中一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施方式和附图，对本发明做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
本发明实施例提供一种适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法，如图1所示，包括以下内容：
实时检测每一探测周期内的所有反射光信号；
根据预设阈值TSNR判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2，本实施例中，仅以一个探测周期内，检测到两个反射光信号，且两个反射光信号均有效，进行简单说明，实际探测情况，并不限于此；
根据第一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1–t3；
根据最后一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t2+t4。
通过以上方案，由于对每一探测周期内的所有反射光信号进行实时检测，并通过预设阈值过滤出有效信号，且通过获取第一个有效信号的波峰时刻和最后一个有效信号的波峰时刻，以及相应预设的距离选通门打开的时间提前量和预设的距离选通门关闭的时间延迟量，即可在多个目标在同一个探测周期同时出现在雷达视野中的等类似复杂场景中，准确确定距离选通门的打开时间和关闭时间，非常方便，可靠。
在一个实施例中，根据预设阈值TSNR判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2，还包括：
据探测周期对当前探测周期检测到的第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2进行标记以及存储，以为下一个探测周期提供距离选通门的打开时间和距离选通门的关闭时间的参考数据；
据探测周期对当前探测周期检测到的第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2进行标记以及存储，举例说明：
第n次探测周期获取的第一个有效信号的波峰时刻标记为：t1_n；第n次探测周期获取的最后一个有效信号的波峰时刻标记为：t2_n；其中，n为探测周期数，且为正整数。
由于探测复杂环境时，目标或载有激光雷达的平台可能会移动，如果距离选通的时间一直不变，那会导致条纹相机无法接收到目标反射的光信号，通过以上方案，提供一种补偿方法或参考依据，使得即便是当目标或载有激光雷达的平台在前后移动时，激光雷达的条纹相机仍能够有效的捕捉到目标反射回来的光信号。
在一个实施例中，上述适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法，还包括：
根据距离选通门的打开时间和关闭时间确定脉冲宽度，其中，脉冲宽度Δt计算公式为：Δt=toff-ton；
根据脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像；
判断目标图像的信噪比是否符合预设值，若符合，则判定脉冲宽度设置适当；若不符合，根据预设时间调整间隔调整距离选通门打开的时间提前量和/或距离选通门关闭的时间延迟量，以调节至合适的脉冲宽度，进而获取满足要求的图像质量；
举例详细说明：假设脉冲宽度为2μs，预设信噪比为8，判定条件是“否符合预设值”可以是获得图像的信噪比是否大于预设信噪比，预设时间调整间隔为0.01μs；
根据2μs的脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像，目标图像的信噪比为8.5，则显然符合信噪比预设值8，说明图像质量满足要求，也即脉冲宽度设置适当；
根据2μs的脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像，目标图像的信噪比为7，则显然不符合信噪比预设值8，说明图像质量不满足要求，也即脉冲宽度设置不适当，此时，至少有三种脉冲宽度调整方式：第一种，单独调节距离选通门打开的时间提前量；第二种，单独调节距离选通门关闭的时间延迟量；第三种，同时调节距离选通门打开的时间提前量和距离选通门关闭的时间延迟量；
由于三种脉冲宽度调整方式基本相同，为避免赘述，此处，仅以第一种为例进行说明：逐次使得距离选通门打开的时间提前量减少，每次减少0.01μs，获取调整后的脉冲宽度，并根据此调整后的脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像，判断目标图像的信噪比是否符合预设值，若符合，则停止调整，若不符合，则重复上述步骤。
通过上述方案，根据获取目标图像的信噪比自动调整脉冲宽度，以获取满足要求的目标图像，便于后期的观测或使用。
在一个实施例中，上述适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法，还包括：检测探测水域的水体浑浊度，并根据水体浑浊度选择相应的波段的激光，以及与所选波段的激光对应的激光脉冲；
具体实施时，各范围的水体浑浊度、各波段的激光，以及与每一波段的激光对应的脉冲均可以以表格的形式预存；实际探测时，根据检测得出的探测水域的浑浊度选择预存的对应范围的水体浑浊度，根据对应范围的水体浑浊度选择对应的波段的激光，根据对应的波段的激光选择对应的脉冲；
举例说明：假设探测水域的水体浊度为7，选择对应选择6到7.5范围的预存的水体浑浊度，根据此范围的水体浑浊度选择蓝绿波段激光，根据蓝绿波段激光选择30ns的脉冲。
通过以上方案，能够对各种浊度水域进行探测，有效避免激光衰减，不但扩宽的适用范围，而且能有效提高探测结果的准确性、可靠性。
基于上述适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法，本发明实施例还提供一种适用于探测复杂场景的距离选通门控制装置，如图2所示，包括：检测单元1和控制单元2；
检测单元1，实时将检测到的每一探测周期的所有反射光信号发送给控制单元2；
控制单元2，根据预设阈值TSNR判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2；
根据第一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1–t3；
根据最后一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t2+t4。
通过以上方案，由于对每一探测周期内的所有反射光信号进行实时检测，并通过预设阈值过滤出有效信号，且通过获取第一个有效信号的波峰时刻和最后一个有效信号的波峰时刻，以及相应预设的距离选通门打开的时间提前量和预设的距离选通门关闭的时间延迟量，即可在多个目标3在同一个探测周期同时出现在雷达视野中的等类似复杂场景中，准确确定距离选通门的打开时间和关闭时间，非常方便，可靠。
在一个实施例中，检测单元1包括激光器11和光电探测器12；
激光器11根据控制单元2的控制指令发射激光；
光电探测器12 实时将检测到的每一探测周期的所有反射光信号发送给控制单元2。
在一个实施例中，光电探测器12通过滤光镜接收反射光信号，以进行过滤，提高检测结果的准确性，本实施例中，滤光镜可拆卸设置在光电探测器12镜头上，以便于拆卸更换。
在一个实施例中，检测单元1还包括水体浑浊度检测单元，水体浑浊度检测单元将检测到的探测水域的水体浑浊度发送给控制单元2，以使得控制单元2根据水体浑浊度控制激光器11的激光波段及脉冲，进而获得良好的探测效果。
在一个实施例中，控制单元2包括时刻获取模块、打开时间确定模块和关闭时间确定模块；
时刻获取模块，根据预设阈值TSNR判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2；
打开时间确定模块，根据第一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1–t3；
关闭时间确定模块，根据最后一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t2+t4。
在一个实施例中，控制单元2还包括参考模块，参考模块获取当前探测周期检测第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2，并据探测周期对当前探测周期检测到的第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2进行标记以及存储，以为下一个探测周期提供距离选通门的打开时间和距离选通门的关闭时间的参考数据。
由于探测复杂环境时，目标或载有激光雷达的平台可能会移动，如果距离选通的时间一直不变，那会导致条纹相机无法接收到目标反射的光信号，通过以上方案，提供一种补偿方法或参考依据，使得即便是当目标或载有激光雷达的平台在前后移动时，激光雷达的条纹相机仍能够有效的捕捉到目标反射回来的光信号。
在一个实施例中，控制单元2还包括脉冲宽度调整模块，脉冲宽度调整模块，根据距离选通门的打开时间和关闭时间确定脉冲宽度；根据脉冲宽度控制条纹相机4获取目标图像；判断目标图像的信噪比是否符合预设值，若符合，则判定脉冲宽度设置适当；若不符合，根据预设时间调整间隔调整距离选通门打开的时间提前量和/或距离选通门关闭的时间延迟量，以调节至合适的脉冲宽度，进而获取满足要求的图像质量。
通过上述方案，根据获取目标图像的信噪比自动调整脉冲宽度，以获取满足要求的目标图像，便于后期的观测或使用。
在一个实施例中，控制单元2还包括激光器控制模块，激光器控制模块根据探测水域的水体浑浊度选择相应的波段的激光，以及与所选波段的激光对应的脉冲，以控制激光器发射激光。
通过以上方案，能够对各种浊度水域进行探测，有效避免激光衰减，不但扩宽的适用范围，而且能有效提高探测结果的准确性、可靠性。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明实施例的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而，可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，并且在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明实施例不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明实施例可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法，包括以下内容：
实时检测每一探测周期内的所有反射光信号；
根据预设阈值判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2；
根据第一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1–t3；
根据最后一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t2+t4。
2.根据权利要求1所述适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法，其特征在于：所述根据预设阈值判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2，还包括：
据探测周期对当前探测周期检测到的第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2进行标记以及存储，以为下一个探测周期提供距离选通门的打开时间和距离选通门的关闭时间的参考数据。
3.根据权利要求1所述适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法，其特征在于：还包括：
根据距离选通门的打开时间和关闭时间确定脉冲宽度，其中，脉冲宽度Δt计算公式为：Δt=toff-ton；
根据脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像；
判断目标图像的信噪比是否符合预设值，若符合，则判定脉冲宽度设置适当；若不符合，根据预设时间调整间隔调整距离选通门打开的时间提前量和/或距离选通门关闭的时间延迟量，以调节至合适的脉冲宽度，进而获取满足要求的图像质量。
4.根据权利要求1所述适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法，其特征在于：还包括：检测探测水域的水体浑浊度，并根据水体浑浊度选择相应的波段的激光，以及与所选波段的激光对应的激光脉冲。
5.一种基于权利要求1到4任意一项所述适用于探测复杂场景的距离选通门控制方法的装置，其特征在于：包括检测单元和控制单元；
所述检测单元，实时将检测到的每一探测周期的所有反射光信号发送给所述控制单元；
所述控制单元，根据预设阈值TSNR判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2；
根据第一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1–t3；
根据最后一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t2+t4。
6.根据权利要求5所述适用于探测复杂场景的距离选通门控制装置，其特征在于：所述检测单元包括水体浑浊度检测单元，所述水体浑浊度检测单元将检测到的探测水域的水体浑浊度发送给所述控制单元，以使得所述控制单元根据水体浑浊度控制激光波段及脉冲。
7.根据权利要求5所述适用于探测复杂场景的距离选通门控制装置，其特征在于：所述控制单元包括时刻获取模块、打开时间确定模块和关闭时间确定模块；
所述时刻获取模块，根据预设阈值TSNR判断当前探测周期检测到的每一反射光信号是否为有效信号，并获取第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2；
所述打开时间确定模块，根据第一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门打开的时间提前量t3，确定距离选通门的打开时间，其中，距离选通门的打开时间ton计算公式为：ton=t1–t3；
所述关闭时间确定模块，根据最后一个有效信号的波峰时刻和预设的距离选通门关闭的时间延迟量t4，确定距离选通门的关闭时间，其中，距离选通门的关闭时间toff计算公式为：toff=t2+t4。
8.根据权利要求5所述适用于探测复杂场景的距离选通门控制装置，其特征在于：所述控制单元还包括参考模块，所述参考模块获取当前探测周期检测第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2，并据探测周期对当前探测周期检测到的第一个有效信号的波峰时刻t1和最后一个有效信号的波峰时刻t2进行标记以及存储，以为下一个探测周期提供距离选通门的打开时间和距离选通门的关闭时间的参考数据。
9.根据权利要求5所述适用于探测复杂场景的距离选通门控制装置，其特征在于：所述控制单元还包括脉冲宽度调整模块，所述脉冲宽度调整模块，根据距离选通门的打开时间和关闭时间确定脉冲宽度；根据脉冲宽度控制条纹相机获取目标图像；判断目标图像的信噪比是否符合预设值，若符合，则判定脉冲宽度设置适当；若不符合，根据预设时间调整间隔调整距离选通门打开的时间提前量和/或距离选通门关闭的时间延迟量，以调节至合适的脉冲宽度。
10.根据权利要求5所述适用于探测复杂场景的距离选通门控制装置，其特征在于：所述控制单元还包括激光器控制模块，所述激光器控制模块根据探测水域的水体浑浊度选择相应的波段的激光，以及与所选波段的激光对应的脉冲。
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Denomination of invention: A distance gate control method and device suitable for detecting complex scenes Effective date of registration: 20211214 Granted publication date: 20200630 Pledgee: Changsha Lugu sub branch of China Everbright Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUNAN GUOTIAN ELECTRONIC TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2021430000086 |
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