CN110646806B - 激光雷达及激光雷达控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明的实施例中公开了一种激光雷达及激光雷达控制方法，所述激光雷达中，接收的反射激光后分为两路信号输出，这两路信号通过不同的功能单元进行处理，使得两路信号可以进行相互的补充，从而获得的被测物体的测距数据更加精确和可靠；同时，本发明其中一路信号是由时间数字转化器进行处理，在激光雷达的模数转化器由于强反射物体的反射激光而达到饱和时，仍可以及时获得较为精确的测距数据，扩大了激光雷达的使用范围，提高了激光雷达测距的精确性、响应速度和可靠性。

Description

激光雷达及激光雷达控制方法

技术领域

本发明涉及检测领域，特别涉及一种激光雷达及激光雷达控制方法。

背景技术

激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、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，然后将接收到的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，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

目前，大多数的激光雷达的都采用光电接收器件，即将目标物体反射回来的激光回波信号转换为电信号，再由模数转换器转换为数字信号，再通过信号处理等方法，得到物体相对于激光雷达的距离数据。

现有的激光雷达在激光回波信号较强或激光回波信号较弱时，由于模数转换器的数据饱和或因检测波形门限等缺陷，容易出现测距不准、稳定性降低等问题。常规的处理方法是获得模数转换器的参数值，通过相应算法获得某一时刻模数转换器是否数据饱和，从而判断物体是否为高反射，如果确定目标物体是高反射物体，则降低激光的发射功率，从而使高反射物体反射的激光回波能量减少，使模数转换器的数据在下一时间段为非饱和状态，从而实现对高反射物体的准确测距。

尽管现有的方法可以实现对高反射物体进行较准确的测距，但因为对激光发射器的功率控制需要逐步降低，所以现有的激光雷达在遇到高反射物体时，测距数据会有延迟，降低了激光雷达的时效性和准确性。

发明内容

本发明实施例中提供了一种激光雷达及激光雷达控制方法，能提高激光雷达的精确度和可靠性。

为了解决上述技术问题，本发明实施例公开了如下技术方案：

一方面，提供了一种激光雷达，所述激光雷达包括：

激光接收器，用于接收反射激光，并输出第一信号和第二信号；

模数转换器，用于将第一信号转化为波形信号；

时间数字转换器，用于将所述第二信号转化为时间间隔信号；

处理器，用于根据所述波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据；

其中，所述反射激光为出射激光经所述被测物体反射后的激光，所述第一信号和第二信号相同。

可选的，所述激光接收器包括：

第一接收器，用于接收反射激光，并输出第一信号；

第二接收器，与所述第一接收器相同，用于与所述第一接收器接收相同的反射激光，并输出第二信号。

可选的，所述激光接收器还用于将反射激光转化为模拟电信号，并将所述模拟电信号分为所述第一信号和第二信号。

可选的，所述处理器根据波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据，包括：

对所述波形数据进行处理，获得被测物体的第一距离信息；

根据所述时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息；

对所述第一距离信息和第二距离信息进行同步；

获得同步后的第一距离信息和第二距离信息之间的差异；

根据所述差异对第一距离信息或第二距离信息进行补偿修正，获得被测物体的测距数据。

可选的，所述处理器根据时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息，包括：

根据所述时间间隔信号，获得相对于参考信号的时间间隔信息；

根据所述时间间隔信息，获得被测物体相对于参考信号的第二距离信息。

第二方面，提供了一种激光雷达控制方法，所述方法包括：

激光接收器接收反射激光，并输出第一信号和第二信号；

模数转换器将第一信号转化为波形信号；

时间数字转换器将所述第二信号转化为时间间隔信号；

处理器根据所述波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据；

其中，所述反射激光为出射激光经所述被测物体反射后的激光，所述第一信号和第二信号相同。

可选的，所述激光接收器接收反射激光，并输出第一信号和第二信号，包括：

第一接收器接收反射激光，并输出第一信号；

第二接收器与所述第一接收器接收相同的反射激光，并输出第二信号，其中，所述第二接收器与所述第一接收器相同。

可选的，所述激光接收器接收反射激光，并输出第一信号和第二信号，包括：

所述激光接收器将反射激光转化为模拟电信号，并将所述模拟电信号分为所述第一信号和第二信号。

可选的，所述处理器根据波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据，包括：

对所述波形数据进行处理，获得被测物体的第一距离信息；

根据所述时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息；

对所述第一距离信息和第二距离信息进行同步；

获得同步后的第一距离信息和第二距离信息之间的差异；

根据所述差异对第一距离信息或第二距离信息进行补偿修正，获得被测物体的测距数据。

可选的，所述处理器根据时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息，包括：

根据所述时间间隔信号，获得相对于参考信号的时间间隔信息；

根据所述时间间隔信息，获得被测物体相对于参考信号的第二距离信息。

本发明的实施例中公开了一种激光雷达，上述激光雷达中，接收的反射激光后分为两路信号输出，这两路信号通过不同的功能单元进行处理，使得两路信号可以进行相互的补充，从而获得的被测物体的测距数据更加精确和可靠；同时，本发明其中一路信号是由时间数字转化器进行处理，在激光雷达的模数转化器由于强反射物体的反射激光而达到饱和时，仍可以及时获得较为精确的测距数据，扩大了激光雷达的使用范围，提高了激光雷达测距的精确性、响应速度和可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图；

图2所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图；

图3是常规激光雷达根据多个时刻的测距数据得到的点云数据；

图4是本发明实施例的激光雷达根据多个时刻的测距数据得到的点云数据。

具体实施方式

本发明如下实施例提供了一种激光雷达及激光雷达控制方法，能提高激光雷达的精确性、响应速度和可靠性。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1所示为本发明实施例的激光雷达的结构示意图，如图1所示，本发明的实施例中公开了一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：

激光接收器110，用于接收反射激光，并输出第一信号和第二信号；

模数转换器120，用于将第一信号转化为波形信号；

时间数字转换器130，用于将所述第二信号转化为时间间隔信号；

处理器140，用于根据所述波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据；

其中，所述反射激光为出射激光经所述被测物体100反射后的激光，所述第一信号和第二信号相同。

本发明实施例中，处理器140可以是FPGA等。

本发明实施例的激光雷达还包括发射器150等。

本发明的激光雷达中，接收的反射激光后分为两路信号输出，这两路信号通过不同的功能单元进行处理，使得两路信号可以进行相互的补充，从而获得的被测物体的测距数据更加精确和可靠；同时，本发明其中一路信号是由时间数字转化器进行处理，在激光雷达的模数转化器由于强反射物体的反射激光而达到饱和时，仍可以获得较为精确的测距数据，扩大了激光雷达的使用范围，提高了激光雷达精准测距的精确性、响应速度和可靠性。

本发明实施例中，对于激光接收器，提供了两种实施方式，第一种实施方式中，所述激光接收器包括：

第一接收器，用于接收反射激光，并输出第一信号；

第二接收器，与所述第一接收器相同，用于与所述第一接收器接收相同的反射激光，并输出第二信号。

即第一种实施方式包括两个相同的接收器，接收相同的反射激光，输出的第一信号和第二信号也相同。

第一种实施方式的激光雷达的结构示意图如图2所示，图2中，包括两个接收器，分别为111和112，其中，111和112接收到的反射激光是相同的。

图2中与图1中标号相同的部件具有相同或相似的功能，在此不再赘述。

第二种实施方式中，所述激光接收器还用于将反射激光转化为模拟电信号，并将所述模拟电信号分为所述第一信号和第二信号。

即第二种实施方式中，只采用了一个激光接收器，但是可以同时输出两路相同的信号。

第二种实施方式的激光雷达的结构示意图与图1相似，在此不再赘述。

本发明实施例中，所述处理器根据波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据，包括：

对所述波形数据进行处理，获得被测物体的第一距离信息；

根据所述时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息；

对所述第一距离信息和第二距离信息进行同步；

获得同步后的第一距离信息和第二距离信息之间的差异；

根据所述差异对第一距离信息或第二距离信息进行补偿修正，获得被测物体的测距数据。

本发明实施例中，根据所述时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息，包括：

根据所述时间间隔信号，获得相对于参考信号的时间间隔信息；

根据所述时间间隔信息，获得被测物体相对于参考信号的第二距离信息。

对于ADC(模数转换器)输出的波形数据，可以通过数据同步、滤波、回波检测、面积计算、功率计算及距离运算等环节，将得到对于该路接收信号的距离信息。

对所述第一距离信息和第二距离信息进行同步，可以通过统一的时间戳或其它方式进行，在此不再赘述。

在本发明的一个实施例中，激光雷达对被测物体进行测距，获得TDC(时间数字转换器)通路的第二距离信息和ADC(模数转换器)通路的第一距离信息。根据功率信息，判断当前发射激光、接收激光是否正常，如果正常，那么根据面积信息进行判断，如果面积信息正常，可以认为该次接收的距离信息正常，再对两路距离信息进行对比，获得两路测距数据的差异，根据差异的大小，对第一距离信息或第二距离信息进行补偿处理，获得最佳的距离信息输出。

图3是常规激光雷达根据多个时刻的测距数据得到的点云数据，图4是本发明实施例的激光雷达根据多个时刻的测距数据得到的点云数据，图3和图4是对同一被测物体的检测，该被测物体是一段墙壁。

由图3、图4的对比可见，本发明实施例获得的点云数据更清晰，特征更加明显，可见，本发明实施例的激光雷达的精确度和可靠性更高。

和上述激光雷达相对应，本发明实施例还公开了一种激光雷达控制方法，所述方法包括：

激光接收器接收反射激光，并输出第一信号和第二信号；

模数转换器将第一信号转化为波形信号；

时间数字转换器将所述第二信号转化为时间间隔信号；

处理器根据所述波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据；

其中，所述反射激光为出射激光经所述被测物体反射后的激光，所述第一信号和第二信号相同。

可选的，所述激光接收器接收反射激光，并输出第一信号和第二信号，包括：

第一接收器接收反射激光，并输出第一信号；

第二接收器与所述第一接收器接收相同的反射激光，并输出第二信号，其中，所述第二接收器与所述第一接收器相同。

可选的，所述激光接收器接收反射激光，并输出第一信号和第二信号，包括：

所述激光接收器将反射激光转化为模拟电信号，并将所述模拟电信号分为所述第一信号和第二信号。

可选的，所述处理器根据波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据，包括：

对所述波形数据进行处理，获得被测物体的第一距离信息；

根据所述时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息；

对所述第一距离信息和第二距离信息进行同步；

获得同步后的第一距离信息和第二距离信息之间的差异；

根据所述差异对第一距离信息或第二距离信息进行补偿修正，获得被测物体的测距数据。

可选的，所述处理器根据时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息，包括：

根据所述时间间隔信号，获得相对于参考信号的时间间隔信息；

根据所述时间间隔信息，获得被测物体相对于参考信号的第二距离信息。

本发明能提高了激光雷达精准测距的精确性、响应速度和可靠性。

本发明实施例公开了一种激光雷达及激光雷达控制方法，所述激光雷达中，接收的反射激光后分为两路信号输出，这两路信号通过不同的功能单元进行处理，使得两路信号可以进行相互的补充，从而获得的被测物体的测距数据更加精确和可靠；同时，本发明其中一路信号是由时间数字转化器进行处理，在激光雷达的模数转化器由于强反射物体的反射激光而达到饱和时，仍可以及时获得较为精确的测距数据，扩大了激光雷达的使用范围，提高了激光雷达测距的精确性、响应速度和可靠性。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件的方式来实现，通用硬件包括通用集成电路、通用CPU、通用存储器、通用元器件等，当然也可以通过专用硬件包括专用集成电路、专用CPU、专用存储器、专用元器件等来实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在存储介质中，如只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：

激光接收器，用于接收反射激光，并输出第一信号和第二信号；

模数转换器，用于将第一信号转化为波形信号；

时间数字转换器，用于将所述第二信号转化为时间间隔信号；

处理器，用于根据所述波形信号的功率信息，判断当前发射激光、接收激光是否正常，

所述处理器还用于在所述当前发射激光、接收激光正常时，进一步判断面积信息是否正常，

以及，在所述面积信息正常时，判断本次接收的距离信息正常；

所述处理器还用于在所述本次接收的距离信息正常时，根据所述波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据；

其中，所述反射激光为出射激光经所述被测物体反射后的激光，所述第一信号和第二信号相同。

2.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光接收器包括：

第一接收器，用于接收反射激光，并输出第一信号；

第二接收器，与所述第一接收器相同，用于与所述第一接收器接收相同的反射激光，并输出第二信号。

3.如权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述激光接收器还用于将反射激光转化为模拟电信号，并将所述模拟电信号分为所述第一信号和第二信号。

4.如权利要求2或3所述的激光雷达，其特征在于，所述处理器根据波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据，包括：

对所述波形数据进行处理，获得被测物体的第一距离信息；

根据所述时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息；

对所述第一距离信息和第二距离信息进行同步；

获得同步后的第一距离信息和第二距离信息之间的差异；

根据所述差异对第一距离信息或第二距离信息进行补偿修正，获得被测物体的测距数据。

5.如权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述处理器根据时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息，包括：

根据所述时间间隔信号，获得相对于参考信号的时间间隔信息；

根据所述时间间隔信息，获得被测物体相对于参考信号的第二距离信息。

6.一种激光雷达控制方法，其特征在于，所述方法包括：

激光接收器接收反射激光，并输出第一信号和第二信号；

模数转换器将第一信号转化为波形信号；

时间数字转换器将所述第二信号转化为时间间隔信号；

处理器根据所述波形信号的功率信息，判断当前发射激光、接收激光是否正常，

如果所述当前发射激光、接收激光正常，进一步判断所述波形信号的面积信息是否正常；

如果所述面积信息正常，则判断本次接收的距离信息正常；

当所述本次接收的距离信息正常时，所述处理器根据所述波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据；

其中，所述反射激光为出射激光经所述被测物体反射后的激光，所述第一信号和第二信号相同。

7.如权利要求6所述的激光雷达控制方法，其特征在于，所述激光接收器接收反射激光，并输出第一信号和第二信号，包括：

第一接收器接收反射激光，并输出第一信号；

第二接收器与所述第一接收器接收相同的反射激光，并输出第二信号，其中，所述第二接收器与所述第一接收器相同。

8.如权利要求6所述的激光雷达控制方法，其特征在于，所述激光接收器接收反射激光，并输出第一信号和第二信号，包括：

所述激光接收器将反射激光转化为模拟电信号，并将所述模拟电信号分为所述第一信号和第二信号。

9.如权利要求7或8所述的激光雷达控制方法，其特征在于，所述处理器根据波形信号和所述时间间隔信号，获得被测物体的测距数据，包括：

对所述波形数据进行处理，获得被测物体的第一距离信息；

根据所述时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息；

对所述第一距离信息和第二距离信息进行同步；

获得同步后的第一距离信息和第二距离信息之间的差异；

根据所述差异对第一距离信息或第二距离信息进行补偿修正，获得被测物体的测距数据。

10.如权利要求9所述的激光雷达控制方法，其特征在于，所述处理器根据时间间隔信号，获得被测物体的第二距离信息，包括：

根据所述时间间隔信号，获得相对于参考信号的时间间隔信息；

根据所述时间间隔信息，获得被测物体相对于参考信号的第二距离信息。

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