CN110780306A - 一种激光雷达抗干扰方法及激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种激光雷达抗干扰方法及激光雷达，该激光雷达抗干扰方法包括：生成随机数据序列，随机数据序列包括随机时间序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间；控制激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲序列到探测区域；接收探测区域反射的回波信号；基于随机时间序列，剔除回波信号中的干扰信号；其中，随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值。本发明实施例提供的激光雷达抗干扰方法，具有较高的抗干扰能力。

Description

一种激光雷达抗干扰方法及激光雷达

技术领域

本发明实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达抗干扰方法及激光雷达。

背景技术

激光雷达是一种通过激光来探测目标物的位置、速度等参数的系统，通常基于时间飞行法实现对目标物的测量。随着激光雷达的普及应用，不同激光雷达之间的干扰问题日趋严重。

现有技术中，采用安装激光雷达在互不照射的高度或者角度，缩小雷达视场角度，缩小感光阵列面积的方式避免外来光信号的干扰。但是现有技术中的方式无法从根本上解决干扰带来的影响。

发明内容

本发明提供一种激光雷达抗干扰方法及激光雷达，具有较高的精度，可以有效提高抗干扰能力。

本发明实施例提供了一种激光雷达抗干扰方法，该激光雷达抗干扰方法包括：

生成随机数据序列，所述随机数据序列包括随机时间序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间；

控制所述激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲序列到探测区域；

接收探测区域反射的回波信号；

基于所述随机时间序列，剔除所述回波信号中的干扰信号；

其中，所述随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值。

进一步地，每个所述随机时间间隔值包括时间间隔基准值和时间间隔波动值，所述时间间隔波动值为预设范围内的随机值。

进一步地，生成随机数据序列以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间的步骤包括：

将所述随机数据序列中的随机时间序列映射成不同发射周期内激光脉冲发射的随机时间间隔值；

根据所述激光脉冲发射的随机时间间隔值，生成第一驱动信号；

根据所述第一驱动信号调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间。

进一步地，基于所述随机时间序列，剔除所述回波信号中的干扰信号的步骤包括：

根据激光雷达发射激光脉冲的时间和接收到回波信号的时间计算距离值；

统计每个距离值的相关性，将相关性低于预设值的距离值对应的回波信号识别为干扰信号；

剔除所述干扰信号。

进一步地，所述随机数据序列还包括随机幅值序列；

生成随机数据序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的幅值；

控制所述激光雷达按照调制后的发射时间和发射幅值发射激光脉冲序列到探测区域；

接收探测区域反射的回波信号；

基于所述随机时间序列和所述随机幅值序列，剔除所述回波信号中的干扰信号。

进一步地，每个所述随机幅值包括幅值基准值和幅值波动值，所述幅值波动值为预设范围内的随机值。

进一步地，生成随机数据序列以调制激光雷达发射激光脉冲序列的幅值的步骤包括：

将所述随机数据序列中的随机幅值序列映射成不同发射周期内激光脉冲发射的随机幅值；

根据所述激光脉冲发射的随机幅值，生成第二驱动信号；

根据所述第二驱动信号调制激光雷达发射激光脉冲序列的幅值。

进一步地，基于所述随机时间序列和所述随机幅值序列，剔除所述回波信号中的干扰信号的步骤包括：

根据激光雷达发射激光脉冲的时间和接收到回波信号的时间计算距离值并统计每个距离值的相关性；

计算激光雷达发射激光脉冲序列时相邻激光脉冲的第一幅值比值以及接收到的相邻回波信号的第二幅值比值；

将相关性低于预设值的距离值对应的回波信号、且第二幅值比值不等于对应第一幅值比值的回波信号识别为干扰信号；

剔除所述干扰信号。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种激光雷达，该激光雷达包括：

控制器、激光发射模块和激光接收模块；

所述控制器用于生成随机数据序列，所述随机数据序列包括随机时间序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间；

所述激光发射模块用于根据所述控制器的控制按照调制后的发射时间发射激光脉冲序列到探测区域；

所述激光接收模块用于接收探测区域反射的回波信号；

所述控制器还用于基于所述随机时间序列，剔除所述回波信号中的干扰信号；

其中，所述随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值。

进一步地，所述激光发射模块包括激光发射器和充电电路；

所述充电电路与所述激光发射器连接，用于向所述激光发射器进行充电以使所述激光发射器发射激光脉冲序列；

所述充电电路包括一个充电单元或者两个充电单元。

本发明实施例提供的激光雷达抗干扰方法，包括：生成随机数据序列，随机数据序列包括随机时间序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间；控制激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲序列到探测区域；接收探测区域反射的回波信号；基于随机时间序列，剔除回波信号中的干扰信号；其中，随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值，通过使随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值，进而使激光雷达发射激光脉冲序列的时间不具备规律性，如此，基于此时随机时间序列，可以将具有固定时间间隔值或者其他穿插在其中的回波激光光束剔除，进而得到正确的回波激光光束，提高了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方法流程图；

图2是现有技术中激光雷达根据回波激光光束获取的干扰点的示意图；

图3是本发明实施例提供的一种激光脉冲序列的示意图；

图4是本发明实施例提供的激光雷达根据回波激光光束获取的干扰点的示意图；

图5是本发明实施例提供的又一种激光脉冲序列的示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种激光雷达抗干扰方法流程图；

图7是本发明实施例提供的又一种激光脉冲序列的示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种激光脉冲序列的示意图；

图9是本发明实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的又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。

图1是本发明实施例提供的一种激光雷达抗干扰方法流程图，如图1所示，该激光雷达抗干扰方法包括：

S110、生成随机数据序列，随机数据序列包括随机时间序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间。

其中，本实施例中的随机时间序列为真随机时间序列，即此随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值。基于此随机时间序列调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间。

具体的，将随机数据序列中的随机时间序列映射成不同发射周期内激光脉冲发射的随机时间间隔值，根据激光脉冲发射的随机时间间隔值，生成第一驱动信号，根据第一驱动信号调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间。

S120、控制激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲序列到探测区域。

其中，现有技术中激光发射模块10例如每隔50μs发射一个激光脉冲，相当于每两个激光脉冲之间的时间间隔固定是50μs，这样当激光雷达受到周围一个固定频率差的激光雷达的信号干扰，由于频率差固定，只要收到周围激光雷达的其中一个干扰信号，那就会持续收到干扰信号，造成误判。图2是现有技术中激光雷达根据回波激光光束获取的干扰点的示意图，参见图2，假如连续受到干扰，同一水平扫描线的所有干扰点50’都会集中一条曲线51’上，如果是多线激光雷达，接收到的干扰点50’就会形成一个曲面，这些干扰引起的曲线51’或者曲面难以从真实的扫描点云数据中分离出来，就会被误判为障碍物。本实施采用任意相邻的两个激光脉冲100之间的时间间隔不具备规律性，这样任意多台该种激光雷达之间、该种激光雷达与其他定频激光雷达之间原本因为同频率同相位差而形成的干扰点就会被离散化。

示例性的，图3是本发明实施例提供的一种激光脉冲序列的示意图，参见图3，每两个激光脉冲100之间的时间间隔不再是固定的50μs，即激光雷达分别在0秒时刻、50μs-50ns时刻、100μs-50ns时刻、150μs+20ns时刻以及200μs时刻分别各发射了一个激光脉冲100，这样每两个激光脉冲100之间的时间间隔使得激光雷达发射激光脉冲序列的发射时间形成了一个时序编码。这五个激光脉冲的时间间隔为：50μs-50ns、50μs、50μs+70ns、50μs-20ns。

S130、接收探测区域反射的回波信号。

其中，对反射的回波信号进行接收。

S140、基于随机时间序列，剔除回波信号中的干扰信号。

具体的，根据激光雷达发射激光脉冲的时间和接收到回波信号的时间计算距离值，例如可以采用方差法或距离比较法统计每个距离值的相关性，将相关性低于预设值的距离值对应的回波信号识别为干扰信号，剔除干扰信号。

示例性的，根据接收的回波信号的时间间隔特征对信号进行比对和筛选。如果接收的这几个回波脉冲之间的时间间隔近似(允许存在小于1ns的抖动误差)例如是50μs-50ns、50μs、50μs+70ns、50μs-20ns，则为真实回波信号，其他穿插在其中其他信号则为干扰信号，具体的，图4是本发明实施例提供的激光雷达根据回波信号获取的干扰点的示意图，如图4所示，由于本发明实施例提供的激光雷达发射的相邻的激光脉冲100之间的时间间隔不具备规律性，因此，激光雷达获取的干扰激光雷达引起的干扰点60不再在同一条曲线上，成为离散的干扰点，此时，干扰点60容易被识别出来，从而有利于排除干扰。通过这种方式剔除干扰信号，获得真实回波信号，获得准确的探测物的距离信息。

本发明实施例提供的激光雷达抗干扰方法，包括：生成随机数据序列，随机数据序列包括随机时间序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间；控制激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲序列到探测区域；接收探测区域反射的回波信号；基于随机时间序列，剔除回波信号中的干扰信号；其中，随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值，通过使随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值，进而使激光雷达发射激光脉冲序列的时间不具备规律性，如此，基于此时随机时间序列，可以将具有固定时间间隔值或者其他穿插在其中的回波激光光束剔除，进而得到正确的回波激光光束，提高了激光雷达的抗干扰能力。

在上述方案的基础上，可选的，每个随机时间间隔值包括时间间隔基准值和时间间隔波动值，时间间隔波动值为预设范围内的随机值。

示例性的，图5是本发明实施例提供的又一种激光脉冲序列的示意图，如图5所示，激光雷达发射激光脉冲序列时，激光雷达发射的频率不是严格固定的，而是固定时序的基础上叠加了一个随机的增量，例如，在时间间隔基准值的基础上有一个时间间隔波动值，此时间间隔波动值例如可以为纳秒级的随机浮动(例如随机浮动可设置在0～100ns)，这样任意多台该种激光雷达之间、该种激光雷达与其他定频激光雷达之间原本因为同频率同相位差而形成的干扰点就会被离散化，达到滤除激光雷达干扰点云的目的。

图6是本发明实施例提供的又一种激光雷达抗干扰方法流程图。在上述方案的基础上，可选的，如图6所示，该激光雷达抗干扰方法包括：

S210、生成随机数据序列，随机数据序列包括随机时间序列和随机幅值序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间和发射激光脉冲序列的幅值。

其中，本实施例中的随机数据序列既包括随机时间序列，又包括随机幅值序列。

具体的，将随机数据序列中的随机幅值序列映射成不同发射周期内激光脉冲发射的随机幅值，根据激光脉冲发射的随机幅值，生成第二驱动信号，根据第二驱动信号调制激光雷达发射激光脉冲序列的幅值。

S220、控制激光雷达按照调制后的发射时间和发射幅值发射激光脉冲序列到探测区域。

其中，本实施采用任意相邻的两个激光脉冲100之间的时间间隔不具备规律性的同时，激光脉冲序列中的激光脉冲100的幅值也不具备规律性。

示例性的，图7是本发明实施例提供的又一种激光脉冲序列的示意图，参见图7，激光雷达分别在0秒时刻、50μs-50ns时刻、100μs-50ns时刻、150μs+20ns时刻以及200μs时刻分别各发射了一个激光脉冲100，且0秒时刻发送激光脉冲100的幅值为0.7，50μs-50ns时刻发送激光脉冲100的幅值为0.9，100μs-50ns时刻发送激光脉冲100的幅值为1.1，150μs+20ns时刻发送激光脉冲100的幅值为1.3，200μs时刻发送激光脉冲100的幅值为1.1。

如此，每两个激光脉冲100之间的时间间隔使得激光发射模块10发射激光脉冲100的发射时间形成了一个时序编码。这五个激光脉冲的时间间隔为：50μs-50ns、50μs、50μs+70ns、50μs-20ns。同时，这个五个激光脉冲的幅值也形成一个编码序列。

S230、接收探测区域反射的回波信号。

其中，对反射的回波信号进行接收。

S240、基于随机时间序列和随机幅值序列，剔除回波信号中的干扰信号。

具体的，根据激光雷达发射激光脉冲的时间和接收到回波信号的时间计算距离值并统计每个距离值的相关性，计算激光雷达发射激光脉冲序列时相邻激光脉冲的第一幅值比值以及接收到的相邻回波信号的第二幅值比值，将相关性低于预设值的距离值对应的回波信号、且第二幅值比值不等于对应第一幅值比值的回波信号识别为干扰信号；剔除干扰信号。

示例性的，根据接收的回波信号的时间间隔特征对信号进行比对和筛选，如果接收的这几个回波脉冲之间的时间间隔近似(允许存在小于1ns的抖动误差)例如是50μs-50ns、50μs、50μs+70ns、50μs-20ns，同时计算激光雷达发射激光脉冲序列时相邻激光脉冲的第一幅值比值以及接收到的相邻回波信号的第二幅值比值，如果第二幅值比值等于对应第一幅值比值的回波信号，则为真实回波信号，其他穿插在其中其他信号则为干扰信号。

因为激光雷达发射的频率不是固定的，同时每个激光脉冲的幅值也不是固定的，如此，任意多台该种激光雷达之间、该种激光雷达与其他定频激光雷达之间原本因为同频率同相位差而形成的干扰点就会被离散化,且干扰点的回波强度也变成杂乱，离散且回波强度杂乱的点在最后进行处理的时候就会被识别为干扰点。本实施例通过在随机时间序列的基础上，幅值也是随机，如此，可使时间间隔和幅值的重复率控制得很低，进一步提高激光雷达的抗干扰能力。

可选的，每个随机幅值包括幅值基准值和幅值波动值，幅值波动值为预设范围内的随机值。

示例性的，图8是本发明实施例提供的又一种激光脉冲序列的示意图，参见图8，每一个激光脉冲100的幅值基准值A例如为1，幅值波动值B例如可分别为-0.3、-0.1、+0.1、+0.3和0.1，即脉冲激光光束的幅值分别为0.7、0.9、1.1、1.3和1.1，如此，任意多台该种激光雷达之间、该种激光雷达与其他定频激光雷达之间原本因为同频率同相位差而形成的干扰点就会被离散化，且干扰点的回波强度也变成杂乱，进而达到滤除激光雷达干扰点云的目的。

基于同样的发明构思，本发明实施例还提供了一种激光雷达。图9是本发明实施例提供的一种激光雷达的结构示意图，参见图9，激光雷达包括：控制器10、激光发射模块20和激光接收模块30；控制器10用于生成随机数据序列，随机数据序列包括随机时间序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间；激光发射模块20用于根据控制器10的控制按照调制后的发射时间发射激光脉冲序列到探测区域；激光接收模块30用于接收探测区域反射的回波信号；控制器10还用于基于随机时间序列，剔除回波信号中的干扰信号；其中，所述随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值。

其中，控制器10为现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)，FPGA为一种半定制电路，具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低等优点，加载一个新的设计方案只需几百毫秒，利用重配置可以减少硬件的开销，便于对激光雷达进行设计调试。通过FPGA给激光发射模块20提供控制信号，激光发射模块20用于根据控制器10的控制信号按照调制后的发射时间发射激光脉冲序列到探测区域的探测物40。

激光接收模块30接收由探测物40反射回的回波信号，并将回波信号转换为数字信号，发送至FPGA，FPGA基于随机时间序列对回波信号进行比对和筛选。如果接收的这几个回波脉冲之间的时间间隔近似(允许存在小于1ns的抖动误差)例如是50μs-50ns、50μs、50μs+70ns、50μs-20ns，则为真实回波信号，其他穿插在其中其他信号则为干扰信号，通过这种方式剔除干扰信号，获得真实回波信号，获得准确的探测物的距离信息。

本发明实施例通过使随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值，进而使激光雷达发射激光脉冲序列的时间不具备规律性，如此，基于此时随机时间序列，可以将具有固定时间间隔值或者其他穿插在其中的回波激光光束剔除，进而得到正确的回波激光光束，提高了激光雷达的抗干扰能力。

图10是本发明实施例提供的又一种激光雷达的结构示意图。在上述方案的基础上，可选的，参见图10，激光发射模块20包括激光发射器21和充电电路22；充电电路22与激光发射器21连接，用于向激光发射器21进行充电以使激光发射器21发射激光脉冲序列；充电电路22包括一个充电单元或者两个充电单元。

其中，激光发射器21例如可以包括半导体激光器、光纤激光器、气体激光器或固体激光器。充电单元13与激光发射器11电连接，用于向激光发射器11充电，以使激光发射器11发射激光脉冲序列。且激光发射器21依据一定幅值发射激光脉冲序列，这个幅值由FPGA控制激光发射器21的充电时间。

在上述方案的基础上，可选的，继续参见图10，激光发射模块20还包括准直镜23；准直镜23位于激光脉冲序列的出射光路上，用于对激光脉冲序列进行准直。准直镜23可以减小光束的发散角度，从而增强有效传播的信号的强度，即增加可被利用的信号的强度，从而提高信噪比。

可选的，继续参见图10，激光接收模块30包括接收透镜31、光电传感器32、放大器33和模数转换器34；接收透镜31用于对回波激光光束进行汇聚；光电传感器32用于接收回波激光光束并将回波激光光束转换为电信号；放大器33与光电传感器32电连接，用于放大电信号；模数转换器34与放大器33电连接，用于将放大后的电信号转换为数字信号，并发送至控制模块30。

其中，激光发射器21发射的激光脉冲序列通过准直镜23准直后发射出去到达探测物40，探测物40反射回的回波信号经接收透镜31聚焦到光电传感器32上，并被转换成电信号，电信号经放大器33放大后输入模数转换器34，模数转换器34将放大后的电信号转换成数字信号，以便于后续进行数据处理。通过接收透镜31将发散的回波激光光束聚焦到光电探测器32，可增强被光电探测器32接收的回波激光光束的强度，光电传感器32将光信号转换成电信号，经放大器后输入模数转换器34，模数转换器34将放大后的电信号转换成数字信号后交由FPGA处理。FPGA基于随机时间序列对回波信号进行比对和筛选，进而获得准确的探测物的距离信息。

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 (10)

1.一种激光雷达抗干扰方法，其特征在于，所述方法包括：

生成随机数据序列，所述随机数据序列包括随机时间序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间；

控制所述激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲序列到探测区域；

接收探测区域反射的回波信号；

基于所述随机时间序列，剔除所述回波信号中的干扰信号；

其中，所述随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值。

2.根据权利要求1所述的激光雷达抗干扰方法，其特征在于，每个所述随机时间间隔值包括时间间隔基准值和时间间隔波动值，所述时间间隔波动值为预设范围内的随机值。

3.根据权利要求1所述的激光雷达抗干扰方法，其特征在于，生成随机数据序列以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间的步骤包括：

将所述随机数据序列中的随机时间序列映射成不同发射周期内激光脉冲发射的随机时间间隔值；

根据所述激光脉冲发射的随机时间间隔值，生成第一驱动信号；

根据所述第一驱动信号调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间。

4.根据权利要求1所述的激光雷达抗干扰方法，其特征在于，基于所述随机时间序列，剔除所述回波信号中的干扰信号的步骤包括：

根据激光雷达发射激光脉冲的时间和接收到回波信号的时间计算距离值；

统计每个距离值的相关性，将相关性低于预设值的距离值对应的回波信号识别为干扰信号；

剔除所述干扰信号。

5.根据权利要求1所述的激光雷达抗干扰方法，其特征在于，所述随机数据序列还包括随机幅值序列；

生成随机数据序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的幅值；

控制所述激光雷达按照调制后的发射时间和发射幅值发射激光脉冲序列到探测区域；

接收探测区域反射的回波信号；

基于所述随机时间序列和所述随机幅值序列，剔除所述回波信号中的干扰信号。

6.根据权利要求5所述的激光雷达抗干扰方法，其特征在于，每个所述随机幅值包括幅值基准值和幅值波动值，所述幅值波动值为预设范围内的随机值。

7.根据权利要求5所述的激光雷达抗干扰方法，其特征在于，生成随机数据序列以调制激光雷达发射激光脉冲序列的幅值的步骤包括：

将所述随机数据序列中的随机幅值序列映射成不同发射周期内激光脉冲发射的随机幅值；

根据所述激光脉冲发射的随机幅值，生成第二驱动信号；

根据所述第二驱动信号调制激光雷达发射激光脉冲序列的幅值。

8.根据权利要求5所述的激光雷达抗干扰方法，其特征在于，基于所述随机时间序列和所述随机幅值序列，剔除所述回波信号中的干扰信号的步骤包括：

根据激光雷达发射激光脉冲的时间和接收到回波信号的时间计算距离值并统计每个距离值的相关性；

计算激光雷达发射激光脉冲序列时相邻激光脉冲的第一幅值比值以及接收到的相邻回波信号的第二幅值比值；

将相关性低于预设值的距离值对应的回波信号、且第二幅值比值不等于对应第一幅值比值的回波信号识别为干扰信号；

剔除所述干扰信号。

9.一种激光雷达，其特征在于，包括：

控制器、激光发射模块和激光接收模块；

所述控制器用于生成随机数据序列，所述随机数据序列包括随机时间序列，以调制激光雷达发射激光脉冲序列的时间；

所述激光发射模块用于根据所述控制器的控制按照调制后的发射时间发射激光脉冲序列到探测区域；

所述激光接收模块用于接收探测区域反射的回波信号；

所述控制器还用于基于所述随机时间序列，剔除所述回波信号中的干扰信号；

其中，所述随机时间序列包括多个不具重复性规律的随机时间间隔值。

10.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述激光发射模块包括激光发射器和充电电路；

所述充电电路与所述激光发射器连接，用于向所述激光发射器进行充电以使所述激光发射器发射激光脉冲序列；

所述充电电路包括一个充电单元或者两个充电单元。

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