CN110873884A - 车辆用雷达系统及其操作方法 - Google Patents

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Abstract

一种车辆用雷达系统及其操作方法，该系统包括：激光发生器，产生具有地址信号以及脉冲信号的光信号；以及多个雷达传感器，与光纤总线连接，所述多个雷达传感器分别根据所述光信号的所述地址信号，决定是否接收所述光信号的所述脉冲信号。

Description

车辆用雷达系统及其操作方法
技术领域
本发明涉及一种车辆用雷达系统及其操作方法。
背景技术
雷达(light detection and ranging:LiDAR)传感器是利用激光检测距离的技术。该雷达被发展成为了构建三维GIS(地理信息系统：geographic information system)信息而构建地形数据，并将其可视化的形态，从而使用在建设、国防等领域，最近使用在无人驾驶汽车以及移动机器人等中。当为无人驾驶的情况时，雷达传感器作为测距传感器(range measurement sensor)使用。雷达传感器可以向目标物发射激光信号，并通过由目标物反射的反射光接收目标物的信息。
在先技术文献
专利文献
(专利文献1)美国授权专利：US 9,857,468，授权日：2018年1月2日，名称：LIDARSYSTEM
发明内容
本发明的目的在于，提供一种减少光纤使用量的车辆用雷达系统及其操作方法。
根据本发明的实施例的车辆用雷达系统，其包括：激光发生器，产生具有地址信号以及脉冲信号的光信号；以及多个雷达传感器，与光纤总线连接，所述多个雷达传感器各自可以根据所述光信号的所述地址信号，决定是否接收所述光信号的所述脉冲信号。
在实施例中，本发明的特征在于，所述光信号为单一波长的激光信号。
在实施例中，各个所述雷达传感器可以包括：第一光学开关，通过所述光纤总线，接收所述地址信号；以及第二光学开关，通过所述光纤总线，接收所述脉冲信号。
在实施例中，各个所述雷达传感器可以进一步包括控制器用以控制所述第一光学开关以及第二光学开关的打开/关闭。
在实施例中，本发明的特征在于，当接收所述地址信号时，所述控制器打开所述第一光学开关，关闭所述第二光学开关。
在实施例中，本发明的特征在于，当接收所述脉冲信号时，所述控制器关闭所述第一光学开关，打开所述第二光学开关。
在实施例中，本发明的特征在于，进一步包括接收器，从所述第一光学开关接收所述地址信号，并产生相对应的电信号，当所述电信号与相对应的雷达传感器的地址相同时，所述控制器关闭(off)所述第一光学开关，打开(on)所述第二光学开关。
在实施例中，可以进一步包括扫描器，向外部的目标物照射通过所述第二光学开关接收的脉冲信号。
在实施例中，本发明的特征在于，所述扫描器向接收器传送从所述目标物反射的光信号。
在实施例中，本发明的特征在于，在所述激光发生器输出的所述光信号通过所述光纤总线进行传播。
根据本发明的实施例的车辆用雷达系统的操作方法，其包括：在激光发生器产生具有地址信号以及脉冲信号的光信号的步骤；判断在多个雷达传感器分别通过光纤总线接收的所述光信号的所述地址信号是与自身的地址相对应的步骤；以及在所述地址信号与自身的地址相对应的雷达传感器接收所述光信号的脉冲信号的步骤。
在实施例中，所述多个雷达传感器各自可以包括：第一光学开关，接收所述地址信号；以及第二光学开关，接收所述脉冲信号。
在实施例中，判断所述地址信号是否与自身的地址相对应的步骤可以进一步包括：打开所述第一光学开关的步骤；以及关闭所述第二光学开关的步骤。
在实施例中，接收所述光信号的所述脉冲信号的步骤，包括：关闭所述第一光学开关的步骤；以及打开所述第二光学开关的步骤。
在实施例中，可以进一步包括向外部的目标物照射通过所述第二光学开关接收的脉冲信号的步骤。
在实施例中，可以进一步包括：接收从所述目标物反射的光信号的步骤；以及检测所述经接收的光信号和所述经照射的光信号之间的时间差的步骤。
在实施例中，可以进一步包括：接收从所述目标物反射的光信号的步骤；检测所述接收的光信号和所述照射的光信号之间的变化量的步骤；以及计算与所述变化量相对应的距离的步骤。
在实施例中，本发明的特征在于，所述变化量为时间差、相位差以及频率差中的至少一种。
发明效果
根据本发明的实施例的车辆用雷达系统及其操作方法，通过光纤总线连接多个雷达传感器并进行通信，从而减少为了构成雷达系统所需的光纤量，由此能够节约雷达系统构成费用。
另外，根据本发明的实施例的车辆用雷达系统及其操作方法，通过减少光纤所需量，而可以减低系统的复杂度以及重量，从而，可以提高汽车的竞争力。
附图说明
以下附图有助于理解本实施例，其与具体实施方式一起提供实施例。然而，本实施例的技术特征并不局限于特定附图，在各个附图中示出的特征可以通过相互结合来构成新的实施例。
图1是示例根据本发明的实施例的车辆用雷达系统10的示意图。
图2是示例根据本发明的实施例的雷达传感器110的示意图。
图3是示例根据本发明的实施例的雷达传感器的光学开关的动作的示意图。
图4是示例根据本发明的实施例的激光发生器200A的示意图。
图5是示例根据本发明的实施例的车辆用雷达系统10的操作方法的流程图。
附图标记：
10：车辆用雷达系统；110至180：雷达传感器；200：激光发生器；101：光纤总线；111：第一光学开关；112：第二光学开关；113：接收器；114：控制器；115：扫描器
具体实施方式
以下，利用附图明确且详细记载本发明的内容以供本发明技术领域的技术人员容易进行实施。
本发明可以进行多种变更，可以具有多种形态，因此，在附图中示例特定实施例，并在本文中进行详细说明。然而，其并不是通过特定的公开形态限定本发明，而应理解为包括在本发明的思想以及技术范围内包含的所有变更、均等物乃至代替物。第一、第二术语可以用于说明多种构成要素，然而并不由所述术语限定所述构成要素。
所述术语可以作为从其他构成要素区分一个构成要素而使用。例如，在不脱离本发明的权利范围内，第一构成要素可以被命名为第二构成要素，类似地，第二构成要素也可以被命名为第一构成要素。当提及到某一构成要素与其他构成要素“连接”或者“联接”时，可以是指与其他构成要素直接连接或者联接，还应理解为在中间还可以存在其他构成要素。与此相反地，当提及到某一构成要素与其他构成要素“直接连接”或者“直接联接”时，应被理解为在中间不存在其他构成要素。
用于说明构成要素之间的关系的其他表述，即“在∽之间”和“直接在∽之间”或者“与∽相邻的”和“与∽直接相邻的”等也应被理解为与上述相同。本申请中使用的术语仅是为了说明特定实施例而使用的，并不用于限定本发明。文章中没有明确表示时，单数的表述包括复数的表述。
在本申请中，“包括”或者“具有”等术语应被理解为是用于指定实施的特征、数字、步骤、动作、构成要素、部件或者其组合的存在，而不应事先排除一个以上的其他特征或者数字、步骤、动作、构成要素、部件或者其组合的存在或者附加可能性。未作其他定义时，不仅是技术上或者科学上的术语，在此文中使用的所有术语都应具有与本领域技术人员通常所理解的相同的含义。通常使用的辞典上所定义的术语应被理解为与相关技术的文章中所具有的含义相一致的含义，在本申请中未作明确定义时，不应被解释为理想或者过分形式上的含义。
图1是示例根据本发明的实施例的车辆用雷达系统10的示意图。如图1所示，车辆用雷达系统10可以包括：内装在车体上的多个雷达传感器(LIDAR sensors)110至180；以及激光发生器200。
在实施例中，如图1所示，可以在车辆10的前方设置三个雷达传感器110、120、130，在车辆10的侧方设置两个雷达传感器140、150，在车辆的后方设置三个雷达传感器160、170、180。一方面，应理解雷达传感器的设置并不局限于此。
在实施例中，各个雷达传感器110至180可以接收在一个光纤总线101传播(broadcasing)的光信号。在实施例中，光信号可以包括地址信号(address signal)和脉冲信号(pulse signal)。其中，地址信号被设定为与各个雷达传感器110至180相对应，脉冲信号可以是所要传递的数据。各个雷达传感器110至180可以判断通过地址信号接收的光信号是否为自身的信号，然后接收自身的脉冲信号。
在实施例中，各个雷达传感器110至180可以检测输出的光信号和反射的光信号之间的时间差，并保存与经检测的时间差相对应的时间数据，然后通过有/无线方式向位相控制器传送经检测的时间数据。
现有的车辆用雷达系统是利用多个光源发生器生成所要波长的光源，并额外利用分配器通过光纤传递特定波长的光信号。通过光纤传递的光信号通过设置在雷达系统的多个传感头进行输出，然后经输出的光信号被物体反射。经反射的光信号再次作为传感头的输入而使用。利用经输出的光信号以及经接收的光信号检测到经反射的物体为止的延迟时间。由于使用分配器，因此，各个传感头需要光纤。
与此相反地，根据本发明的实施例的车辆用雷达系统10为了减少使用多个传感头时的光纤使用量，而在单一光纤总线101连接激光发生器200以及雷达传感器110至180。为了通过各个传感头区分通过激光发生器200产生的光信号，可以分配有地址信号，并根据相对应的地址值选择传感头。由此，根据本发明的实施例的车辆用雷达系统10通过一个光纤从多个雷达传感器110至180收发光信号，从而具有大幅度减少光纤使用量，而且无需使用分配器的优点。
图2是示例根据本发明的实施例的雷达传感器110的示意图。如图2所示，雷达传感器110可以包括：第一光学开关111、第二光学开关112、接收器113、控制器114以及扫描器115。
第一光学开关111可以构成为接收从光纤101传递的光信号的地址信号。第一光学开关111可以由控制器114打开/关闭。
第二光学开关112可以构成为接收从光纤101传递的光信号的脉冲信号。第二光学开关112可以由控制器114打开/关闭。
接收器113可以构成为将由第一光学开关111接收的光信号转换为电信号。即，接收器113可以生成与光信号相对应的电信号。在实施例中，接收器113作为电信号可以产生电流脉冲或者电压脉冲。在其他实施例中，接收器113可以包括至少一个光导二极管或者单光子二极管。
控制器114可以构成为从接收器113接收使地址信号发生转换的信号，并判断经接收的地址信号是否与雷达传感器110的地址相对应。另外，当接收的地址信号与雷达传感器110的地址相对应时，控制器114可以构成为关闭第一光学开关111，打开第二光学开关112。
另外，控制器114可以构成为检测通过扫描器115向目标物发送的光信号的脉冲信号和从目标物反射的光信号的脉冲信号之间的变化量，然后保存与经检测的变化量相对应的时间信息。在实施例中，该变化量可以为时间差、相位差、频率差等。
扫描器115可以构成为接收由第二光学开关112接收的光信号的脉冲信号，并传送到目标物。另外，扫描器115可以构成为接收从目标物反射的光信号。
在实施例中，扫描器115可以被调整为朝一个以上的方向照射光信号。如图2所示，扫描器115可以包括第一镜以及第二镜。其中，第一镜使光信号指向第二镜。一方面，扫描器115可以被称为束流扫描器、光学扫描器或者激光扫描器。
图3是示例根据本发明的实施例的雷达传感器的光学开关的动作的示意图。可以根据与通过光学开关接收的光信号有关的信息，区分光学开关的动作。如图3所示，在地址信号中，第一光学开关(Optical Switch 1)为“on”状态，第二光学开关(Optical Switch2)为“off”状态。如果相对应的雷达传感器的地址(address)和地址信号的值相同，则可以转变为第一光学开关为“off”状态，而第二光学开关为“on”状态。在该转变状态下，相对应的雷达传感器可以使之后要输入的脉冲(pulse)等待，而脉冲接收以及外部输出结束时，再次返回到地址信号的状态。
在实施例中，在地址信号和脉冲信号之间可以包括预设的时间。
一方面，图1所示的激光发生器200产生了单一波长的激光信号。然而，应理解本发明的激光发生器并不局限于此。本发明的激光发生器还可以包括多个激光，其具有与各个雷达传感器相对应的波长。
图4是示例根据本发明的实施例的激光发生器200A的示意图。如图4所示，激光发生器200A可以包括多个激光器211、212、213、…、21n+1、光学多路复用器220、前置放大器230以及控制器以及脉冲发生器240。
多个激光器211、212、213、…、21n+1可以构成为分别接收脉冲，并产生与雷达传感器相对应的波长的激光信号λ0、…、λn。
光学多路复用器220可以构成为根据控制器240的控制，在多个激光信号λ0、…、λn中选择任一个。
前置放大器230可以构成为放大从光学多路复用器220选择的激光信号。
控制器以及脉冲发生器240可以构成为控制激光发生器200A的整体动作。控制器以及脉冲发生器240可以产生脉冲信号。
图5是示例根据本发明的实施例的车辆用雷达系统10的操作方法的流程图。如图1至图5所示，车辆用雷达系统10的操作方法可以如下进行。
激光发生器200(参考图1)可以产生光信号。其中，光信号可以包括地址信号和脉冲信号(S110)。所产生的光信号可以通过光纤总线101(参考图1)传播到多个雷达传感器110至180。在各个雷达传感器110至180可以判断通过光纤总线101传送的光信号的地址信号是否与自身的地址相对应。如果光信号的地址信号与自身的地址相对应，则可以从相对应的雷达传感器接收光信号的脉冲信号(S130)。之后，所接收的光信号的脉冲信号可以被传送到外部目标物。
如本领域技术人员所理解的，根据本发明的步骤以及/或者动作可以以其他顺序、或者并列、或者为了其他时代(epoch)，可以在其他实施例中同时进行。
根据实施例，可以利用存储于一个以上的非暂时性计算机可读介质的指令、程序、交互式数据结构(interactive data structure)、用户及/或驱动服务器的一个以上的程序实现或执行多个步骤及/或动作的局部或全部。作为示例，一个以上的非暂时性计算机可读介质可以是软件、固件、硬件及/或其任何组合。此外，本说明书中所提的“模块”的功能可以用软件、固件、硬件及/或其任何组合来实现。
本发明的实施例的用于实现/执行本发明的实施例的一个以上动作/步骤/模块的一个以上的非暂时性计算机可读介质及/或装置可以包括包含专用集成电路(ASIC，application-specific integrated circuits)、标准集成电路、微控制器的、执行适当指令的控制器及/或嵌入式控制器、现场可编程门阵列(FPGA，field-programmable gatearrays)、复杂可编程逻辑器件(CPLD)及类似器件，但是，并不局限于此。
根据本发明的实施例的车辆用雷达系统可以将汽车内存在的多个雷达传感器分为发送部和接收部而合并发送部，并通过光纤连接发送部和接收部。另外，根据本发明的实施例的车辆用雷达系统不使用在使用发送部时所需的光纤分配器，而通过单一光纤分配地址进行区分，从而能够节约雷达系统价格。
根据本发明的实施例的车辆用雷达系统及其操作方法，可以通过光纤总线进行雷达传感器模块之间的连接以及通信。由此，通过减少所需的光纤量，可以节约雷达系统构成费用。通过减少光纤所需量，并通过系统复杂度以及重量的减少，可以提高汽车的竞争力。
一方面，上述本发明的内容仅是用于实施发明的具体实施例。本发明不仅包括具体且实际可以利用的手段本身，还包括可以作为装置技术活用的理想且概念性的想法的技术思想。

Claims (17)

1.一种车辆用雷达系统，其特征在于，包括：
激光发生器，产生具有地址信号以及脉冲信号的光信号；以及
多个雷达传感器，与光纤总线连接，
所述多个雷达传感器分别根据所述光信号的所述地址信号决定是否接收所述光信号的所述脉冲信号。
2.根据权利要求1所述的车辆用雷达系统，其特征在于，所述光信号为单一波长的激光信号。
3.根据权利要求1所述的车辆用雷达系统，其特征在于，各个所述雷达传感器，包括：
第一光学开关，通过所述光纤总线，接收所述地址信号；以及
第二光学开关，通过所述光纤总线，接收所述脉冲信号。
4.根据权利要求3所述的车辆用雷达系统，其特征在于，各个所述雷达传感器进一步包括控制器用以控制所述第一光学开关以及第二光学开关的打开/关闭。
5.根据权利要求4所述的车辆用雷达系统，其特征在于，当接收所述地址信号时，所述控制器打开所述第一光学开关，关闭所述第二光学开关。
6.根据权利要求4所述的车辆用雷达系统，其特征在于，当接收所述脉冲信号时，所述控制器关闭所述第一光学开关，打开所述第二光学开关。
7.根据权利要求4所述的车辆用雷达系统，其特征在于，进一步包括接收器，从所述第一光学开关接收所述地址信号，并产生相对应的电信号，
当所述电信号与相对应的雷达传感器的地址相同时，所述控制器关闭所述第一光学开关，打开所述第二光学开关。
8.根据权利要求3所述的车辆用雷达系统，其特征在于，进一步包括扫描器，向外部的目标物照射通过所述第二光学开关接收的脉冲信号。
9.根据权利要求8所述的车辆用雷达系统，其特征在于，所述扫描器向接收器传送从所述目标物反射的光信号。
10.根据权利要求1所述的车辆用雷达系统，其特征在于，在所述激光发生器输出的所述光信号通过所述光纤总线进行传播。
11.一种方法，其为车辆用雷达系统的操作方法，其特征在于，包括：
在激光发生器产生具有地址信号以及脉冲信号的光信号的步骤；
在多个雷达传感器分别判断通过光纤总线接收的所述光信号的所述地址信号是与自身的地址相对应的步骤；以及
从所述地址信号与自身的地址相对应的雷达传感器接收所述光信号的脉冲信号的步骤。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，
所述多个雷达传感器各自包括：
第一光学开关，接收所述地址信号；以及
第二光学开关，接收所述脉冲信号。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，判断所述地址信号是否与自身的地址相对应的步骤，进一步包括：
打开所述第一光学开关的步骤；以及
关闭所述第二光学开关的步骤。
14.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，接收所述光信号的所述脉冲信号的步骤，包括：
关闭所述第一光学开关的步骤；以及
打开所述第二光学开关的步骤。
15.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步包括向外部的目标物照射通过所述第二光学开关接收的所述光信号的脉冲信号的步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，进一步包括：
接收从所述目标物反射的光信号的步骤；
检测所述接收的光信号和所述照射的光信号之间的变化量的步骤；以及
计算与所述变化量相对应的距离的步骤。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述变化量为时间差、相位差以及频率差中的至少一个。
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