CN110940964A - 激光雷达及信号识别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种激光雷达及信号识别方法，包括发射单元，所述发射单元包括被动调Q固体激光器，其中，设置所述被动调Q固体激光器的脉冲驱动信号，实现单个周期内多激光脉冲输出；所述多脉冲的数量为至少两个，利用所述多脉冲输出特性识别所述激光雷达发射的信号。基于本发明提供的方案，能够实现多脉冲输出，并基于此多脉冲输出特性进行激光雷达信号识别。

Description

激光雷达及信号识别方法

技术领域

本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种激光雷达及激光雷达信号识别方法。

背景技术

目前激光雷达通常使用固体激光器作为光源，工作模式主要有以下两种：

QCW工作模式：在这种模式下每一个周期内驱动电源输出一个数十微秒至数毫秒量级的电脉冲信号驱动激光器，在每一个周期内输出一个激光脉冲，激光输出脉冲能量较高，可达毫焦量级，一般多用于闪光式激光雷达，但缺点是抗干扰性差。

CW工作模式：激光器的驱动电源为连续电流输出，被动调Q固体激光器的输出频率在kHz至几百kHz，激光脉冲能量较小，在微焦至几十微焦耳。由于连续驱动时的脉冲输出频率是一种被动控制方式，收到泵浦源稳定性的影响，因此激光脉冲输出频率稳定性较差，且单脉冲能量较小。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例的主要目的之一在于提供一种激光雷达及信号识别方法，能够基于被动调Q固体激光器实现单周期内多脉冲输出，并基于此单周期内多脉冲输出特性进行激光雷达信号识别，成功提供了一种具有防干扰功能的多脉冲输出式激光雷达方案，从根本上解决了不同激光雷达同时工作时相互干扰的问题。

本发明实施例提供一种激光雷达，包括发射单元，所述发射单元包括被动调Q固体激光器，其中，设置所述被动调Q固体激光器的脉冲驱动信号，使得被动调Q固体激光器在单周期内发射多个脉冲；所述多个脉冲的数量为至少两个，利用所述多脉冲输出特性识别所述激光雷达发射的信号。

上述方案中，所述发射单元还包括PD信号探测元件，用于实时探测所述被动调Q固体激光器发射的各脉冲信号。

上述方案中，所述PD信号探测元件，还用于将探测到的脉冲信号同步传输给被动调Q固体激光器驱动电路的控制端，当脉冲数目达到预设数目时，控制端调控反馈机制进行关断。

上述方案中，所述激光雷达还包括接收单元、处理单元；其中，所述接收单元，用于接收所述发射单元发射的各脉冲的回波信号，并将所述回波信号发送给处理单元；所述处理单元，用于接收所述PD信号探测元件探测到的各脉冲信号，根据各脉冲信号的接收时间确定其发射时间；和/或，用于接收所述接收单元发送的各脉冲的回波信号，根据各脉冲回波信号的接收时间确定其到达时间。

上述方案中，所述处理单元还用于分别对比发射单元发射的各脉冲信号的时间间隔与接收单元接收的各回波信号的时间间隔，识别所述回波信号是否为激光雷达发射的信号。

上述方案中，当所述发射单元发射的各脉冲信号的时间间隔与接收单元接收的各回波信号的时间间隔至少其一相匹配时，确定所述回波信号为激光雷达发射的信号。

上述方案中，通过调节驱动电路的脉冲宽度或脉冲幅值，设置所述被动调Q固体激光器的脉冲驱动信号。

上述方案中，所述调节驱动电路的脉冲宽度，包括：将驱动电路的驱动脉冲宽度设置为：该被动调Q固体激光器输出单脉冲时对应的驱动脉冲宽度的倍数。

上述方案中，所述调节驱动电路的脉冲幅值，包括：根据被动调Q固体激光器中泵浦源的承受能力和多脉冲的数量增加驱动电路的脉冲幅值。

本发明实施例还提供一种激光雷达信号识别方法，所述方法利用以上所述的激光雷达实现，包括：通过设置所述被动调Q固体激光器的脉冲驱动信号，使得被动调Q固体激光器在单周期内发射多个脉冲；所述多脉冲的数量为至少两个，通过利用所述多脉冲输出特性识别激光雷达发射的信号。

附图说明

图1为激光光源输出单脉冲与驱动脉冲之间的对比图；

图2为激光光源输出多脉冲与驱动脉冲之间的对比图；

图3为本发明激光雷达发射雷达信号的结构示意图；

图4为本发明激光雷达信号识别的过程示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供一种激光雷达，该激光雷达中的激光光源可以利用被动调Q固体激光器实现，通过设置被动调Q固体激光器的脉冲驱动信号实现被动调Q固体激光器单周期内多脉冲输出，并基于此多脉冲输出特性进行激光雷达信号的识别和判断，以排除干扰信号。

以下结合附图及具体实施例对本发明技术方案做进一步详细说明。

本发明实施例提供一种激光雷达，该激光雷达可以包括发射单元1，所述发射单元1包括被动调Q固体激光器，需说明的是，如果利用其他类型激光器实现与本发明类似技术目的或技术效果的方案，属于本发明的等同替换方案，理应包含在本发明披露方案的范围内。

具体的，所述多脉冲输出的实现方式包括：通过调节驱动电路的脉冲宽度或脉冲幅值，设置所述被动调Q固体激光器的脉冲驱动信号，使得被动调Q固体激光器在单周期内发射多个脉冲，进而实现多脉冲输出，所述多脉冲的数量为至少两个。

所述驱动电路具体为被动调Q固体激光器的驱动电源的驱动电路，所述调节驱动电路的脉冲宽度包括：将驱动电路的驱动脉冲宽度设置为该被动调Q固体激光器输出单脉冲时对应的驱动脉冲宽度的倍数，则可以在一个驱动周期内输出多个脉冲，该倍数的范围优选为2-10，但并不以此为限。

在实际应用中，可以根据被动调Q固体激光器的具体特性及相应参数确定被动调Q固体激光器输出单脉冲时对应的驱动脉冲宽度。

如图1所示，图1为激光光源输出单脉冲与驱动脉冲之间的对比图，在确定了激光光源输出单脉冲（P）时对应的驱动脉冲（p）时，将驱动电源的驱动电路的驱动脉冲宽度设置为该驱动脉冲（p）宽度的数倍，例如3倍（如图2图3）。

在实际应用中，所述倍数也有一定的要求和限制，为了进行后续的激光雷达信号识别，该倍数的最小值为2，此最小值对应了激光光源发出的多脉冲的数量至少为两个，也就是至少有一个时间间隔；同时该倍数也不宜过大，因为根据实际应用场景及精度要求的不同，激光雷达信号的识别和判断并不是每次必须要执行的，倍数太大对应的脉冲数量也过多，这样会增加激光光源的平均功率，对激光光源的要求也更高。

另外，还可以根据被动调Q固体激光器中泵浦源的承受能力和多脉冲的数量增加驱动电路的脉冲幅值，这样也可以实现多脉冲输出。

具体的，例如：在固定驱动脉脉冲宽度不变的情况下，通过增加驱动电路的脉冲幅值实现多脉冲输出，具体增加的脉冲幅值的大小需要根据被动调Q固体激光器中泵浦源（二极管激光器）自身可承受的幅值以及泵浦能量的最低值决定，需要满足驱动电源脉冲幅值在泵浦源（激光二极管）的承受范围内、又可以有总够的泵浦能量（是阈值泵浦能量的数倍）实现多脉冲激光的输出。

进一步的，可选的，在激光雷达内部，例如在发射单元的光源模块内部设置有PD（Photo-Diode，光电二极管）信号探测元件，当有激光脉冲输出时，以上内置的PD信号探测元件可以同步实时探测被动调Q固体激光器发射的各脉冲信号，即用于探测激光脉冲的输出，并且PD信号探测元件还能够将探测到的脉冲信号会同步传输给被动调Q固体激光器驱动电路的控制端。

以调节驱动电路的驱动脉冲宽度为例，在每个周期内，由于脉冲信号会同步传输给驱动电路的控制端，因此当所述PD信号探测元件探测到激光脉冲数目达到预设数目时，该控制端会立刻调控反馈机制进行关断，例如立即关断驱动电路的脉冲。

本发明以下实施例以激光光源发射的多脉冲数量为三个进行举例说明，所述三个脉冲分别为P1、P2、P3，对应发射的时间分别是T1、T2、T3。

图2为激光光源输出多脉冲与驱动脉冲之间的对比图，图3为本发明激光雷达发射雷达信号的结构示意图，如图2图3所示，所述激光雷达还包括处理单元2，PD信号探测元件将探测到的各脉冲信号传输给处理单元2，处理单元2接收该脉冲信号，根据各脉冲信号的接收时间确定其（各脉冲信号）的发射时间，也就是确定脉冲P1的发射时间T1、脉冲P2的发射时间T2、脉冲P3的发射时间T3，由于脉冲信号传输实时迅速，因此这里各脉冲信号的接收时间就是其发射时间。

所述激光雷达还包括接收单元3，用于接收所述发射单元1发射的各脉冲的回波信号，并将所述回波信号发送给处理单元2。

适应性的，接收单元3接收到的回波信号分别为P1’、P2’、P3’，接收单元3将其发送给处理单元2，处理单元2接收所述各脉冲的回波信号，根据各脉冲回波信号的接收时间确定其（各脉冲回波信号）到达时间，同理，由于脉冲回波信号传输实时迅速，因此这里各脉冲信号的接收时间就是其到达时间，例如P1’、P2’、P3’对应的接收时间分别为T1’、T2’、T3’，其到达时间也为T1’、T2’、T3’。

所述处理单元2还用于分别对比发射单元1发射的各脉冲信号的时间间隔与接收单元3接收的各回波信号的时间间隔，识别所述回波信号是否为激光雷达发射的信号。

具体的，利用所述多脉冲输出特性识别激光雷达发射的信号的过程可以包括：发射单元1发射的三个脉冲信号的时间间隔有T2-T1、T3-T2、T3-T1，所述接收单元3接收的回波信号的时间间隔有T2’-T1’、T3’-T2’、T3’-T1’，所述处理单元2将T2-T1与T2’-T1’、T3-T2与T3’-T2’、T3-T1与T3’-T1’分别进行对比，根据对比结果的匹配程度识别回波信号是否为激光雷达发射的信号。

当所述发射单元1发射的各脉冲信号的时间间隔与接收单元接收的各回波信号的时间间隔至少其一相匹配时，确定所述回波信号为激光雷达发射的信号，所述“相匹配”并非要求绝对相同，在满足一定误差的范围内通常也是允许的，在本领域相同或类似的应用场景中，该误差范围可以为±2微秒。

也就是说，当T2-T1与T2’-T1’、T3-T2与T3’-T2’、T3-T1与T3’-T1’这三组时间间隔中有至少一组能够相匹配时，则判定回波信号的脉冲与被动调Q固体激光器发射的脉冲相匹配，确定各回波信号均为激光雷达信号，反之，如果三组时间间隔均不能匹配，则判定回波信号为干扰信号。

我们以每个周期内包含3个激光脉冲为例，如图4所示，图4上图为发射单元发射的激光脉冲，其中内置有PD信号探测元件探测到的信号，图4下图为接收单元接收的回波信号。具体的，在每个周期内被动调Q固体激光器输出各脉冲信号之间的时间间隔分别为Δt1（T2-T1）、Δt2（T3-T2）、Δt3（T3-T1）；当接收单元在每个周期内接收到的连续脉冲信号的时间间隔Δt’1（T2’-T1’）、Δt’2（T3’-T2’）、Δt’3（T3’-T1’）与Δt1（T2-T1）、Δt2（T3-T2）、Δt3（T3-T1）分别相等时，则认为所接收到的信号为本激光雷达的回波信号。

或者，也可以根据实际情况，设定判据为Δt’1（T2’-T1’）、Δt’2（T3’-T2’）、Δt’3（T3’-T1’）与Δt1（T2-T1）、Δt2（T3-T2）、Δt3（T3-T1）中只要有其中一组的时间相等（例如Δt’1=Δt1），则认为所接受到的信号为自身的回波信号，该判定依据可以根据具体应用场景及对判定精度的要求，灵活设置。

本发明实施例中，主要利用被动调Q固体激光器的多脉冲输出间隔的特性，以上述三个脉冲P1、P2、P3为例，P1、P2、P3各自的脉宽可以相同或不同，三个脉冲信号的时间间隔T2-T1、T3-T2可以相同或不同。

本发明实施例还提供一种激光雷达信号识别方法，该方法基于被动调Q固体激光器实现，该识别方法基于前文所述的激光雷达实现，具体可以通过调节驱动电路的脉冲宽度或脉冲幅值，设置所述激光光源的脉冲驱动信号，使得被动调Q固体激光器发射多个脉冲；所述多脉冲的数量为至少两个，通过利用所述多脉冲输出特性识别激光雷达信号。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种激光雷达，其特征在于，包括发射单元，所述发射单元包括被动调Q固体激光器，其中，

设置所述被动调Q固体激光器的脉冲驱动信号，使得被动调Q固体激光器在单周期内发射多个脉冲；

所述多个脉冲的数量为至少两个，利用所述多脉冲输出特性识别所述激光雷达发射的信号。

2.根据权利要求1所述的激光雷达，其特征在于，所述发射单元还包括PD信号探测元件，用于实时探测所述被动调Q固体激光器发射的各脉冲信号。

3.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述PD信号探测元件，还用于将探测到的脉冲信号同步传输给被动调Q固体激光器驱动电路的控制端，当脉冲数目达到预设数目时，控制端调控反馈机制进行关断。

4.根据权利要求2所述的激光雷达，其特征在于，所述激光雷达还包括接收单元、处理单元；其中，

所述接收单元，用于接收所述发射单元发射的各脉冲的回波信号，并将所述回波信号发送给处理单元；

所述处理单元，用于接收所述PD信号探测元件探测到的各脉冲信号，根据各脉冲信号的接收时间确定其发射时间；和/或，用于接收所述接收单元发送的各脉冲的回波信号，根据各脉冲回波信号的接收时间确定其到达时间。

5.根据权利要求4所述的激光雷达，其特征在于，所述处理单元还用于分别对比发射单元发射的各脉冲信号的时间间隔与接收单元接收的各回波信号的时间间隔，识别所述回波信号是否为激光雷达发射的信号。

6.根据权利要求5所述的激光雷达，其特征在于，当所述发射单元发射的各脉冲信号的时间间隔与接收单元接收的各回波信号的时间间隔至少其一相匹配时，确定所述回波信号为激光雷达发射的信号。

7.根据权利要求1至6任一项所述的激光雷达，其特征在于，通过调节驱动电路的脉冲宽度或脉冲幅值，设置所述被动调Q固体激光器的脉冲驱动信号。

8.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述调节驱动电路的脉冲宽度，包括：将驱动电路的驱动脉冲宽度设置为：该被动调Q固体激光器输出单脉冲时对应的驱动脉冲宽度的倍数。

9.根据权利要求7所述的激光雷达，其特征在于，所述调节驱动电路的脉冲幅值，包括：根据被动调Q固体激光器中泵浦源的承受能力和多脉冲的数量增加驱动电路的脉冲幅值。

10.一种激光雷达信号识别方法，其特征在于，所述方法利用权利要求1至9任一项所述的激光雷达实现，包括：

通过设置所述被动调Q固体激光器的脉冲驱动信号，使得被动调Q固体激光器在单周期内发射多个脉冲；

所述多脉冲的数量为至少两个，通过利用所述多脉冲输出特性识别激光雷达发射的信号。

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