CN111164458A - 确定lidar传感器的最大范围 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及LIDAR传感器(2)的最大范围的确定。根据本发明，提供了一种LIDAR传感器的操作方法，其具有以下步骤：以预定正常功率发送LIDAR信号(4)，并以预定正常灵敏度接收所述LIDAR信号(4)的反向散射分量，以确定在正常模式下由所述LIDAR传感器(2)扫描的环境中存在的对象(11、12、13、14)的距离，其特征在于，通过测试模式反复中断所述正常模式，其中所述测试模式包括以下步骤：以与所述预定正常功率相比减小预定量的测试功率发送LIDAR信号(4)，和/或以与所述预定正常灵敏度相比减小预定量的测试灵敏度接收LIDAR信号(4)的反向散射分量，并基于在测试模式中不再被检测到的对象(13、14)的在正常模式下确定的距离，确定在LIDAR传感器(2)的正常模式下可用的LIDAR传感器(2)的最大范围的值。这提供这样一种机会来确定可以简单、可靠和廉价地利用的LIDAR传感器(2)的最大范围。

Description

确定LIDAR传感器的最大范围
技术领域
本发明涉及一种用于操作LIDAR传感器的方法，该方法具有以下步骤：以预定的正常功率发送LIDAR信号，并以预定的正常灵敏度接收LIDAR信号的反向散射分量，以确定在正常模式下，由LIDAR传感器扫描的周围环境中存在的对象与LIDAR传感器之间的距离。
背景技术
另外，本发明涉及一种LIDAR传感器，该LIDAR传感器用于发送LIDAR信号并接收LIDAR信号的反向散射分量，以便在LIDAR传感器的正常模式下，确定由LIDAR传感器扫描的环境中存在的对象与LIDAR传感器之间的距离，其中，该LIDAR传感器被配置为使得在正常模式下以预定的正常功率发送LIDAR信号，并且以预定的正常灵敏度接收LIDAR信号的反向散射分量。
从实践中已经知道在相当长的时间里，在车辆中，尤其是在用于驾驶员辅助系统的车辆中使用LIDAR传感器，近来也越来越多地将其作为自动驾驶系统的一部分。如在DE10 2006 044 794 A1中所述，LIDAR传感器通常具有：激光器，在脉冲模式中操作为作为发射器的红外发射器；作为接收器的光电二极管；和评估电子设备。传感器对透射的红外激光束执行延迟测量。测量激光从传感器到被照射对象并再次返回所需的时间。电子设备然后使用它来计算到对象的距离。通过这种方式，车辆可以例如无需驾驶员主动介入即可调整与前方车辆的距离。
但是，出于安全原因，重要的是要知道LIDAR传感器的最大范围。原因是，如果不知道该最大范围，则可能出现如下情况：例如由于雾而导致的较差的可见度，意味着LIDAR传感器的最大范围显着减小，因此未检测到与车辆相关的对象，并因此发出“前进”的信号。换句话说：如果在可见度良好的情况下可以假设LIDAR传感器的最大范围超过200m，则在可见度差的情况中在LIDAR传感器前方200m内未检测到对象这一事实并不一定意味着那里实际上没有这样的对象。相反，可能是由于可见度差，LIDAR传感器的最大范围减小到50m，并且根本无法再检测到更远的对象。出于安全原因，自然需要知道这种情况，以便能够采取预防措施。
根本上，LIDAR传感器的范围可以根据LIDAR信号的反向散射分量的光强度及其能量的特征来确定。然而，这需要将模拟信号复杂地转换为具有高时间分辨率的数字表示，这只能通过使用昂贵的模数转换器来执行。用于评估所接收到的光脉冲的替代且较便宜的设计仅将所述光脉冲与阈值进行比较，然而，这不允许对信号形状进行陈述，并且由于许多未知因素，因此大大妨碍了对最大范围的确定。
发明内容
在这种背景下，本发明的目的是提供这样一种机会来确定可以简单、可靠和廉价地利用的LIDAR传感器的最大范围。
根据本发明，该目的通过独立专利权利要求的主题来实现。在从属权利要求中描述了本发明的有利的改进方案。
因此，根据本发明，提供了一种用于LIDAR传感器的操作方法，其具有以下步骤：
-以预定的正常功率发送LIDAR信号，并以预定的正常灵敏度接收LIDAR信号的反向散射分量，以确定在正常模式下由LIDAR传感器扫描的环境中存在的对象的距离，其特征在于
-通过测试模式反复中断正常模式，其中测试模式包括以下步骤：
-以与预定正常功率相比减小预定量的测试功率发送LIDAR信号，和/或以与预定正常灵敏度相比减小预定量的测试灵敏度接收LIDAR信号的反向散射分量，并基于在测试模式中不再被检测到的对象的在正常模式下确定的距离，确定在LIDAR传感器的正常模式下可用的LIDAR传感器的最大范围的值。
因此，本发明的决定性方面在于，通过测试模式来反复中断LIDAR传感器的正常模式，在该正常模式下扫描LIDAR传感器的周围环境以确定其中的对象与LIDAR传感器之间的距离。此测试模式用于确定正常模式下LIDAR传感器的最大范围的值。
通过减小LIDAR传感器的功率，即在短时间内主动减小LIDAR传感器的最大范围，来进行在正常模式下对LIDAR传感器最大范围值的确定。LIDAR传感器的功率首先可以通过降低发射功率来降低，其次可以通过降低接收灵敏度来降低。虽然降低发射功率或降低接收灵敏度就基本上足够了，但是自然也可以同时降低发射功率和接收灵敏度。然而，在这种情况下至关重要的是，发射功率的降低和接收功率的降低分别以预定的已知量进行，以到适当地已知的降低的测试功率或测试灵敏度。在这种情况下，应当指出，在正常模式下以最大功率操作LIDAR传感器是公认的优选而非强制性的。
将发射功率或接收灵敏度降低预定的量，允许在正常模式下一直能够检测到的但在测试模式下以降低的发射功率或降低的接收灵敏度则无法再检测到对象被采用为推断正常模式下可用的LIDAR传感器最大范围值的基础。用不同的措辞：在测试模式下不再能够检测到的对象可以作为估计处于测试模式的LIDAR传感器的最大范围的基础，并且由于在测试模式下的LIDAR传感器的已知的功率降低，推断正常模式下最大范围的值。
从正常模式到测试模式的这种改变可以例如在一秒钟内发生几次，因此几乎可以实时获得当前的LIDAR传感器最大范围值。以此方式，有可能几乎实时地推断出LIDAR传感器的最大范围的减小(例如，由于不利的环境条件)，并做出相应的反应。
本发明的基本优点在于，该解决方案可完全通过传感器的编程来实现，因此不会导致生产成本的增加。此外，根据本发明的用于LIDAR传感器的操作方法的简单性允许不时地降低LIDAR传感器的处理器功率，这首先可以降低生产成本，其次可以降低车辆使用期间的功率消耗。
与正常功率相比降低的测试功率，并且与正常灵敏度相比降低的测试灵敏度可以以不同的方式预定。然而，根据本发明的优选实施例，规定将测试功率减小到正常功率的预定比例和/或将测试灵敏度减小到正常灵敏度的预定比例。这意味着，根据本发明的该优选实施例，在测试模式下将发射功率或接收灵敏度降低到正常模式下的功率或灵敏度的预定百分比份额。这样做的优点是，不需要知道正常模式下的发射功率或接收灵敏度的绝对值。
基于在测试模式中不再能够被检测到的对象的在正常模式下确定的距离而确定的在LIDAR传感器的正常模式下可用的LIDAR传感器最大范围值优选为处于正常模式的LIDAR传感器的最大范围的下限。该下限确定地指示了正常模式下LIDAR传感器的最大范围延伸了多远。
为了不断地被告知LIDAR传感器的最大范围，本发明提供了正常模式被测试模式反复中断。这种中断发生的频率越高，就越有可能确保几乎实时获得有关LIDAR传感器最大范围的信息。因此，根据本发明的优选实施例，提供了正常模式被测试模式周期性地中断，例如，一秒钟几次。
从根本上说，可以使用不同的方法来计算用于基于在测试模式中不再能够被检测到的对象的在正常模式下确定的距离来确定LIDAR传感器在正常模式下可用的最大范围值的数据。然而，优选地，为此目的，已经根据经验预先确定了数据。换句话说：在LIDAR传感器的实际操作之前，已经进行了测试测量，在此期间，如果距LIDAR传感器特定距离的对象在正常模式下仍然能够被检测到但在测试模式下不再能够被检测到，则可以确定LIDAR传感器的最大范围是多少。这样的数据可以例如被存储在表中，以便能够在LIDAR传感器的实际操作期间求助于表。此外，在测试模式下不再被确定的对象的距离对LIDAR传感器最大范围的依赖性可以近似地由一个公式来描述，然后在LIDAR传感器的实际操作期间使用该公式来确定测试模式下的最大范围值。
本发明还涉及如上所述的操作方法在车辆、特别是机动车辆中的用途。
此外，本发明涉及一种用于执行如上所述的LIDAR传感器的操作方法的计算机程序产品。
最后，本发明还涉及一种LIDAR传感器，该LIDAR传感器用于发送LIDAR信号并用于接收LIDAR信号的反向散射分量，以便在LIDAR传感器的正常模式下，确定由LIDAR传感器扫描的环境中存在的对象的距离，其中LIDAR传感器配置为使得在正常模式下以预定的正常功率发送LIDAR信号，并以预定的正常灵敏度接收LIDAR信号的反向散射分量，其特征在于，LIDAR传感器还被配置为使得正常模式被测试模式反复中断，并使得在测试模式中，以与预定正常功率相比减小预定量的测试功率发送LIDAR信号，和/或以与预定正常灵敏度相比减小预定量的测试灵敏度接收LIDAR信号的反向散射分量，并基于在测试模式中不再被检测到的对象的在正常模式下确定的距离，确定在LIDAR传感器的正常模式下可用的LIDAR传感器的最大范围的值。
优选地，将LIDAR传感器配置为使得测试功率减小到正常功率的预定比例和/或测试灵敏度减小到正常灵敏度的预定比例。
此外，优选地，LIDAR传感器被配置为使得正常模式被测试模式周期性地中断。
此外，根据本发明的优选实施例，提供了一种存储器，该存储器存储先前确定的数据，用于基于在测试模式中不再被检测到的对象的在正常模式下确定的距离，确定在LIDAR传感器的正常模式下可用的LIDAR传感器的最大范围。
本发明还涉及具有如上所述的LIDAR传感器的车辆，优选地是机动车辆。
附图说明
下面根据优选的实施例并参照附图对本发明进行更详细的说明。所描绘的特征可以在每种情况下单独地或组合地构成本发明的一个方面。
在附图中：
图1示意性地示出了根据本发明的优选示例性实施例的具有LIDAR传感器的车辆，
图2示出了根据本发明的优选示例性实施例的LIDAR传感器在正常模式下的操作的示意图，以及
图3示出了根据本发明的优选示例性实施例的LIDAR传感器在测试模式下的操作的示意图。
具体实施方式
图1示意性地示出了根据本发明的优选示例性实施例的在其前部区域配备有LIDAR传感器2的车辆1。像常规的LIDAR传感器一样，根据本发明的优选示例性实施例的LIDAR传感器2被配置为发送LIDAR信号4并接收LIDAR信号4的反向散射分量，以便在在当前情况下称为正常模式的实际操作期间，确定与位于由LIDAR传感器2扫描的周围环境的区域中的对象的距离。图1示出了车辆的LIDAR传感器2向前方发射LIDAR信号4。在LIDAR信号4的检测区域中，在当前情况下还有另一车辆3，这意味着LIDAR信号4的部分可以从车辆3散射回并由LIDAR传感器2检测。
根据当前情况中所描述的本发明的优选的示例性实施例，现在特别地设置LIDAR传感器2以两种不同的模式操作，特别是首先以上述正常模式并且其次以测试模式操作。在当前情况下，LIDAR传感器2在正常模式下以全功率操作，也就是说，以最大发射功率并且以最大接收灵敏度操作。这样，LIDAR传感器2的如图2所示的最大范围足以检测到LIDAR传感器2的扫描环境中的所有对象11、12、13和14。在当前情况下，借助于用阴影描绘的对象11、12、13和14来表明LIDAR传感器2已经检测到对象11、12、13和14。
因此，现在要确定LIDAR传感器2的最大范围实际上有多大，在图3示意性所示的测试模式下，将发送LIDAR信号的正常功率降低到仅为该正常功率的30％的测试功率。在这种情况下，接收灵敏度保持不变，也就是说与正常灵敏度没有区别。与此相关的情况是LIDAR传感器不再可以检测到所有对象11、12、13和14。原因在于，由于发射功率减小到测试功率，对象13和14现在处于最大范围之外，因此对象13和14不再用阴影描绘。用不同的措词：在测试模式下，对象13和14明显超出了LIDAR传感器的最大范围，因此无论如何在测试模式都存在LIDAR传感器的最大范围上限，因为基于在正常模式下进行的测量已知对象13和14距LIDAR传感器2的距离。
通过使用根据经验预先确定并存储在LIDAR传感器2的存储器5中的数据，对于当发射功率减小到正常功率的30％时最大范围减小的程度，因此，如果在测试模式下无法再检测到在正常模式下所确定的距LIDAR传感器2的距离处的对象13和14，则可以确定在正常模式下LIDAR传感器的最大范围实际上有多大。具体地，仅在测试模式下可以检测到的在正常模式下确定的对象12的距离允许确定正常模式下的LIDAR传感器的最大范围的下限。如果正常模式的最大范围的该下限下降到预定阈值以下，则根据在此情况下描述的本发明的优选示例性实施例，可以采取适当的对策。
附图标记
1车辆
2LIDAR传感器
3另一车辆
4LIDAR信号
5存储器
11对象
12对象
13对象
14对象

Claims (10)

1.一种LIDAR传感器(2)的操作方法，具有以下步骤：
-以预定正常功率发送LIDAR信号(4)，并以预定正常灵敏度接收所述LIDAR信号(4)的反向散射分量，以确定在正常模式下由所述LIDAR传感器(2)扫描的环境中存在的对象(11、12、13、14)的距离，其特征在于，
-通过测试模式反复中断所述正常模式，其中所述测试模式包括以下步骤：
-以与所述预定正常功率相比减小预定量的测试功率发送LIDAR信号(4)，和/或以与所述预定正常灵敏度相比减小预定量的测试灵敏度接收LIDAR信号(4)的反向散射分量，并基于在测试模式中不再被检测到的对象(13、14)的在正常模式下确定的距离，确定在LIDAR传感器(2)的正常模式下可用的LIDAR传感器(2)的最大范围的值。
2.根据权利要求1所述的LIDAR传感器(2)的操作方法，其特征在于，将测试功率减小到正常功率的预定比例和/或测试灵敏度减小到正常灵敏度的预定比例。
3.根据前述权利要求中任一项所述的LIDAR传感器(2)的操作方法，其特征在于，正常模式被测试模式周期性中断。
4.根据前述权利要求中任一项所述的LIDAR传感器(2)的操作方法，其特征在于，用于基于在测试模式中不再被检测到的对象(13、14)的在正常模式下确定的距离来确定在LIDAR传感器(2)的正常模式下可用的LIDAR传感器(2)的最大范围值的数据已经实现根据经验确定。
5.根据前述权利要求中的一项所述的操作方法在车辆(1)中的用途。
6.一种计算机程序产品，用于执行根据权利要求1至4中的一项所述的LIDAR传感器(2)的操作方法。
7.一种LIDAR传感器(2)，用于发送LIDAR信号(4)并接收所述LIDAR信号(4)的反向散射分量，以便在LIDAR传感器(2)的正常模式下，确定由LIDAR传感器(2)扫描的环境中存在的对象的距离，其中LIDAR传感器(2)配置为使得在正常模式下以预定正常功率发送LIDAR信号(4)，并以预定正常灵敏度接收LIDAR信号(4)的反向散射分量，其特征在于，LIDAR传感器(2)还被配置为使得正常模式被测试模式反复中断，并使得在测试模式中，以与预定正常功率相比减小预定量的测试功率发送LIDAR信号(4)，和/或以与预定正常灵敏度相比减小预定量的测试灵敏度接收LIDAR信号(4)的反向散射分量，并基于在测试模式中不再被检测到的对象的在正常模式下确定的距离，确定在LIDAR传感器(2)的正常模式下可用的LIDAR传感器(2)的最大范围的值。
8.根据权利要求7所述的LIDAR传感器(2)，其特征在于，LIDAR传感器(2)被配置为使得测试功率减小到正常功率的预定比例和/或测试灵敏度减小到正常灵敏度的预定比例。
9.根据权利要求7或8所述的LIDAR传感器(2)，其特征在于，LIDAR传感器被配置为使得正常模式被测试模式周期性地中断。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的LIDAR传感器(2)，其特征在于，设置存储器(5)，所述存储器存储用于基于在测试模式中不再被检测到的对象(13、14)的在正常模式下确定的距离来确定在LIDAR传感器(2)的正常模式下可用的LIDAR传感器(2)的最大范围值的实现确定的数据。
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