CN112639527A - 用于激光雷达系统的自适应编码 - Google Patents

Abstract

提供了激光雷达系统(100)。激光雷达系统(100)包括：光源(500)，其被配置为发射多脉冲序列(210)，以测量激光雷达系统(100)与三维环境中的位置之间的距离，多脉冲序列(210)包括具有时序配置的多个脉冲(211)；光敏探测器(51)，其被配置为检测来自三维环境的光脉冲；以及一个或多个处理器，其被配置为：确定包括时序配置的编码方案，其中基于包括环境状态、激光雷达系统(100)的状态或信号环境状态的一个或多个实时状态来动态地确定编码方案；并基于检测到的光脉冲序列的飞行时间来计算距离，其中，通过确定检测到的光脉冲序列与时序配置之间的匹配来确定飞行时间。

Description

用于激光雷达系统的自适应编码

交叉引用

本申请要求于2018年6月27日提交的中国申请第CN201810678690.4号的优先权，其各自通过引用整体并入本文。

背景技术

激光雷达(光检测和测距)技术可用于通过测量到物体的距离来获取环境的三维信息。激光雷达系统可以至少包括用于发射光脉冲的光源和配置为接收返回的光脉冲的探测器。返回的光脉冲或光束可以称为回波光束。基于光脉冲的发射与检测到返回的光脉冲之间的经过时间(即飞行时间)，可以获得距离。光脉冲可以由激光发射器产生，然后通过透镜或透镜组件聚焦。返回的光脉冲可由位于激光发射器附近的探测器接收。返回的光脉冲可以是来自物体表面的散射光。

在某些情况下，返回脉冲之间可能会出现混淆，这可能会导致距离测量不正确。例如，来自同一激光雷达系统或邻近激光雷达系统的第二激光雷达系统发射的另一个脉冲的散射光可能会错误地与原始脉冲光配对，这可能导致错误的测量。此外，激光雷达系统的测距能力和准确性可能受到环境噪声、多个激光雷达传感器之间的串扰以及检测到的信号中的仪器噪声的限制。将光脉冲与不对应于该光脉冲的散射回波相关联，即使那里没有物理物体，会使得激光雷达系统探测到该物体存在。

发明概述

对于用于三维测量的改进的激光雷达系统存在需求。还需要一种具有编码信号或编码光束脉冲的激光雷达系统，以避免跨不同通道的串扰和/或不同激光雷达系统之间的干扰。所提供的激光雷达系统可以通过采用自适应编码方案或编码机制来满足上述需求。提供的激光雷达可具有更好的抗环境噪声能力。特别地，编码方案可以根据实时状态动态地改变。可以基于环境状态、信号状态和各种其他状态来选择不同的编码方案，以使得预期之外的信号的影响最小化或更好地与预期之外的信号区分开。另外，可以选择不同的编码方案以提高能量效率。所提供的激光雷达系统可以实现三维成像，提高了精度且性能。

在一些方面，提供了采用自适应编码方案的激光雷达系统。该激光雷达系统可以包括：至少一个光源，被配置为发射多脉冲序列以测量激光雷达系统与三维环境中的位置之间的距离，并且多脉冲序列包括具有时序配置的多个脉冲；至少一个光敏探测器，被配置为检测来自三维环境的光脉冲；以及电耦合至光源和光敏探测器的一个或多个处理器，并且一个或多个处理器被配置为：确定包括时序配置的编码方案，其中，基于一个或多个实时状态动态地确定编码方案，实时状态包括环境状态、激光雷达系统的状态或信号环境状态；并基于检测到的光脉冲序列的飞行时间计算距离，其中，通过确定检测到的光脉冲序列与时序配置之间的匹配来确定飞行时间。

在一些实施例中，编码方案还包括关于由光源发射的连续信号的信息。例如，该信息可以指示连续信号是具有不同时序配置的多脉冲序列，或者该连续信号是单个脉冲。在一些实施例中，在持续时长不超过100ns的时间窗口内发射多个脉冲。

在一些实施例中，环境状态包括天气、激光雷达系统的地理位置或环境中目标物体的稀疏程度。在一些实施例中，关于激光雷达系统的状态包括激光雷达系统的功耗或温度。在一些实施例中，信号环境状态包括关于噪声、外部信号或信道状态的信息。在某些情况下，信号环境状态是通过处理从检测到的光脉冲中选择的信号获得的。在一些实施例中，从与激光雷达系统通信的一个或多个数据源或传感器数据获得一个或多个实时状态。

在一些实施例中，光源包括：(i)发光器件；(ii)蓄能元件，在开关元件的控制下耦合至发光器件，用于产生多脉冲序列，以及(iii)多个充电单元，其中，多个充电单元中的每个具有内置开关元件，内置开关元件被配置为以预定量的能量给蓄能元件充电。在一些情况下，一个或多个处理器还被配置为生成用于输出到开关元件和多个充电单元中的每个充电单元的内置开关元件控制信号。在一些情况下，到内置开关元件的控制信号引起预定量的能量从相应的充电单元供应到蓄能元件。预定量的能量用于发射多脉冲序列中的多个脉冲或发射多脉冲序列中的一个脉冲。在一些情况下，到开关元件的控制信号引起从蓄能元件到发光器件的一系列放电，从而触发发射多脉冲序列中的多个脉冲。在某些情况下，从第一充电单元供应的能量的预定量与从第二充电单元供应的能量的量不同。在一些情况下，多脉冲序列中的多个脉冲的持续时长、幅值、时间间隔由传输到开关元件或内置开关元件的控制信号来调节。

在一些实施例中，确定匹配包括将从检测到的光脉冲序列中提取的一个或多个因素与时序配置进行比较。在一些情况下，一个或多个因素包括时间间隔、序列中的脉冲数、幅值、幅值比或持续时长比。在一些情况下，至少部分地基于一个或多个实时状态来动态地选择一个或多个因素。

在一些实施例中，在来自前一序列的脉冲被三维环境反射并返回到光敏探测器之前，发射连续的多脉冲序列。在一些实施例中，与检测到的光脉冲序列相关联的飞行时间是与每个检测到的光脉冲相关联的飞行时间的平均值。

在本发明的另一方面，提供了一种用于对激光雷达系统进行编码的方法。该方法包括：确定包括时序配置的编码方案，其中，基于包括环境状态、激光雷达系统的状态或信号环境状态的一个或多个实时状态来动态地确定编码方案；发射多脉冲序列以测量激光雷达系统与三维环境中的位置之间的距离，其中该多脉冲序列包括具有时序配置的多个脉冲；检测来自三维环境的光脉冲；确定检测到的光脉冲序列与时序配置之间的匹配；以及根据检测到的光脉冲序列的飞行时间计算距离。

在一些实施例中，时序配置包括一项或多项，该项选自由多个脉冲中的每个脉冲的幅值、多个脉冲中的每个脉冲的持续时长、多个脉冲之间的时间间隔以及多个脉冲的数量组成的组。在一些实施例中，编码方案还包括关于在多脉冲序列之后发射的连续信号的信息。在某些情况下，连续信号是具有不同时序配置的多脉冲序列。在替代情况下，连续信号是单个脉冲。

在一些实施例中，在持续时长不超过100ns的时间窗口内发射多个脉冲。在一些实施例中，环境状态包括天气、激光雷达系统的地理位置或环境中目标物体的稀疏程度。在一些实施例中，关于激光雷达系统的状态包括激光雷达系统的功耗或温度。在一些实施例中，信号环境状态包括关于噪声、外部信号或信道状态的信息。在某些情况下，信号环境状态是通过处理从检测到的光脉冲中选择的信号获得的。

在一些实施例中，该方法还包括将从检测到的光脉冲序列中提取的一个或多个因素与时序配置进行比较，以确定匹配。在一些实施例中，一个或多个因素包括时间间隔、多脉冲序列中的脉冲数、幅值、幅值比或持续时长比。在一些实施例中，至少部分地基于一个或多个实时状态来动态地选择一个或多个因素。在一些实施例中，与检测到的光脉冲序列相关联的飞行时间是与每个检测到的光脉冲相关联的飞行时间的平均值。

在一些情况下，在来自前一序列的光脉冲被三维环境反射并返回到光敏探测器之前，发射连续的多脉冲序列。在某些情况下，连续的多脉冲序列具有不同的时序配置。

通过以下详细描述，本公开的其他方面和优点对于本领域技术人员将变得显而易见，其中，仅通过图示所设想用于实施本公开的最佳模式，仅示出和描述了本公开的示例性实施例。将会认识到，本公开可以具有其他和不同的实施例，并且其若干细节能够在各种明显的方面进行修改，所有这些都不脱离本公开。因此，附图和描述本质上应被认为是说明性的，而不是限制性的。

通过引用合并

本说明书中提到的所有出版物、专利和专利申请都过引用并入本文，其程度就如同每个单独的出版物、专利或专利申请被明确地并单独地指出通过引用并入一样。

附图说明

在所附权利要求中具体阐述了本发明的新颖特征。通过参考下面的详细说明和附图，可以更好地理解本发明的特征和优点，以下详细说明阐述了其中利用了本发明的原理的说明性实施例，在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明的一些实施例的激光雷达系统的框图。

图2示出了光脉冲的编码序列的各种示例。

图3示出了从返回信号中识别光脉冲的合理匹配序列的示例。

图4示出了具有不同时序配置的两个多脉冲序列的示例。

图5示意性地示出了根据本发明一些实施例的示例性光源。

图6示出了响应于控制信号而产生的脉冲序列的示例。

图7是与本公开的各种实施例一致的激光雷达系统的简化结构图。

发明详述

尽管在此已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施例仅通过示例的方式提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替换。应当理解，本文描述的本发明的实施方案的各种替代方案可以用于实施本发明。

激光雷达是一种测距传感器，具有检测距离长、分辨率高、受环境干扰小等特点。激光雷达已广泛应用于智能机器人、无人机、自主驾驶或自动驾驶领域。激光雷达的工作原理是根据光源与目标之间电磁波的往返时间(例如，飞行时间)估算距离。

当不想要的信号(由其他外部光源或其他时间段产生的信号)与测量信号相关联时，可能会发生不正确的测量。当返回的信号与外部信号或非期望信号无法区分时，可能会发生这种情况。外部信号或非期望的信号可能是噪声信号，例如由于太阳光、太阳耀斑或宇宙射线引起的光脉冲、由另外一个不同的激光雷达系统产生的信号，由不同激光器/发射器产生的信号(即，信道之间的串扰)、以及其他各种噪声信号。例如，当在从另一激光器发射的测量光脉冲有时间返回到探测器之前，从一个激光器发射测量光脉冲时，可能难以将返回的信号与测量光脉冲相关联。在常规激光雷达系统中，可以通过将每次激光雷达测量之间的延迟时间或等待时间设置为大于测量脉冲序列往返于位于激光雷达装置的最大射程处的物体的飞行时间，或通过在成对的发射器和探测器之间提供足够的空间间隔，来减少激光雷达系统的不同信道之间的串扰。但是，这样的方法是以时间或空间分辨率为代价的。

本发明的激光雷达系统和方法可以通过采用自适应编码方案来提供编码的光脉冲。在一些实施例中，可以根据自适应编码方案来生成并编码多个光脉冲的序列。可以对多个光脉冲进行编码以呈现可区别的签名特征(signature)，从而可以简化相关联过程，从而提高测量精度。签名特征可以是不同的时序配置(temporal profile)。可以通过改变脉冲的时间间隔、序列中的脉冲数、序列中给定脉冲的幅值、脉冲的持续时长或上述的任意组合来对所述多个光脉冲进行编码。在某些情况下，编码方案可以包括脉冲序列的时序配置。在一些情况下，时序配置可以指定序列中脉冲的时间间隔、序列中脉冲的数量、序列中给定脉冲的幅值、序列中脉冲的持续时长等。不同的编码方案可以具有不同的时序配置。在一些情况下，由相同光源发射的光脉冲序列可以具有相同的时序配置，使得周期性地发射编码的光脉冲的序列，并且在每个周期中存在一个光脉冲序列。在某些情况下，同一光源发出的光脉冲序列可具有不同的时序配置。例如，在一段时间内可能存在两个或更多个具有不同时序配置的光脉冲序列。在某些情况下，具有不同时序配置的序列可以根据特定顺序以预定的时间间隔在时间上间隔开，使得相连的序列可以不具有相同的时序配置。在这样的情况下，编码方案可以包括光脉冲序列的时序配置、关于多个序列的组合的信息(例如，编码序列和非编码信号的组合等)、关于连续信号的信息(例如，连续信号的时序配置，单个脉冲)和其他变量。

在某些情况下，激光雷达系统可以是多线激光雷达系统。例如，所提供的多线激光雷达可以通过将相同或一组透镜与多个激光源复用来产生多线，所述多个激光源布置在透镜的焦平面上的不同高度处。这会在垂直方向上产生不同的方向性，从而形成多条线。传统上，可以通过将每次激光雷达测量之间的延迟时间或等待时间设置为大于测量脉冲序列往返于位于激光雷达装置的最大测量距离处的物体的飞行时间，或通过在成对的发射器和探测器之间提供足够的空间间隔，来减少激光雷达系统不同通道之间的串扰。然而，为了最大化成像分辨率，期望同时触发尽可能多的通道，使得可以同时地获得多个通道的飞行时间的测量结果，而不是按照顺序地一一从多个通道获得飞行时间的测量结果。所提供的编码方法可以通过利用可区分的时序配置对测量信号进行编码，使得返回信号可以与测量多脉冲序列正确地关联以避免串扰，来使得能够同时进行多通道测量。例如，可以使用不同的编码方案来对由不同通道通信的信号进行编码。

在某些情况下，编码方案可以动态改变，以使非期望信号的影响最小化或更好地与非期望信号区分开。例如，可以基于信号的环境选择不同的编码方案，例如基于环境中采集的噪声信号，存在的其他激光雷达系统的信号，返回信号的质量，激光雷达系统在环境中的位置(例如，混乱的或城市环境，稀疏的或乡村环境等)，环境的复杂性(例如环境中物体的稀疏程度)，天气状态，与潜在障碍物的接近度，地理特征的位置，人造结构的位置，以及其他各种因素。在另一个示例中，编码方案可以包括伪随机的时序配置，使得可以降低采集到表现出相同的伪随机化的时序配置的非期望信号的机会。

在某些情况下，编码方案可以动态改变以提高激光雷达系统的能量效率。例如，当检测到激光雷达系统处于不太复杂的环境(例如，乡村地区)中时，可以选择在一段时间内产生较少光脉冲的编码方案，而不是具有复杂的时序配置或者在一段时间内产生较多光脉冲的编码方案。在另一示例中，当检测到激光雷达系统处于具有与探测器相距较长距离的潜在物体的环境中时，可以选择编码方案以提供具有更大幅值和更低频率的光脉冲。

如在本文中所使用的，除非上下文另外指出，否则术语“光脉冲序列”、“多脉冲序列”、“脉冲序列”，“信号序列”等在整个说明书中可互换使用。除非上下文另有说明，否则术语“测量信号”、“测量脉冲”、“测量脉冲序列”等可以指代从激光雷达系统的发射设备发射的光脉冲。除非上下文另有说明，否则术语“回波束”、“返回信号”、“返回脉冲”等在整个说明书中可互换使用。

图1示意性地示出了根据本发明的一些实施例的激光雷达系统100的框图。激光雷达系统100可以被配置为能够产生多脉冲序列。在一些情况下，多脉冲序列包括多个脉冲，在检测到来自多个脉冲中的任何一个的返回信号之前，该多个脉冲可以发射到周围环境中。在一些实施例中，激光雷达系统的发射器可以发射具有时序配置的多脉冲序列，并且激光雷达系统的探测器可以在返回时间窗口内检测返回的光脉冲的序列。延迟时间可以指的是光脉冲序列离开发射器以及在接收器处接收到反射的光脉冲序列之间的时间段。然后可以将延迟时间用于计算距离测量值。延迟时间也可以称为飞行时间。

光脉冲序列可以包括在短时间内发射的多个脉冲，使得光脉冲序列可以用于得出距离测量点。例如，激光雷达可用于三维(3D)成像(例如3D点云)或检测障碍物。在这种情况下，与光脉冲序列相关的距离测量可以视为一个像素，并且可以将接连发射和捕获的像素的集合(即“点云”)渲染为图像或出于其他原因进行分析(例如，检测障碍物)。可以在例如不超过10ns、20ns、30ns、40ns、50ns、60ns、70ns、80ns、90ns、100ns、200ns、300ns、400ns、500ns、600ns、700ns、800ns、900ns、1μs、2μs、3μs、4μs、5μs或更长的持续时长内生成和发射光脉冲序列。在某些情况下，相连序列之间的时间间隔可对应于3D成像的时间分辨率。序列之间的时间间隔可以是恒定的或可变的。在一些实施例中，从由激光雷达系统的转子转动或旋转的光源发射光脉冲序列。序列的持续时长可足够短，使得多个脉冲被发射到3D环境中的基本上相同的部位中，或者可以用于测量从激光雷达系统到3D环境中特定位置的距离。

在一些情况下，可以将一个多脉冲序列发射到3D环境中的一位置，并且可以将连续的多脉冲序列发射到3D环境中的不同的位置。在某些情况下，使用多脉冲序列来获得所有像素(例如，距离测量值)。在一些情况下，使用多脉冲序列获得选定的像素子集，并且可以使用未编码的信号(例如，单个光脉冲)获得剩余的像素。例如，可以使用编码信号来获得3D成像中的像素的选定子集，从而可以基于多脉冲序列来生成每个像素，并且可以使用未编码信号来获得像素的另一个子集，从而可以使用单个光脉冲生成每个像素。在某些情况下，可以以编码频率对测量信号进行编码，从而多脉冲序列中可以以编码频率散布有未编码信号。例如，根据编码频率，在多脉冲序列之后可以跟随一个或多个未编码信号(例如，单脉冲)。在一些情况下，可以使用具有不同时序配置或通过不同编码方案编码的多脉冲序列来获得3D成像中的相邻像素。

在一些实施例中，根据自适应编码方案产生一个光脉冲序列或多个光脉冲序列。如图1所示，激光雷达系统100可以包括自适应编码模块110、发射模块120、接收模块130和信号分析模块140。发射模块120可以与自适应编码模块110通信。发射模块120可以被配置为根据由自适应编码模块110生成的编码方案来发射编码的光脉冲150。接收模块130可以包括探测器和被配置为检测或采集返回的光脉冲或信号160的各种其他光学组件。检测到的信号由信号分析模块140进行处理以将检测到的信号序列与编码的光脉冲序列相关联。例如，信号分析模块140可以本身是或者包括滤波器，以识别返回信号中与编码信号序列的时序配置匹配的时序配置，从而将返回信号序列与编码的光脉冲序列相关联。本文稍后将讨论关于识别返回信号序列或确定将多脉冲序列相关联的匹配的细节。

自适应编码模块110可以被配置为生成或确定可以适应实时编码条件的编码方案。在某些情况下，编码方案可以由自适应编码模块110动态地改变，以便最小化非期望信号的影响或更好地与其他非期望信号区分开。例如，可以基于信号的环境选择不同的编码方案，例如环境中收集的噪声信号，存在的其他激光雷达系统的信号，返回信号的质量，激光雷达系统在环境(例如，杂乱或城市环境，稀疏或乡村环境等)中的位置，天气状态，与潜在障碍物的接近度，地理特征的位置，人造结构的位置，以及其他各种因素。在另一个示例中，编码方案可以包括伪随机的时序配置，使得可以降低采集到表现出相同伪随机时序配置的非期望信号的机会。

在某些情况下，自适应编码模块可以改变或选择编码方案以提高系统的能量效率。例如，当检测到激光雷达系统处于不太复杂的环境中(例如，在农村地区)时，可以选择在一段时间内产生较少光脉冲的编码方案，而不是具有复杂的时序配置或在一段时间内产生较多光脉冲的编码方案。在另一示例中，当激光雷达系统处于具有与探测器相距较长距离的潜在物体的环境中时，自适应编码模块110可以选择编码方案以提供具有更大幅值和更低频率的光脉冲。

在一些实施例中，自适应编码模块110可以包括编码方案生成器111和编码条件分析器113。编码方案生成器111可以被配置为动态或实时地确定或生成编码方案。编码方案可以包括多脉冲序列的时序配置。编码方案可以包括关于多个序列的组合的信息或关于连续信号的信息。编码方案可以包括一组编码参数，其指定时序配置和/或多个序列的组合。例如，编码方案可以包括序列中的脉冲之间的时间间隔、序列中的脉冲数、序列中给定脉冲的幅值、序列中的脉冲的持续时长、多个相连序列的时序配置、编码频率(例如，编码信号和未编码信号的组合)、占空比或以上的任意组合。在某些情况下，多个编码方案可以存储在数据库或存储库中。在一些情况下，一个或多个前述编码参数可以被存储在编码方案数据库中。附加地或替代地，可以从多个编码方案中选择编码方案，或者可以根据预定义的规则或者使用由机器学习技术建立的预测模型在运行时生成编码方案。

可以从编码方案存储库或数据库中选择编码方案。编码方案存储库可以由自适应编码模块访问。编码方案存储库可以利用任何合适的数据库操作，例如创建，读取，更新和删除。在另一示例中，结构化查询语言(SQL)或“NoSQL”数据库可用于存储与编码方案相关联的编码参数、描述生成该编码方案的场景的元数据(例如，天气、地理位置、环境等)、编码条件和其他各种数据。一些数据库可以使用各种标准数据结构来实现，例如数组、哈希、(链接)列表、结构、结构化文本文件(例如XML)、表、JavaScript Object Notation(JSON)、NOSQL和/或类似数据结构。这样的数据-结构可以存储在存储器和/或(结构化)文件中。在另一替代方案中，可以使用面向对象的数据库。对象数据库可以包含许多对象集合，这些对象集合按通用属性分组和/或链接在一起；它们可能按某些公共属性与其他对象集合相关。面向对象的数据库类似于关系数据库进行操作，不同的是对象不仅仅是数据片段，而且还可以具有封装在给定对象中的其他类型的功能。如果将本发明的数据库实现为数据结构，则可以将本发明的数据库的使用集成到另一个组件中，例如本发明的组件。而且，数据库可以实现为数据结构、对象和关系结构的混合。数据库可以通过标准数据处理技术进行整合和/或分布。数据库的部分，例如表，可以被导出和/或导入，从而分散和/或集成。编码方案生成器还可以提供对外部文件系统、数据库和数据仓库的开放访问以加载编码方案。

可以基于编码条件从多个编码方案集中选择编码方案。可以使用一组规则或预测模型来选择编码方案。编码条件可以包括关于激光雷达系统的环境(例如，激光雷达系统的地理位置、天气、环境中目标对象的稀疏程度、到潜在目标物体的距离等)、激光雷达系统(例如，功耗、温度等)、信号环境(例如，噪声信号、外部信号、信道状态等)以及其他各种状态的信息。关于编码条件的细节将在后面讨论。

规则集可以是手工制定的规则或由用户定义。通过针对当前编码条件执行该规则集，可以选择或确定编码方案。例如，可以通过将检测到的信噪比(SNR)与预定阈值进行比较，检测环境的复杂性(例如，环境中物体的密度、到潜在物体的距离等)，检测功耗模式/级别(例如，省电模式)，提取外部信号的签名特征或时序配置，获取本地天气状况，以上以及各种其他方式的任意组合来选择编码方案。

另外的或替代地，可以使用预测模型来确定或选择编码方案。可以利用机器学习技术来建立预测模型。例如，可以使用迭代学习周期来训练预测模型，或者可以使用外部数据源动态地更新预测模型。在一示例中，提供给预测模型的输入数据可以是一个或多个编码条件，而输出可以是编码方案。

前述编码条件可以由编码条件分析器113检测并提供。编码条件分析器113可以被配置为获得实时编码条件，然后将编码条件发送给编码方案生成器111。如上所述，编码条件可包括关于环境(例如，地理信息、天气、目标物体的稀疏程度、与潜在目标物体的距离等)、激光雷达系统(例如，功耗、温度等)、信号环境(例如，噪声信号、外部信号、信道状态等)的信息以及其他各种信息。编码条件可以从传感器数据和/或各种其他数据源获得。例如，激光雷达系统的地理位置可以从设置在激光雷达系统所附接的可移动物体上的位置传感器获得，温度可以从激光雷达系统的温度传感器获得，等等。在某些情况下，关于环境(例如地理位置、环境的复杂性(例如，城市、农村地区)、地形信息(例如，铺装/未铺装的表面、道路、人行道、草、泥土、碎石、平坦的表面、倾斜或不平坦的表面、丘陵、斜坡、减速带)、天气状况等的信息可从激光雷达系统所附接的可移动物体(自主车辆)的控制中心获得，或从其他数据源(例如，互联网或公共信息，例如地图信息等)取得。激光雷达系统可以例如包括无线通信模块，以使得能够与数据源和/或可移动车辆进行通信。在另一个示例中，可以从激光雷达系统的控制器获得关于激光雷达系统的信息，例如功耗水平或功耗模式，激光雷达系统的温度。在另一示例中，可以从激光雷达系统的接收设备获得关于信号状态的信息，诸如SNR、信道状态以及各种其他状态。替代地或附加地，可以通过对环境进行采样来获得信号状态。例如，可以将采样信号发送到环境以测试SNR或信道状态。采样信号还可以用于测试其他编码条件，例如激光雷达系统的环境状态(例如，到潜在物体的距离)。可以或者可以不使用与用于测量信号的编码方案相同的编码方案来编码采样信号。采样信号可以与测量信号相同或不同。在某些情况下，采样信号中可穿插包括有测量信号。例如，采样信号可以包括脉冲序列，之后是一个或多个编码的测量信号序列。在某些情况下，可以对测量信号进行采样并将其用作采样信号。例如，脉冲序列可以由编码条件分析器处理以提取信号状态或环境状态。

在某些情况下，可以在运行时生成编码方案。在某些情况下，编码方案可以包括伪随机的时序配置，使得采集到表现出相同的伪随机时序配置的非期望信号的机会可以降低。在某些情况下，可以基于检测到的编码条件在运行时生成编码方案。例如，可以生成编码方案以更好地与外部信号区分开。例如，可以提取外部信号的签名特征或时序配置，并且可以生成编码方案以具有不同的签名特征或时序配置，使得可以容易地从外部信号中识别编码信号。在一些情况下，可以响应于检测到的潜在物体的距离(例如，通过采样信号而获得)来生成编码方案。在这种情况下，向与长距离目标相对应的方向发射的脉冲可具有更大的幅值或持续时长。在某些情况下，当检测到环境不太复杂时，可以生成序列中脉冲较少的编码方案。与选择或确定编码方案的方法相似，可以基于编码条件并使用一组预定规则来生成编码方案。可以基于编码条件并使用由机器学习技术建立的预测模型以与上述类似的过程来生成编码方案。

编码方案可以被发送到发射模块120以产生脉冲序列150。发射模块120可以包括多个光源。所述多个光源可以被配置为产生激光束或光脉冲。在一些实施例中，激光束的波长可以在895nm和915nm之间(例如905nm)。该波长范围可以对应于不可见且具有穿透性的红外光，这可以改善激光雷达的检测范围并防止对环境的干扰。取决于特定应用，激光束的波长可以在任何其他范围内。在某些情况下，光源可以至少包括激光二极管和驱动器电路。在一些实施例中，光源或驱动电路可以包括多个充电单元，该多个充电单元被控制为在短时间段内或以连续脉冲之间的短时间间隔发射脉冲序列。根据编码方案，脉冲序列可以具有时序配置。在下文中将描述关于电子组件以及发射模块和/或充电单元的实现的细节。由发射模块产生的光脉冲可以被引导到一个或多个光学元件，例如透镜或透镜组件(例如，一个或多个球面透镜、圆柱透镜或非球面透镜)，以用于准直或聚焦光束。激光雷达系统的发射设备的一个或多个透镜或一个或多个反射镜可用于扩展、聚焦或准直输出光束。

接收模块130可以包括多个探测器，该多个探测器被配置为接收回波束160。每个探测器可以对应于其中一个激光器，并且可以被配置为接收源自对应的激光光源的光。探测器可以是光接收器、光学接收器、光传感器、光电探测器或光学探测器。在一些情况下，接收模块可以包括一个或多个雪崩光电二极管(APDs)或一个或多个单光子雪崩二极管(SPADs)。在某些情况下，接收模块可以包括一个或多个PN光电二极管(例如，由p型半导体和n型半导体形成的光电二极管结构)或一个或多个PIN光电二极管(例如，由位于p型区和n型区之间的未掺杂的本征半导体区域形成的光电二极管结构)。

在一些实施例中，接收模块120可以包括光学接收装置(例如，聚焦透镜、聚焦透镜组件)、一个或多个光学元件(例如，反射镜)以及多个探测器。从外部物体反射的光可以穿过光学接收装置，然后被探测器接收。探测器的数量可以与激光器或光源的数量相同。所接收的光信号可以被转换成电信号并且由信号分析模块140进行处理。

信号分析模块140可以被配置为对返回信号160进行解码。信号分析模块可以被配置为从接收模块130收集的所有信号中识别编码的返回信号，并使返回信号与测量信号序列相关联。在某些情况下，信号分析模块140还可被配置为提取指示编码条件的信息。例如，信号分析模块可以选择性地处理脉冲序列以提取信道状态、SNR和各种其他状态，然后将结果发送到编码条件分析器113。在一些情况下，信号分析模块可以被配置为进一步处理所识别的返回信号以计算测量距离。稍后在本文中描述关于识别编码的返回信号和计算测量距离的细节。

尽管将编码方案生成器和编码条件分析器示出为单独的组件，但是编码方案生成器和编码条件分析器可以集成为单个器件。

在一些实施例中，可以通过改变脉冲的时间间隔、序列中的脉冲数量、序列中给定脉冲的幅值、脉冲的持续时长或以上的任意组合来对多个光脉冲进行编码。可以根据编码方案来确定脉冲序列的时序配置。在某些情况下，编码方案还可包括关于序列组合的信息或关于连续/跟随信号的信息。编码方案可以例如指定连续信号是未编码信号(例如，单个光脉冲)或编码序列。例如，编码方案可以为第一序列指定一个时序配置，并为相连续的序列指定另一个不同的时序配置。在另一个示例中，编码方案可以包括编码频率。例如，编码方案可以包括编码频率，该编码频率指定每个编码序列之后跟着的是预定数量的未编码信号(例如，单个光脉冲)。

图2示出了编码的多脉冲序列201、203、205、207、209的示例。多脉冲序列210可以包括多个脉冲211。多脉冲序列也可以被称为已编码(脉冲)序列。多脉冲序列可以包括任何数量的脉冲。例如，可以在短时间段Ti2内产生至少一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个脉冲，并形成多脉冲序列。持续时长可以是例如不超过10ns、20ns、30ns、40ns、50ns、60ns、70ns、80ns、90ns、100ns、200ns、300ns、400ns、500ns、600ns、700ns、800ns、900ns、1μs、2μs、3μs、4μs、5μs或更长。不同的多脉冲序列的持续时长Ti2可以相同或可以不同。在某些情况下，相连多脉冲序列的持续时长Ti2可以不同。连续的多脉冲序列中的脉冲数可以相同或可以不相同。例如，在根据编码方案201编码的多脉冲序列中可以存在三个脉冲，并且在根据另一编码方案209编码的多脉冲序列中可以存在两个脉冲。在某些情况下，序列中的脉冲数可以由信号分析模块用于解码或识别编码的多脉冲序列。

在多脉冲序列中的每两个相连脉冲之间的时间间隔Ti1可以是恒定的，也可以不是恒定的。该时间间隔可以例如不超过1ns、5ns、10ns、20ns、30ns、40ns、50ns、60ns、70ns、80ns、90ns、100ns、200ns、300ns、400ns、500ns或更长。在多脉冲序列内的时间间隔Ti1可以变化。例如，第一脉冲和第二脉冲之间的时间间隔可以不同于第二脉冲和第三脉冲之间的时间间隔。在某些情况下，信号分析模块可以使用任意两个脉冲之间的时间间隔来解码或识别已编码的多脉冲序列。在一些情况下，诸如两个时间间隔之间的比率(例如，间隔比率)之类的时间间隔的派生因素可以用于解码或识别已编码的多脉冲序列。

多个脉冲211在多脉冲序列210内可以具有变化的幅值(例如，Am)或恒定的幅值。例如，根据编码方案205编码的多脉冲序列中的多个脉冲可以具有变化的幅值。在某些情况下，信号分析模块可以使用所述多个脉冲的幅值来解码或识别已编码序列。在一些情况下，信号分析模块可以使用诸如任意两个脉冲的幅值之间的比率之类的幅值派生因素来解码或识别已编码序列。多个脉冲211可以在序列内具有变化的持续时长。在一些情况下，序列的时序配置可以由序列中脉冲的数量、时间间隔(例如，Ti1)、序列持续时长(例如，Ti2)、脉冲的幅值或其组合来定义。

在某些情况下，两个相连序列之间的时间间隔(Ti3)可大于序列脉冲的持续时长(Ti2)，从而在接收到来自前一序列的返回信号之前不会发射连续序列。可替代地，两个相连序列的时序配置是不同的，使得可以以较短的时间间隔Ti3以发送顺序发射两个或更多个脉冲序列，并且可以或可不以与发送顺序相同的顺序接收返回序列。例如，根据编码方案207编码的光脉冲中所示的相连序列具有区别的时序配置，即两个序列中的脉冲幅值是不同的。然后，对应于两个相连序列的返回信号至少可以通过幅值进行区分，并正确地与测量序列相关联。在一些实施例中，由光源发射的多个序列可以是单独配置的。这可以有利地提供灵活性，以根据测量距离/方向来配置信号序列的强度(例如，幅值)或实现期望的性能。

占空比(例如，Ti 2和Ti 3之间的比率)可以不大于约5％、10％、20％、30％或更多。两个相连序列之间的时间间隔Ti3可以不小于10ns、20ns、30ns、40ns、50ns、60ns、70ns、80ns、90ns、100ns、200ns、300ns、400ns、500ns、600ns、700ns、800ns、900ns、1μs、2μs、3μs、4μs、5μs或更长。

在某些情况下，编码的脉冲序列可以穿插有未编码的信号。例如，可以在两个多脉冲序列之间发射一个或多个单脉冲(例如，如203所示的脉冲)。这可以有利地提供低能耗编码方案。例如，当编码条件表明环境具有较少的物体或噪声水平低时，可以在两个编码序列之间发射一个或多个未编码脉冲(例如，203中所示的脉冲)，或者可以采用序列中有较少脉冲的编码方案(例如，在209中示出的脉冲)。

可以处理返回信号以识别编码的多脉冲序列。所识别的返回信号序列可以与相应的测量序列相关联。在某些情况下，可以通过提取返回信号序列的时序配置来识别已编码的多脉冲序列，并检查所提取的时序配置是否与已知的时序配置匹配。在一些情况下，可以通过提取与时序配置有关的一个或多个因素来识别已编码的多脉冲序列，并且可以通过将返回信号的所述一个或多个因素与已知的时序配置进行比较来确定匹配。所述已知的时序配置可以由编码方案生成器提供。所述时序配置可以与本文其他地方所描述的时序配置相同。在一些情况下，一旦编码方案生成器111生成或确定了编码方案，则包括时序配置的编码方案也可以被发送到信号分析模块140。

时序配置可以与如上所述的时序配置相同。时序配置可以由多个因素限定，包括但不限于序列中的脉冲数、时间间隔、脉冲持续时长、脉冲幅值、任意两个脉冲的幅值之间的比率(例如，幅值比)、任何两个脉冲的持续时长之间的比率(例如，持续时长比)、占空比(例如，多脉冲序列的持续时长与序列之间的时间间隔之间的比率)以及各种其他派生因素。在某些情况下，将所有因素与已知的时序配置进行比较，以确定匹配。替代地或附加地，可以选择一个或多个因素来确定匹配。例如，可以将从返回信号序列中提取的时间间隔和幅值比与已知的时序配置进行比较，以确定匹配。在某些情况下，可以预先选择一个或多个因素来确定匹配。例如，可以预先选择一个或多个因素，而不管用于对测量信号进行编码的编码方案如何。替代地或附加地，可以基于编码方案选择一个或多个因素。例如，在生成或选择用于给定通道的编码方案时，可以相应地确定一个或多个因素，并且可以将这样的一个或多个因素通知信号分析模块。在某些情况下，用于确定匹配的因素可动态变化。例如，可以基于噪声签名特征、信道状态、环境复杂度水平或其他状态来选择不同的因素。

在某些情况下，当匹配被确定时，可以将采集到的信号确定为合理的信号序列。合理的信号序列可以进一步与测量信号序列相关联，以计算测量距离或多脉冲序列的飞行时间。在某些情况下，当选定的一个或多个因素被确定为匹配时，匹配被确定。在某些情况下，如果匹配程度超过预定阈值，则可以将所述一个或多个因素视为确定了匹配。例如，如果时间间隔匹配度超过60％、70％、75％、80％、85％、90％、95％、97％、99％、99.9％、99.99％，则时间间隔可以为被认为是匹配。在某些情况下，与不同因素关联的阈值可能不同。例如，可以将返回信号序列的时间间隔和幅值比分别与时序配置的时间间隔和幅值比进行比较，并且可要求时间间隔比达到80％阈值，而可要求幅值比达到阈值70％，才能被视为匹配。用于确定不同编码方案中的匹配的阈值可以相同或可以不同。用于确定匹配的阈值可以随时间变化，也可以不随时间变化。例如，可以自动地(例如，使用机器学习模型或一组规则)或手动地(例如，根据用户提供的命令)调整阈值。在某些情况下，当所有选定因素都超过阈值时，信号序列可以被认为是合理的。在某些情况下，当所选因素的至少一部分超过阈值时，信号序列被确定为是合理的。例如，当第二脉冲和第三脉冲之间的时间间隔与时序配置匹配达不到阈值时，脉冲序列仍然可以被认为是合理信号。可替代地，当一个因素未能满足阈值时，信号序列可能不被视为合理信号。在某些情况下，可以使用合理的信号序列来计算距离。确定为不合理的信号不可用于计算距离。在某些情况下，可以允许合理的信号序列与时序配置进行部分匹配。例如，合理的信号序列可以被允许具有不正确的信号。在这种情况下，与错误信号关联的飞行时间可能会或可能不会用于计算距离或序列的飞行时间。例如，仅将序列中正确的返回信号用于计算距离。

图3示出了从采集的返回信号中识别合理的光脉冲序列的示例。在所示的示例中，发射的测量信号可以是具有变化幅值的多脉冲序列301。测量信号的时序配置可以存储在存储单元中，并用于识别合理的光脉冲序列。对应于所述多脉冲序列的返回信号被示出为信号303。在一些情况下，时序配置的一个或多个因素(例如，幅值、脉冲数)可以被存储并用于确定合理的光脉冲序列。例如，可以使用幅值、序列中的脉冲数等来确定匹配。在一些情况下，相比于幅值本身，返回信号303可以更好地保留幅值比。在这种情况下，幅值比可以用于确定匹配或不匹配。在一些情况下，由探测器检测到的返回信号305可以是已编码信号(例如，实线所示的多脉冲序列)与其他信号(例如，相邻序列的信号、噪声信号等，如虚线所示)组合而成的结果。由探测器采集的返回信号可以被处理或过滤以确定匹配。例如，可以将在时间窗内检测到的脉冲数量与时序配置进行比较以确定匹配。在所示示例中，响应于检测到脉冲数(例如，六个脉冲)与在已知的时序配置中指定的脉冲数(例如，五个脉冲)不匹配，可以确定在时间窗内采集的返回信号305与已知的时序配置不匹配。替代地或附加地，可以将诸如返回信号的幅值(Am1、Am2、Am3、Am4、Am5、Am6)之类的其他因素与时序配置进行比较以确定匹配。在示出的示例中，具有幅值Am4、Am5、Am6的返回信号被确定为与时序配置不匹配，因为幅值Am4、Am5、Am6与时序配置中的第四脉冲和第五脉冲的幅值不匹配。在某些情况下，对应于幅值Am4、Am5、Am6的返回信号可被称为不正确信号。在某些情况下，一旦确定一个或多个返回信号与相应的时序配置不匹配或为不正确信号，则可以丢弃包括这样的不正确的返回信号的整个返回信号序列(在时间窗口内接收到)。例如，与返回信号序列305中的幅值Am4、Am5、Am6相对应的返回信号被确定为是不正确的信号，然后可以丢弃整个返回信号序列305。在替代情况下，当返回信号序列与时序配置部分匹配时，该返回信号序列仍可用于计算距离。例如，将对应于幅值Am4、Am5、Am6的返回信号检测为不正确信号，而对应于幅值Am1、Am2、Am3的返回信号被确定为与时序配置的一部分(例如，前三个脉冲)匹配，在这种情况下，可以将与幅值Am1、Am2、Am3相对应的返回信号与前三个脉冲相关联，并用于计算距离或TOF。

当信号序列被确定为合理时，信号序列可以与测量信号序列相关联以计算测量距离或飞行时间。图4示出了具有不同时序配置的两个多脉冲序列401、403的示例。可以通过不同的编码方案来编码所述两个多脉冲序列401、403。如示例中所示，所述两个多脉冲序列至少在幅值和时间间隔上可以不同。所述两个多脉冲序列可以同时发射或具有时间重叠。与所述两个多脉冲序列相关联的采集的返回信号405也可以具有时间重叠。所提供的解码方法可以能够从采集的返回信号405中识别返回信号的序列。解码方法可以与如上所述的解码方法相同。在某些情况下，所识别的序列然后可以与原始多脉冲序列相关联。可以获得序列中每个脉冲的延迟时间或飞行时间。例如，可以确定与多脉冲序列401中的每个脉冲相关联的飞行时间T1、T2、T3和T4，并且可以将与多脉冲序列403中的每个脉冲相关联的飞行时间(TOF)确定为T1'、T2'、T3'和T4'。在某些情况下，可以使用与多脉冲序列相关联的飞行时间来计算距离。在一些情况下，可以使用与序列中每个脉冲相关联的飞行时间的平均值来确定与多脉冲序列相关联的飞行时间。可以根据以下公式计算距离：

其中，S代表距离，k代表序列中的脉冲数，t代表与脉冲相关的飞行时间，而c代表光速。可以采用不同的方法或附加过程来获得与脉冲序列相关的飞行时间。例如，当检测到不正确脉冲时，可以将该不正确脉冲排除避免用于计算序列的飞行时间。通过检测偏离与其他脉冲相关联的飞行时间的异常飞行时间，可以检测到不正确脉冲。

可以使用软件、硬件或固件或其组合来实现所描述的功能、方法或一个或多个组件，诸如编码方案生成器、编码条件分析器、信号分析模块。在一些实施例中，诸如编码方案生成器、编码条件分析器、信号分析模块之类的组件可以包括一个或多个处理器以及至少一个用于存储程序指令的存储器。处理器可以在激光雷达系统上。可替代地，处理器可以在激光雷达系统的外部但是与激光雷达系统通信。处理器可以是能够执行特定指令集的单个或多个微处理器、现场可编程门阵列(FPGA)或数字信号处理器(DSP)。计算机可读指令可以存储在有形的非暂时性计算机可读介质上，例如软盘、硬盘、CD-ROM(紧凑型磁盘只读存储器)和MO(磁光)、DVD-ROM(数字多功能磁盘只读存储器)、DVD RAM(数字多功能磁盘随机存取存储器)或半导体存储器。编码方案生成器可以是与激光雷达系统通信的独立装置或系统。备选地，编码方案生成器可以是激光雷达系统的组件。本文公开的方法(例如解码方法和/或自适应编码方案生成过程)可以在硬件组件或硬件和软件的组合(例如，ASIC、专用计算机或通用计算机)中实现。

多脉冲序列可以具有可配置的脉冲时间间隔、幅值、持续时长等。在某些情况下，相连的序列可以是可单独配置的。所提供的激光雷达系统可以包括发射模块，该发射模块能够在短时间内产生单独可配置的光脉冲和/或产生单独可配置的顺序的或连续序列。在一些实施例中，发射模块可以包括多个光源。在某些情况下，光源可以至少包括激光二极管和驱动电路。在一些实施例中，可以控制光源以在具有短持续时长的时间窗口内发射多脉冲序列或者发射在连续脉冲之间具有短时间间隔的多脉冲序列。

图5示意性地示出了根据本发明一些实施例的光源500。光源400可以包括电耦合到蓄能元件505的发光器件，例如激光二极管507。储能元件505可以是任何合适的组件，例如电容。光源500可以包括电耦合到蓄能元件505的多个充电单元501-1，501-2，...，501-N。光源500中可以包括任何数量的充电单元。例如，可以包括至少一个、两个、三个、四个、五个、六个、七个、八个、九个、十个或更多个充电单元。所述多个充电单元可以被配置为顺序地或共同地对蓄能元件505进行充电。可以响应于由控制器产生的控制信号来控制所述多个充电单元以将一定量的电能提供给蓄能元件505。

在一些实施例中，每个充电单元可以具有内置的电压调节器和开关元件，以控制向电容器505供应能量的时间点和供能数量。例如，供应给电容器505的能量的量可以是脉冲能量，脉冲的持续时长可以由充电单元控制。在所示的充电单元501的示例中，能量源504可以将电能提供给内置的蓄能单元502(例如，电感器)。能量源可以是由多个充电单元共享和/或耦合到多个充电单元的能量源。充电单元501还可以包括用于控制向电容器505供应能量的时间点和供能数量的内置开关元件506。在某些情况下，这可以通过在其“开”状态(饱和)及其“关”状态(截止)之间内部切换晶体管(或功率MOSFET)来实现。在某些情况下，可以通过控制能量脉冲的持续时长来控制供应给电容器505的能量的大小。开关元件506可以响应于控制信号510而工作。在某些情况下，利用具有内置开关元件和电感器的充电单元，结合电容器(例如，蓄能元件505)，可以有利地确保调节后的输出激光功率，从而提供人眼安全性。

控制信号510可以由控制器520生成。在一些实施例中，由控制器520生成的控制信号510-1，510-2，...，510-N可以用于控制所述多个充电单元501-1，501-2，...，501-N顺序地或同时向电容器505供应能量。充电单元供应的能量或脉冲能量的量可以是累加的。例如，两个或更多个充电单元可以同时向蓄能元件505供应能量。两个或更多个充电单元可以在有或没有时间重叠的情况下顺序地或连续地向蓄能元件供应能量。这可以有利地缩短以受控方式对蓄能元件505充电需要的时间。

在一些情况下，由充电单元提供的能量或脉冲能量的量可以用于产生多脉冲序列中的单个脉冲。例如，所述多个充电单元可以由控制信号510-1，510-2，...，510-N控制，以将能量511-1、511-2、511-N顺序地供应到电容器，使得每次能量的量可以对应于多脉冲序列中的脉冲。在某些情况下，由充电单元提供的能量的量可以用于产生多个脉冲。例如，电容器505可以由从充电单元501-1供应的一定量能量511-1充电，并且开关元件509可以用于触发电容器的放电以允许能量(例如，电流)流向发光器件507从而产生多个脉冲。开关元件509可以响应于由控制器520产生的控制信号521而工作。由控制器520产生的对开关元件的控制信号521可以引起从蓄能元件505到发光器件507的一系列放电。从而发射多脉冲序列中的多个脉冲。

开关元件509可以被配置为根据控制信号521的状态在两个状态之间切换。例如，在第一状态(例如，“OFF”状态)下，开关元件可以是基本上不导通的。在这种状态下，电容器505有效地与发光器件507断开。在“OFF”状态下，电容器可以由所述多个充电单元中的一个或多个充电。在第二状态(例如，“ON”状态)下，开关元件可以是基本上导通的。在这种状态下，电容器电耦合至发光器件507。在“ON”状态下，电能从电容器流向发光器件507，从而产生光脉冲。

诸如光脉冲的幅值、光脉冲的持续时长、脉冲之间的时间间隔以及脉冲数之类的一个或多个因素可以由至开关元件509的控制信号521、至多个充电单元510-1，510-2，...510-N的控制信号或两者的组合来控制。所提供的发射模块还可允许改变相连的多脉冲序列。相连的多脉冲序列可以在幅值、光脉冲的持续时长、时间间隔等方面变化。在某些情况下，多脉冲序列中的光脉冲的幅值可以由供应给电容器的一定量的能量(例如，能量脉冲的持续时长)控制。例如，可以从第一充电单元(例如，充电单元510-1)向电容器提供第一数量的能量(例如，能量脉冲511-1)，然后可以控制开关元件509以使电容器快速放电以产生第一脉冲序列(例如序列512-1)。接下来，可以从第二充电单元(例如，充电单元510-2)向电容器提供第二数量的能量(例如，能量脉冲511-2)，并且电容器可以快速放电以产生第二脉冲序列(例如序列512-2)。能量脉冲511-1、511-2的持续时长可以不同，从而导致两个相连的多脉冲序列中的脉冲幅值不同。附加地或替代地，每个能量脉冲511-1、511-2、511-N可以对应于多脉冲序列中的单个光脉冲。

在某些情况下，控制器520可以实现或包括如本文其他地方所述的自适应编码模块。在一些情况下，自适应编码模块可以由单独的组件(例如，一个或多个处理器)来实现，并且控制器520可以与自适应编码模块通信。例如，控制器520可以响应于从自适应编码模块接收的编码方案来生成控制信号。

在某些情况下，控制器520可以实现或包括如本文其他地方所述的信号分析模块。在某些情况下，信号分析模块由单独的组件(例如，一个或多个处理器)实现，并且控制器520与信号分析模块通信。

控制器520可以与激光雷达系统的多个光源和/或探测器通信。可以根据针对给定光源确定的编码方案来生成用于控制给定光源的充电单元和开关元件的控制信号。

图6示出了响应于控制信号621而产生的多脉冲序列613的示例。可以生成控制信号621以控制光源的开关元件(例如，开关元件509)。在示出的示例中，可以将能量脉冲611-1、611-2、611-N顺序地供应给蓄能元件(例如，电容器)。可以响应于如图5所示的控制信号而控制从充电单元向蓄能元件供应的能量的时间点和/或供能数。在某些情况下，在每个能量脉冲之后，可以向光源的开关元件生成控制信号，从而触发光脉冲的发射。在这种情况下，每个能量脉冲可以对应于序列中的光脉冲。在所示的示例中，可以在能量脉冲之后立即发射光脉冲。或者，可以以由控制信号621控制的延迟时间发射光脉冲。在一些情况下，在每个能量脉冲之后，可以生成多个控制信号以触发开关元件的多个操作。在这种情况下，每个能量脉冲可以对应于多个光脉冲。多个光脉冲可以是具有时序配置的多脉冲序列。所述多个光脉冲可以是多脉冲序列中的光脉冲的一部分。

所提供的编码方法和机制可以与各种激光雷达系统结合使用。激光雷达系统可以至少包括光源和探测器。在某些情况下，激光雷达系统可以是采用多对发射器/探测器的多线激光雷达。多线激光雷达可带来实现大视场或更高分辨率的好处。可以通过旋转激光雷达，从而旋转激光雷达的垂直视场来实现大面积扫描。在一些情况下，可以将多对发射器/探测器布置成阵列。

图7是与本公开的各种实施例一致的激光雷达系统192的简化结构图。在各种实施例中，示例性激光雷达192可包括：转子190和定子191，它们由外腔7隔开。转子190可绕旋转轴141旋转，即，相对于定子191旋转。转子190可以包括内腔8。例如，通过使用分隔板91，内腔8可以被分成发射腔(分隔板91上方的内腔8的上半部分)和接收腔(分隔板91下方的内腔8的下半部分)。在发射腔中，可以布置多个激光器11，并且在接收腔中，可以布置多个探测器51。

转子190可以包括第一反射镜61、第二反射器62和光学发射装置2。第一反射器61与激光器11发射的激光束之间的角度可以是锐角，即，第一反射器61可以相对于支撑体1倾斜地布置。测量光脉冲(由激光器发射直到到达目标的激光束)可以被第一反射器61和第二反射器62顺序地反射，然后穿过光学发射装置2。激光器11发射的测量光脉冲可以穿过光学发射装置2(例如，准直透镜、准直透镜组件)，然后照射在外部物体3上。测量光脉冲可以是通过如本文其他地方所述的编码方案编码的多脉冲序列。

在一些实施例中，转子190可以进一步包括滤光装置6(例如，滤光片)。滤光装置6可以布置在内腔8的外部，以滤除环境光。滤光装置6可以布置在离开外部物体3的反射光的光路上，并且可以位于光学接收装置4的上游。

在一些实施例中，接收腔可以包括光学接收装置4(例如，聚焦透镜、聚焦透镜组件)、第三反射器63、第四反射器64和多个探测器51。从外部物体3反射的光穿过光学接收装置4，然后被探测器51接收。第三反射器63与光学接收装置4的主轴线之间的角度可以是锐角。穿过光学接收装置4的反射光可以被第三反射器63和第四反射器64顺序地反射，然后被探测器51接收。探测器51可以固定在电路板5上或替代结构上。探测器51的数量可以与激光器11的数量相同。

在一些实施例中，所述多个激光器11可以发射多个激光束。所述多个激光束可以包括如上所述的多脉冲序列。例如，1号激光器发射多脉冲序列，该多脉冲序列依次穿过第一反射器61和第二反射器62，然后入射在光学发射装置2上，并且在被光学发射装置2准直之后照射在外部物体3上。从外部物体3反射的光在通过光学接收装置4之后会聚，然后被第三反射器63和第四反射器64依次反射到探测器51上。总之，1号激光器发射的多脉冲序列被外部物体3反射，穿过光学接收设备4，然后会聚到1号探测器。

在一些实施例中，探测器51可以检测作为光信号的反射光，并基于该检测相应地产生电信号。激光雷达可以进一步包括分析装置，该分析装置被配置为处理由探测器51产生的电信号以检测诸如障碍物的外部物体3。在一些实施例中，分析装置可以包括如本文其他地方所述的信号分析模块。

在一些实施例中，转子可以包括用于布置激光器的发射腔和用于布置探测器的接收腔。发射腔和接收腔可以由分隔板分隔。所发射的激光束可以被第一反射器和第二反射器反射，并且穿过光学发射装置而离开激光雷达。在进入激光雷达之后，反射的光可以穿过光学接收装置，并且可以被第三和第四反射器反射，由两个反射器反射而到达探测器。

所提供的激光雷达系统可以被设置在可移动物体上以感测可移动物体周围的环境。或者，可以将激光雷达系统安装在固定的物体上。

本发明的可移动物体可以被配置成在任何合适的环境中移动，例如在空气中(例如，固定翼飞机，旋转翼飞机或既没有固定翼也没有旋转翼的飞机)，在水中(例如，船舶或潜水艇)，在地面上(例如，机动车辆，诸如汽车、卡车、公共汽车、货车、摩托车、自行车等；可移动的结构或框架，例如木棍、钓鱼竿；或火车)，在地下(例如地铁)，在太空(例如太空飞机、卫星或探测器)或这些环境的任意组合。可移动物体可以是车辆，例如本文其他地方描述的车辆。在一些实施例中，可移动物体可以由活体携带，或从活体起飞，活体例如为人或动物。

在某些情况下，可移动物体可以是自主驾驶车辆，其可以被称为自主驾驶汽车、无驾驶员汽车、自动驾驶汽车，机器人汽车或无人驾驶汽车。在一些情况下，自主驾驶车辆可以指被配置为感测其环境并且在很少或没有人工输入的情况下导航或驾驶的车辆。作为示例，自主驾驶车辆可以被配置为在整个行程中驾驶到任何合适的位置并控制或执行所有安全关键功能(例如，驾驶，转向，制动，停车)，而在任何时间都不期望驾驶员控制车辆。作为另一个示例，自主驾驶车辆可以允许驾驶员安全地将其注意力从特定环境中(例如，在高速公路上)的驾驶任务转移开，或者自主驾驶车辆可以在除少数环境之外的所有环境中提供对车辆的控制，而几乎不需要或不需要驾驶员的输入或关注。

在某些情况下，激光雷达系统可以集成到车辆中，作为自主驾驶系统的一部分。例如，激光雷达系统可以将关于周围环境的信息提供给自主驾驶车辆的驾驶系统。在一个示例中，激光雷达系统可以提供车辆的360度水平视场。自主车辆驾驶系统可以包括一个或多个计算系统，该计算系统从激光雷达系统接收有关周围环境的信息，分析接收到的信息，并将控制信号提供给车辆的驾驶系统(例如，方向盘、加速器、制动器或转弯信号)。

如本文所用，A和/或B涵盖A或B及其组合诸如A和B中的一个或多个。应当理解，尽管本文使用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种元件、组件、区域和/或部分，这些元件、组件、区域和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个元件、组件、区域或部分与另一元件、组件、区域或部分。因此，在不脱离本发明的教导的情况下，本文中讨论的第一元件、组件、区域或部分可以被称为第二元件、组件、区域或部分。

本文所使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，并不旨在限制本发明。如本文所使用的，单数形式“一”、“一个”和“该”也旨在包括复数形式，除非上下文另外明确指出。还将理解的是，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包括有”和/或“包含”和/或“包含有”指定存在所述特征、区域、整数、步骤、操作、元素和/或组件，但不排除存在或增加一个或多个其他特征、区域、整数、步骤、操作、元素、组件和/或其组。

在整个说明书中对“一些实施例”或“实施例”的引用是指结合该实施例描述的特定特征、结构或特性包括在至少一个实施例中。因此，在整个说明书中各处出现的短语“在一些实施例中”或“在实施例中”不一定都指的是同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，可以以任何合适的方式组合特定的特征、结构或特性。

尽管在此已经示出和描述了本发明的优选实施例，但是对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施例仅作为示例提供。在不脱离本发明的情况下，本领域技术人员现在将想到许多变化、改变和替换。应当理解，本文描述的本发明的实施方案的各种替代方案可以用于实施本发明。本文描述的实施例的许多不同的组合是可能的，并且这样的组合被认为是本公开的一部分。另外，结合本文的任何一个实施例讨论的所有特征可以容易地适于在本文的其他实施例中使用。意图是所附权利要求限定本发明的范围，并且由此涵盖这些权利要求范围内的方法和结构及其等同物。

Claims (40)

1.一种激光雷达系统，包括：

至少一个光源，其被配置为发射多脉冲序列以测量所述激光雷达系统与三维环境中的位置之间的距离，其中该多脉冲序列包括具有时序配置的多个脉冲；

至少一个光敏探测器，其被配置为检测来自所述三维环境的光脉冲；以及

电耦接到所述光源和所述光敏探测器的一个或多个处理器，其中所述一个或多个处理器被配置为：

确定包括所述时序配置的编码方案，其中，所述编码方案基于一个或多个实时状态动态地确定，所述一个或多个实时状态包括环境状态、激光雷达系统的状态或信号环境状态；以及

基于与检测到的光脉冲序列相关联的飞行时间来计算所述距离，其中所述飞行时间通过确定检测到的光脉冲序列与所述时序配置之间的匹配来确定。

2.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述时序配置包括选自由以下组成的组中的一项或多项：所述多个脉冲中的每个脉冲的幅值，所述多个脉冲中的每个脉冲的持续时长，所述多个脉冲之间的时间间隔和所述多个脉冲的数量。

3.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述编码方案还包括关于由所述光源发射的连续信号的信息。

4.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其中，所述连续信号是具有不同时序配置的多脉冲序列。

5.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其中，所述连续信号是单个脉冲。

6.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述多个脉冲在持续时长不超过100ns的时间窗口内发射。

7.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述环境状态包括天气、所述激光雷达系统的地理位置或所述环境中的目标物体的稀疏程度。

8.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，关于所述激光雷达系统的状态包括所述激光雷达系统的功耗或温度。

9.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述信号环境状态包括关于噪声、外部信号或信道状态的信息。

10.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述一个或多个实时状态从与所述激光雷达系统通信的一个或多个数据源获得，或传感器数据。

11.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述信号环境状态通过处理从所检测的光脉冲中选择的信号来获得。

12.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，所述光源包括：(i)发光器件；(ii)蓄能元件，在开关元件的控制下耦接至所述发光器件，用于产生所述多脉冲序列，以及(iii)多个充电单元，其中，所述多个充电单元中的每个均具有内置开关元件，该内置开关元件被配置为以预定量的能量给所述蓄能元件充电。

13.根据权利要求12所述的激光雷达系统，其中，所述一个或多个处理器被进一步配置为生成用于输出到所述开关元件和所述多个充电单元的所述内置开关元件的控制信号。

14.根据权利要求13所述的激光雷达系统，其中，输出到所述内置开关元件的所述控制信号引起预定量的能量从相对应的充电单元供应到所述蓄能元件。

15.根据权利要求14所述的激光雷达系统，其中，所述预定量的能量用于发射多脉冲序列中的多个脉冲。

16.根据权利要求14所述的激光雷达系统，其中，所述预定量的能量用于发射多脉冲序列中的一个脉冲。

17.根据权利要求13所述的激光雷达系统，其中，输出到所述开关元件的所述控制信号引起从所述蓄能元件到所述发光器件的一系列放电，从而触发发射多脉冲序列中的所述多个脉冲。

18.根据权利要求14所述的激光雷达系统，其中，从第一充电单元供应的所述预定量的能量与从第二充电单元供应的能量的量不同。

19.根据权利要求13所述的激光雷达系统，其中，多脉冲序列中的所述多个脉冲的持续时长、幅值、时间间隔由传输到所述开关元件或所述内置开关元件的控制信号来调节。

20.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，确定所述匹配包括：将从所述检测到的光脉冲序列中提取的一个或多个因素与所述时序配置进行比较。

21.根据权利要求20所述的激光雷达系统，其中，所述一个或多个因素包括时间间隔、序列中的脉冲数、幅值、幅值比或持续时长比。

22.根据权利要求20所述的激光雷达系统，其中所述一个或多个因素至少部分地基于所述一个或多个实时状态来动态地选择。

23.根据权利要求3所述的激光雷达系统，其中，在来自前一序列的脉冲被所述三维环境反射并返回至所述光敏探测器之前，发射所述连续的多脉冲序列。

24.根据权利要求1所述的激光雷达系统，其中，与检测到的光脉冲序列相关联的飞行时间是与每个检测到的光脉冲相关联的飞行时间的平均值。

25.一种用于对激光雷达系统进行编码的方法，包括：

确定包括时序配置的编码方案，其中，所述编码方案是基于一个或多个实时状态动态确定的，所述实时状态包括环境状态、激光雷达系统的状态或信号环境状态；

发射多脉冲序列以测量所述激光雷达系统与三维环境中位置之间的距离，其中所述多脉冲序列包括具有时序配置的多个脉冲；

检测来自所述三维环境的光脉冲；

确定检测到的光脉冲序列与所述时序配置之间的匹配；以及

基于与检测到的光脉冲序列相关联的飞行时间计算所述距离。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，所述时序配置包括选自由以下组成的组中的一项或多项：所述多个脉冲中的每个脉冲的幅值、所述多个脉冲中的每个脉冲的持续时长、所述多个脉冲之间的时间间隔和所述多个脉冲的数量。

27.根据权利要求25所述的方法，其中，所述编码方案还包括关于在所述多脉冲序列之后发射的连续信号的信息。

28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述连续信号是具有不同时序配置的多脉冲序列。

29.根据权利要求27所述的方法，其中，所述连续信号是单个脉冲。

30.根据权利要求25所述的方法，其中，所述多个脉冲在持续时长不超过100ns的时间窗口内发射。

31.根据权利要求25所述的方法，其中，所述环境状态包括天气、所述激光雷达系统的地理位置或所述环境中的目标物体的稀疏程度。

32.根据权利要求25所述的方法，其中，关于所述激光雷达系统的状态包括所述激光雷达系统的功耗或温度。

33.根据权利要求25所述的方法，其中，所述信号环境状态包括关于噪声、外部信号或信道状态的信息。

34.根据权利要求25所述的方法，其中，所述信号环境状态通过处理从所述检测到的光脉冲中选择的信号来获得。

35.根据权利要求25所述的方法，还包括将从检测到的光脉冲序列中提取的一个或多个因素与所述时序配置进行比较以确定匹配。

36.根据权利要求35所述的方法，所述一个或多个因素包括时间间隔、多脉冲序列中的脉冲数、幅值、幅值比或持续时长比。

37.根据权利要求35所述的方法，其中所述一个或多个因素至少部分地基于所述一个或多个实时状态来动态地选择。

38.根据权利要求25所述的方法，其中，与检测到的光脉冲序列相关联的飞行时间是与每个检测到的光脉冲相关联的飞行时间的平均值。

39.根据权利要求27所述的方法，其中，在来自前一序列的光脉冲被所述三维环境反射并返回到所述光敏探测器之前，发射所述连续的多脉冲序列。

40.根据权利要求39所述的方法，其中，所述连续的多脉冲序列具有不同的时序配置。

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