CN112639528B - 基于调频非线性校正的测距方法及相关装置 - Google Patents

基于调频非线性校正的测距方法及相关装置 Download PDF

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CN112639528B CN202080004674.2A CN202080004674A CN112639528B CN 112639528 B CN112639528 B CN 112639528B CN 202080004674 A CN202080004674 A CN 202080004674A CN 112639528 B CN112639528 B CN 112639528B
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Abstract

一种基于调频非线性校正的测距方法，包括：获取参考路拍频信号和测量路拍频信号(S501)；根据参考路拍频信号计算得到调频非线性度；并根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ(S502)；当调频非线性度不小于第一预设阈值时，根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间(S503)；根据目标飞行时间计算得到目标距离(S504)。可以提高激光雷达的测距精度与测距范围。

Description

基于调频非线性校正的测距方法及相关装置
技术领域
本申请涉及激光雷达领域，具体涉及一种基于调频非线性校正的测距方法及相关装置。
背景技术
调频连续波(Frequency Modulated Continuous，FMCW)激光雷达(LightDetection and Ranging，LiDAR)是一种光学遥感技术，它能完成测距、测速、目标探测、跟踪和成像识别等功能，可应用于智能交通、自动驾驶、大气环境监测、地理测绘、无人机等领域。
FMCW LiDAR是通过测量发射光信号与回波信号相干得到拍频信号的频域响应来获取被测目标的位置信息。基本过程如图1所示。通过对拍频信号进行频域分析，估计发射信号与回波信号之间的频率差fb，进而根据频率差fb计算飞行时间τ，最后根据飞行时间计算得到被测目标的距离。
图2为典型的FMCW LiDAR系统架构框图。通过向可调谐激光器注入适当驱动电流，驱动激光器发射激光信号，光束经过隔离器后被耦合器分为两束激光，其中一束光束作为参考光，另外一束光束先后经过环形器和镜头出射至被测目标物，称为测量光。测量光经目标表面反射后被镜头收集并经过环形器与参考光经过耦合器，在平衡探测器的光敏面发生相干，产生频率与飞行时间τ成正比的拍频信号；通过对该拍频信号进行频域分析，得到拍频信号频率值fb，也即发射信号与回波信号的频率差；再根据调频周期和调频带宽等已知参数，便可计算出飞行时间τ，进而估计目标距离。
在理想线性调频情况下，发射信号与回波信号的调频曲线应该是一致的且频率随着时间线性变化，二者只存在飞行延时，故发射信号的调频线性度会很大程度上影响FMCWLiDAR的测距精度。实际情况中，激光器的输出频率是通过改变激光器的驱动电流来控制的，由于半导体激光器本身固有的频率调制效应，激光器的输出频率对于调制电流呈现明显的非线性，如图3所示。对比于线性调频下，当存在调频非线性时，拍频信号不再是单频信号，其拍频频率会随时间变化，频谱会被展宽，导致拍频信号的信噪比下降，进而严重影响到测距精度和测距范围。
发明内容
本申请实施例提供了一种基于调频非线性校正的测距方法及相关装置，以提高激光雷达的测距精度与测距范围。
第一方面，本申请实施例提供了一种基于调频非线性校正的测距方法，包括：
获取参考路拍频信号和测量路拍频信号，参考路拍频信号和测量路拍频信号是分别基于激光器发射信号得到的；根据参考路拍频信号计算得到调频非线性度；并根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ；确定调频非线性度不小于第一预设阈值，根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间；根据目标飞行时间计算得到目标距离。
通过基于飞行时间τ和所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路的拍频信号进行非线性迭代校正，消除了调频非线性对测量路拍频信号的影响，使得最后估计的目标飞行时间与目标实际飞行时间偏差最小，进而可根据目标飞行时间确定目标距离，提高了激光雷达的测距精度。
在一个可行的实施例中，根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间，包括：
S1：根据延时飞行时间τ′i-1对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)，延时飞行时间τ′i-1是基于飞行时间τi-1得到的；
S2：根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；
S3、根据校正拍频信号确定目标飞行时间。
通过根据激光器发射信号的调频非线性项对测量路拍频信号进行调频非线性校正，消除了调频非线性对测量路拍频信号的影响，提高了基于校正后的拍频信号得到的飞行时间的精确性，进而提高了测距精度。
在一个可行的实施例中，根据校正拍频信号确定目标飞行时间，包括：
根据校正拍频信号获取飞行时间τi；当频谱峰值peaki满足预设条件时，将飞行时间τi确定为目标飞行时间；当频谱峰值peaki不满足预设条件时，令i＝i+1，并重复执行上述步骤S1-S3；频谱峰值peaki为校正拍频信号对应的频域信号的峰值；
当i＝1时，peaki-1为所述初始频谱峰值，飞行时间τi-1为初始飞行时间τ。
通过对测量路拍频信号进行迭代校正，可在很大程度上消除调频非线性对测量路拍频信号的影响，提高了基于校正后的拍频信号得到的飞行时间的精确性，进而提高了测距精度。
在一个可行的实施例中，预设条件为(peaki-peaki-1)/peaki-1＜Thrrate，该Thrrate为第三预设阈值。
在一个可行的实施例中，根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间，包括：
根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行M次非线性迭代计算，以得到目标飞行时间，M为大于1的整数，
其中，在进行第i次非线性迭代计算时，根据延时飞行时间τ′i-1对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)；延时飞行时间τ′i-1是基于飞行时间τi-1得到的；
根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；根据校正拍频信号获取飞行时间τi；
其中，当i＝1时，飞行时间τi-1为初始飞行时间τ；当i＝M时，目标飞行时间为飞行时间τi。
通过对测量路拍频信号进行多次调频非线性校正，可在很大程度上消除调频非线性对测量路拍频信号的影响，提高了基于校正后的拍频信号得到的飞行时间的精确性，进而提高了测距精度。
在一个可行的实施例中，根据校正拍频信号获取飞行时间τi，包括：
对校正拍频信号进行FFT，以得到校正拍频信号对应的频域信号；根据校正拍频信号对应的频域信号获取飞行时间τi。
在一个可行的实施例中，校正拍频信号包括第一校正拍频信号或第二校正拍频信号；根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号，包括：
当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性项校正，以得到第一校正拍频信号；当测量路拍频信号的信噪比低于第二预设阈值时，根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对补偿后的拍频信号进行接收端调频非线性项校正，以得到第二校正拍频信号；
其中，补偿后的拍频信号是基于根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿得到的。
当测量路拍频信号的信噪比很低时，由于基于该测量路拍频信号计算得到的初始飞行时间会有较大的估计误差，因此为了降低初始飞行时间的计算误差和减少迭代次数，根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行了补偿，并得到了补偿后的拍频信号，从而在对测量路拍频信号进行校正时，只需要根据测量路回波信号的调频非线性项对补偿后的拍频信号进行调频非线性校正，也消除调频非线性对测量路拍频信号的影响。
在一个可行的实施例中，根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ，包括：
当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，对测量路拍频信号进行FFT，以得到测量路拍频信号对应的频域信号；根据测量路拍频信号对应的频域信号确定测量路拍频信号的频率，并根据测量路拍频信号的频率计算得到初始飞行时间τ；
其中，测量路拍频信号的频率为测量路拍频信号对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者频域信号的半高宽度中点位置对应的频率。
在一个可行的实施例中，根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ，包括：
当测量路拍频信号的信噪比低于第二预设阈值时；根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿，以得到补偿后的拍频信号；激光器发射信号的调频非线性项是基于参考路拍频信号计算得到的；
对补偿后的拍频信号进行FFT，以得到补偿后的拍频信号对应的频域信号；根据补偿后的拍频信号对应的频域信号确定补偿后的拍频信号的频率，并根据补偿后的拍频信号的频率计算得到初始飞行时间τ；
其中，补偿后的拍频信号的频率为补偿后的拍频信号对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者频域信号的半高宽度中点位置对应的频率。
当测量路拍频信号的信噪比很低时，基于该测量路拍频信号计算得到的初始飞行时间会有较大的估计误差，因此为了降低初始飞行时间的计算误差，并减少迭代次数，利用激光器发射信号的调频非线项ε(t)对测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿，以得到发射端调频非线性项补偿后的拍频信号，该拍频信号只剩下回波信号对应的调频非线性项，基于该拍频信号计算得到估计误差较小的初始飞行时间τ。
在一个可行的实施例中，根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，包括：
对参考路拍频信号进行希尔伯特变换，以得到变换后的拍频信号；根据变换后的拍频信号计算得到激光器发射信号的调频频率；根据激光器发射信号的调频频率和理想线性调频频率计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)。
第二方面，本申请实施例提供一种基于调频非线性校正的测距装置，包括：
获取单元，用于获取参考路拍频信号和测量路拍频信号，参考路拍频信号和测量路拍频信号是分别基于激光器发射信号得到的；
计算单元，用于根据参考路拍频信号计算得到调频非线性度；并根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ；
计算单元，还用于在确定单元确定调频非线性度不小于第一预设阈值时，根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，
校正单元，用于根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间；
计算单元，用于根据目标飞行时间计算得到目标距离。
通过基于飞行时间τ和所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路的拍频信号进行非线性迭代校正，可在很大程度上消除调频非线性对测量路拍频信号的影响，使得最后估计的目标飞行时间与目标实际飞行时间偏差最小，进而可根据目标飞行时间确定目标距离，提高了激光雷达的测距精度。
在一个可行的实施例中，校正单元具体用于：
S1：根据延时飞行时间τ′i-1对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)，延时飞行时间τ′i-1是基于飞行时间τi-1得到的；
S2：根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；
S3、根据校正拍频信号确定目标飞行时间。
在一个可行的实施例中，在根据校正拍频信号确定目标飞行时间的方面，校正单元具体用于：
根据校正拍频信号获取飞行时间τi；当频谱峰值peaki满足预设条件时，将飞行时间τi确定为目标飞行时间；当频谱峰值peaki不满足预设条件时，令i＝i+1，并重复执行上述步骤S1-S3；频谱峰值peaki为校正拍频信号对应的频域信号的峰值；
当i＝1时，peaki-1为所述初始频谱峰值，飞行时间τi-1为初始飞行时间τ。
在一个可行的实施例中，预设条件为(peaki-peaki-1)/peaki-1＜Thrrate，该Thrrate为第三预设阈值。
在一个可行的实施例中，校正单元具体用于，包括：
根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行M次非线性迭代计算，以得到目标飞行时间，M为大于1的整数，
其中，在进行第i次非线性迭代计算时，根据延时飞行时间τ′i-1对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)；延时飞行时间τ′i-1是基于飞行时间τi-1得到的；
根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；根据校正拍频信号获取飞行时间τi；
其中，当i＝1时，飞行时间τi-1为初始飞行时间τ；当i＝M时，目标飞行时间为飞行时间τi。
在一个可行的实施例中，在根据校正拍频信号获取飞行时间τi的方面，计算单元具体用于：
对校正拍频信号进行FFT，以得到校正拍频信号对应的频域信号；根据校正拍频信号对应的频域信号获取飞行时间τi。
在一个可行的实施例中，校正拍频信号包括第一校正拍频信号或第二校正拍频信号；在根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号的方面，校正单元具体用于：
当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性项校正，以得到第一校正拍频信号；当测量路拍频信号的信噪比低于第二预设阈值时，根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对补偿后的拍频信号进行接收端调频非线性项校正，以得到第二校正拍频信号；
其中，补偿后的拍频信号是基于根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿得到的。
在一个可行的实施例中，在根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ的方面，计算单元具体用于：
当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，对测量路拍频信号进行FFT，以得到测量路拍频信号对应的频域信号；根据测量路拍频信号对应的频域信号确定测量路拍频信号的频率，并根据测量路拍频信号的频率计算得到初始飞行时间τ；
其中，测量路拍频信号的频率为测量路拍频信号对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者频域信号的半高宽度中点位置对应的频率。
在一个可行的实施例中，在根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ的方面，计算单元具体用于：
当测量路拍频信号的信噪比低于第二预设阈值时；根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿，以得到补偿后的拍频信号；激光器发射信号的调频非线性项是基于参考路拍频信号计算得到的；
对补偿后的拍频信号进行FFT，以得到补偿后的拍频信号对应的频域信号；根据补偿后的拍频信号对应的频域信号确定补偿后的拍频信号的频率，并根据补偿后的拍频信号的频率计算得到初始飞行时间τ；
其中，补偿后的拍频信号的频率为补偿后的拍频信号对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者频域信号的半高宽度中点位置对应的频率。
在一个可行的实施例中，在根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)的方面，计算单元具体用于：
对参考路拍频信号进行希尔伯特变换，以得到变换后的拍频信号；根据该变换后的拍频信号计算得到激光器发射信号的调频频率；根据激光器发射信号的调频频率和理想线性调频频率计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)。
第三方面，本申请实施例提供一种基于调频非线性校正的测距装置，包括：
存储器，用于存储指令；以及
至少一台处理器，与所述存储器耦合；
其中，当所述至少一台处理器执行所述指令时，所述指令致使所述处理器执行如第一方面所示的全部或者部分方法。
第四方面，本申请实施例提供一种计算机存储介质，该计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如第一方面所示的全部或者部分方法。
第五方面，本申请实施例提供一种激光雷达，包括激光器以及与该激光器耦合的处理器，该处理器执行如第一方面所示的全部或部分方法。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为FMCW激光雷达测距原理示意图；
图2为FMCW激光雷达的系统架构框图；
图3为非线性调频下的拍频信号；
图4为现有技术中基于调制激光器驱动电流预失真的处理方法示意图；
图5为本申请实施例提供的一种基于调频非线性校正的测距方法的流程示意图；
图6为本申请实施例提供的一种对测量路拍频信号进行非线性迭代校正的流程示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种对测量路拍频信号进行非线性迭代校正的流程示意图；
图8为本申请实施例提供的另一种基于调频非线性校正的测距方法的流程示意图；
图9a为非线性校正前后测距误差对比图；
图9b为非线性项迭代校正后拍频信号的频谱；
图10为本申请实施例提供的一种基于调频非线性校正的测距装置的结构示意图；
图11为本申请实施例提供的另一种基于调频非线性校正的测距装置的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
为了提高测距精度和增大测距范围，人们提出了校正调频非线性的方法。在现有的校正调频非线性的方法中，较为普遍的一种是基于调制激光器驱动电流预失真的处理方法。如图4所示，通过估计当前测量激光器实际输出频率vk(t)与理想线性频率vd(t)之间的频率差ek(t)，来调整下一次测量激光器驱动电流uk+1(t)，从而改变下一次测量时激光器的输出频率。经过多轮这样的迭代校正，最终使得激光输出频率趋于线性。
这个方案的主要问题在于，通过调整驱动电流的方式来控制激光器的输出频率，只能将非线性减小到一个比较小的范围内，并不能从原理上完全消除。此外，当前非线性校正的结果只能用于下一次测量。倘若由于温度、振动等外界因素的干扰，通过上一次测量时预失真估计出的驱动电流来控制下一次测量时激光器的输出频率，其频率值与预期值不匹配，这就导致上一次预失真估计结果失效，而没有达迭代校正的目的。
重采样算法是一种在接收端进行调频非线性校正的方法。核心思想是，通过估计的采样时间序列对拍频信号进行重采样，使得信号重新变为单频信号。具体原理如下：
(1)发射信号：
Figure BDA0002948327960000061
(2)回波信号：sr(t)＝st(t-τ)
(3)拍频信号：
Figure BDA0002948327960000062
(忽略τ的高阶项)
(4)令
Figure BDA0002948327960000063
则s′b(t)＝exp{j2π[f0+αt′]τ}
将t′看作新的采样时间序列，对拍频信号s′b(t)进行重采样，使得重采样后的拍频信号变回为单频信号。
Figure BDA0002948327960000071
是调频非线性项。
重采样算法的前提假设是拍频信号的延时τ为一个较小的值，则可以忽略τ的高阶项，对于较远的目标，其拍频信号对应的延时τ由于不满足前提假设，导致重采样处理后其对应的测距误差仍然很大。所以，重采样的性能与待测距离有关，具有很大的实用局限性。
基于上述原因，本申请提出一种基于调频非线性校正的测距方法的流程示意图。如图5所示，该方法包括：
S501、获取参考路拍频信号和测量路拍频信号。
具体地，激光器发射的激光信号分成两路，一路为参考路的光信号，另一路为测量路的光信号。其中，参考路光信号和测量路光信号的频率和相位相同。
参考路的光信号分为两路，可通过预设固定臂长差为τD的马赫-曾德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer，MZI)得到参考路拍频信号sref(t)。具体地，一路光信号经过MZI的短臂，另一路光信号经过MZI的长臂，因为两路光信号经过光程不同，所以两路光信号在平衡探测器的光敏面上进行相干，得到参考路拍频信号sref(t)。
测量路的光信号分为两路，其中，一路为本振信号，另一路发射至被测目标物，经该目标物表面反射得到回波信号。回波信号与本振信号在平衡探测器的光敏面进行相干，以得到测量路拍频信号sb(t)。
S502、根据参考路拍频信号计算得到调频非线性度；并根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ。
具体地，根据参考路拍频信号计算得到调频非线性度，包括：
对参考路拍频信号sref(t)进行希尔伯特变换，以得到变换后的信号Hb(t)，根据变换后的信号得到参考路拍频信号的瞬时相位
Figure BDA0002948327960000072
其中，
Figure BDA0002948327960000073
Hb，real＝real(Hb(t))，Hb，imag＝imag(Hb(t))，Hb(t)＝hilbert(sref(t))，real(Hb(t))为变换后的信号Hb(t)的实部，imag(Hb(t))为变换后的信号Hb(t)的虚部。
根据激光器发射信号的调频频率f(t)与参考路拍频信号瞬时相位
Figure BDA0002948327960000074
的对应关系，计算激光器发射信号的调频频率f(t)，其中，
Figure BDA0002948327960000075
根据调频频率计算调频非线性度，该调频非线性度
Figure BDA0002948327960000076
fideal(t)为理想线性调频频率，fideal(t)＝f0t+0.5αt2，f0为载波频率，α是理想线性调频时对应的调频斜率，B为调频带宽。
可选地，调频非线性度还可以是根据激光器发射信号的调频非线性项(即激光器发射信号的调频频率f(t)与理想线性调频频率fideal(t)的差)的均方根和调频带宽(B)计算得到，调频非线性度可表示为：
Figure BDA0002948327960000077
Figure BDA0002948327960000078
可选地，可根据激光器发射信号的调频频率f(t)与理想线性调频频率fideal(t)的偏离程度来衡量激光器的调频非线性程度，即用f(t)与fideal(t)之间的均方根误差(RootMean Squard Error，RMSE)来衡量，即
Figure BDA0002948327960000081
在此需要说明的是，调频频率f(t)和理想线性调频频率fideal(t)均可看成离散信号，因此fk为调频频率f(t)上第k个离散点对应的频率，fideal，k为理想线性调频频率fideal(t)上第k个离散点对应的频率。
S503、当调频非线性度不小于第一预设阈值时，根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间。
其中，第一预设阈值ThrnonRate为FMCW测距系统所能接收的激光器的最大非线性度。
具体地，激光器发射信号的调频非线性项ε(t)基于以下公式得到：
Figure BDA0002948327960000082
Figure BDA0002948327960000083
在一个可行的实施例中，根据测量路拍频信号sb(t)计算得到初始飞行时间τ，包括：
当测量路拍频信号sb(t)的信噪比不小于第二预设阈值时，对测量路拍频信号sb(t)进行快速FFT，得到该测量路拍频信号sb(t)对应的频域信号，基于该频域信号确定测量路拍频信号sb(t)的频率fb；当测量路拍频信号sb(t)的信噪比小于第二预设阈值时，根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号sb(t)进行发射端的调频非线性项补偿，以得到补偿后的拍频信号s′b(t)；对补偿后的拍频信号s′b(t)进行FFT，以得到补偿后的拍频信号对应的频域信号；根据补偿后的拍频信号对应的频域信号确定补偿后的拍频信号s′b(t)的频率f′b；根据拍频信号的频率fb或补偿后的拍频信号s′b(t)的频率f′b计算得到初始飞行时间τ；初始飞行时间τ为fb/α或f′b/α，α为理想线性调频时对应的调频斜率；
其中，测量路拍频信号sb(t)的频率fb为测量路拍频信号sb(t)对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者该频域信号半高宽度中心位置对应的频率；补偿后的拍频信号s′b(t)的频率f′b为补偿后的拍频信号s′b(t)对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者该频域信号半高宽度中心位置对应的频率。
在一个可行的实施例中，根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间，包括：
S1：根据延时飞行时间τ′i-1对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号的调频非线性项ε(t-τ′i-1)，其中，所述延时飞行时间τ′i-1是基于飞行时间τi-1得到的；
S2、根据测量路回波信号对应的调频非线性项对测量路拍频信号进行调频非线性项校正，以得到校正拍频信号；
S3、根据校正拍频信号确定目标飞行时间。
进一步地，根据校正拍频信号确定目标飞行时间，包括：
根据校正拍频信号获取飞行时间τi；当频谱峰值peaki满足预设条件时，将飞行时间τi确定为目标飞行时间；当频谱峰值peaki不满足预设条件时，令i＝i+1，并重复执行步骤S1-S3；频谱峰值peaki为校正拍频信号对应的频域信号的峰值；
当i＝1时，peaki-1为初始频谱峰值，飞行时间τi-1为初始飞行时间τ。
其中，预设条件为(peaki-peaki-1)/peaki-1＜Thrrate，Thrrate为第三预设阈值。
在一个可行的实施例中，根据初始飞行时间τ和所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间，包括：
根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行M次非线性迭代计算，以得到目标飞行时间，M为大于1的整数，
其中，在进行第i次非线性迭代计算时，根据所述延时飞行时间τ′i-1对所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)；延时飞行时间τ′i-1是基于飞行时间τi-1得到的；
根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；根据校正拍频信号获取飞行时间τi；
其中，当i＝1时，飞行时间τi-1为初始飞行时间τ；当i＝M时，目标飞行时间为飞行时间τi。
在一个可行的实施例中，根据校正拍频信号获取飞行时间τi，包括：
对校正拍频信号进行FFT以得到校正拍频信号对应的频域信号，根据校正拍频信号对应的频域信号获取飞行时间τi。
在一个可行的实施例中，校正拍频信号包括第一校正拍频信号或第二校正拍频信号；根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号，包括：
当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性项校正，以得到第一校正拍频信号；
当测量路拍频信号的信噪比低于所述第二预设阈值时，根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对补偿后的拍频信号进行接收端调频非线性项校正，以得到第二校正拍频信号；
其中，补偿后的拍频信号是基于根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿得到的，因此补偿后的拍频信号又可称为已做发射端调频非线性补偿的拍频信号。
具体地，当测量路拍频信号sb(t)的信噪比不低于第二预设阈值时，根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和回波信号的调频非线性项ε(t-τi)对测量路拍频信号sb(t)进行调频非线性项校正，以得到第一校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000091
当测量路拍频信号sb(t)的信噪比低于第二预设阈值时，根据测量路回波信号的调频非线性项ε(t-τi)对已做发射端调频非线性补偿后的拍频信号s′b(t)进行接收端调频非线性项校正，以得到第二校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000092
具体地，如图6所示：
S10A、根据飞行时间τi-1获取延时飞行时间τ′i-1。
可选地，延时飞行时间τ′i-1＝τi-1+p，p为预设步长。当然还可以基于其他方式得到延时飞行时间τ′i-1。
S20A、根据延时飞行时间τ′i-1对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号的调频非线性项ε(t-τ′i-1)。
换句话说，对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行一个τ′i-1的延时，得到测量路回波信号的调频非线性项ε(t-τ′i-1)。
S30A、当测量路拍频信号sb(t)的信噪比不低于第二预设阈值时，根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和测量路回波信号的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号sb(t)进行调频非线性项校正，以得到第一校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000101
其中，第一校正拍频信号为：
Figure BDA0002948327960000102
sb(t)为测量路的初始拍频信号，换句话说，sb(t)为测量路非线性项迭代校正前对应的拍频信号。当测量路拍频信号sb(t)的信噪比低于第二预设阈值时，根据测量路回波信号的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对已做发端调频非线性项补偿后的拍频信号s′b(t)进行接收端调频非线性项校正，以得到第二校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000103
其中，第二校正拍频信号为：
Figure BDA0002948327960000104
对第一校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000105
或第二校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000106
进行FFT，以得到该第一校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000107
或第二校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000108
对应的频域信号，基于该频域信号获取飞行时间τi和频谱峰值peaki。
具体地，根据第一校正拍频信号对应的频域信号确定第一校正拍频信号的频率，并根据第一校正拍频信号的频率确定飞行时间τi；或者根据第二校正拍频信号对应的频域信号确定第二校正拍频信号的频率，并根据第二校正拍频信号的频率确定飞行时间τi。
其中，第一校正拍频信号的频率为第一校正拍频信号对应的频域信号的峰值peaki位置对应的频率，或者该频域信号半高宽度中心位置对应的频率；第二校正拍频信号的频率为第二校正拍频信号对应的频域信号的峰值peaki位置对应的频率，或者该频域信号半高宽度中心位置对应的频率。
S40A、当(peaki-peaki-1)/peaki-1＞＝Thrrate时，令i＝1+1，并重复执行步骤S10A-S40A；当(peaki-peaki-1)/peaki-1＜Thrrate时，执行步骤S50A。其中，Thrrate为第三预设阈值，该第三预设阈值为峰值增长速度门限值。
其中，当i＝1时，peaki-1为初始频谱峰值，飞行时间τi-1为初始飞行时间τ，当测量路拍频信号sb(t)的信噪比不低于第二预设阈值时，初始频谱峰值为测量路拍频信号sb(t)对应的频域信号的峰值；当测量路拍频信号sb(t)的信噪比低于第二预设阈值时，初始频谱峰值为补偿后的拍频信号s′b(t)对应的频域信号的峰值。
S50A、将目标飞行时间确定为飞行时间τi。
再具体地，如图7所示：
S10B、根据飞行时间τi-1获取延时飞行时间τ′i-1。可选地，延时飞行时间τ′i-1＝τi-1+p，p为预设步长。当然还可以基于其他方式得到延时飞行时间τ′i-1。
S20B、根据延时飞行时间τ′i-1对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号的调频非线性项ε(t-τ′i-1)。换句话说，对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行一个τ′i-1的延时，得到测量路回波信号的调频非线性项ε(t-τ′i-1)。
S30B、当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和测量路回波信号的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号sb(t)进行调频非线性项校正，以得到第一校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000109
并根据第一校正拍频信号
Figure BDA00029483279600001010
获取飞行时间τi和频谱峰值peaki。其中，第一校正拍频信号为：
Figure BDA00029483279600001011
sb(t)为测量路拍频信号。当测量路拍频信号的信噪比低于第二预设阈值时，根据测量路回波信号的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对已做发端调频非线性项补偿后的拍频信号s′b(t)进行接收端调频非线性项校正，以得到第二校正拍频信号
Figure BDA00029483279600001012
并根据第二校正拍频信号
Figure BDA00029483279600001013
获取飞行时间τi和频谱峰值peaki。其中，第二校正拍频信号为：
Figure BDA00029483279600001014
具体地，根据第一校正拍频信号对应的频域信号确定第一校正拍频信号的频率，并根据第一校正拍频信号的频率确定飞行时间τi；或者根据第二校正拍频信号对应的频域信号确定第二校正拍频信号的频率，并根据第二校正拍频信号的频率确定飞行时间τi。
其中，第一校正拍频信号的频率为第一校正拍频信号对应的频域信号的峰值peaki位置对应的频率，或者该频域信号半高宽度中心位置对应的频率；第二校正拍频信号的频率为第二校正拍频信号对应的频域信号的峰值peaki位置对应的频率，或者该频域信号半高宽度中心位置对应的频率。
S40B、当i＜M时，令i＝1+1，并重复执行步骤S10B-S40B；当i＝M时，执行步骤S50B。
S50B、目标飞行时间＝飞行时间τi。
其中，当i＝1时，飞行时间τi-1为初始飞行时间；当i＝M时，目标飞行时间为飞行时间τi。
在此需要说明的是，在执行如图7所示的方法之前，对i进行初始化，以使i＝1。
S504、根据目标飞行时间计算得到目标距离。
其中，目标距离R＝cT/2，c为光速，T为目标飞行时间。
在一个具体地实施例中，如图8所示，获取参考路拍频信号，具体地将参考路的光信号分为两路，可通过预设固定臂长差为τD的MZI得到参考路拍频信号sref(t)。其中一路光信号经过MZI的短臂，另一路光信号经过MZI的长臂，因为两路光信号经过光程不同，所以两路光信在平衡探测器的光敏面上进行相干，得到参考路拍频信号sref(t)。
在获取参考路拍频信号sref(t)后，根据参考路拍频信号sref(t)计算激光器发射信号的调频频率f(t)。具体地，对该参考路拍频信号sref(t)进行希尔伯特变换，得到变换后的拍频信号Hb(t)，该拍频信号可表示为Hb(t)＝hilbert(sref(t))，再根据变换后的拍频信号得到参考路拍频信号的瞬时相位
Figure BDA0002948327960000111
该瞬时相位
Figure BDA0002948327960000112
可表示为：
Figure BDA0002948327960000113
其中，Hb，imag为Hb(t)的虚部，Hb，real为Hb(t)的实部。
根据激光器发射信号的调频频率f(t)计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和调频非线性度nonrate。具体地，根据激光器发射信号的调频频率f(t)与参考路拍频信号的瞬时相位
Figure BDA0002948327960000114
的关系计算调频频率f(t)，其中，
Figure BDA0002948327960000115
再根据调频频率f(t)计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和调频非线性度nonrate。激光器发射信号的调频非线性项
Figure BDA0002948327960000116
调频非线性度
Figure BDA0002948327960000117
其中，fideal(t)为理想线性调频频率，fideal(t)＝f0t+0.5αt2，f0为载波频率，α为理想线性调频时对应的调频斜率，B为调频带宽。
可选地，调频非线性度还可以是根据激光器发射信号的调频非线性项(即激光器发射信号的调频频率f(t)与理想线性调频频率fideal(t)的差)的均方根和调频带宽(B)计算得到，调频非线性度可表示为：
Figure BDA0002948327960000118
Figure BDA0002948327960000119
可选地，可根据激光器发射信号的调频频率f(t)与理想线性调频频率fideal(t)的偏离程度来衡量激光器的调频非线性程度，即用f(t)与fideal(t)之间的均方根误差(RootMean Squard Error，RMSE)来衡量，即
Figure BDA00029483279600001110
在此需要说明的是，调频频率f(t)和理想线性调频频率fideal(t)均可看成离散信号，因此fk为调频频率f(t)上第k个离散点对应的频率，fideal，k为理想线性调频频率fideal(t)上第k个离散点对应的频率。
获取测量路拍频信号，具体地，将测量路的光信号分为两路，其中，一路信号作为本振信号，另一路信号发射至被测目标物，经目标物表面反射得到回波信号。回波信号与本振信号在平衡探测器的光敏面进行相干，以得到测量路拍频信号sb(t)。
对测量路拍频信号进行FFT，计算拍频信号的频率fb和频谱峰值peaklast。具体地，当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，对测量路拍频信号sb(t)进行FFT，得到测量路拍频信号对应的频域信号，基于该频域信号计算得到测量路拍频信号的频率fb和频谱峰值peaklast，并根据测量路拍频信号的频率fb计算得到飞行时间τ；当测量路拍频信号的信噪比低于第二预设阈值时，根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿，以得到补偿后的拍频信号s′b(t)；对补偿后的拍频信号s′b(t)进行FFT，得到补偿后的拍频信号对应的频域信号，基于该频域信号计算得到测量路补偿后拍频信号s′b(t)的频率f′b和频谱峰值peaklast，此时频谱峰值peaklast为补偿后拍频信号对应的频域信号的峰值，并根据测量路补偿后的拍频信号的频率f′b计算得到飞行时间τ。
当调频非线性度nonrate大于第一预设阈值ThrnonRate时，根据步长p更新飞行时间τ，更新后的飞行时间为τ＝τ+p，对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行一个更新后的飞行时间τ的延时，得到测量路对应的回波信号的调频非线性项ε(t-τ)；当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，根据调频非线性项ε(t)和调频非线性项ε(t-τ)对测量路拍频信号sb(t)进行调频非线性项校正，得到第一校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000121
当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ)对已做发端调频非线性项补偿后的拍频信号s′b(t)进行接收端调频非线性项校正，得到第二校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000122
对第一校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000123
或第二校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000124
进行FFT，以得到第一校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000125
或第二校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000126
对应的频域信号，基于该频域信号计算第一校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000127
或第二校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000128
的频率和频谱峰值peakcurr，根据第一校正拍频信号
Figure BDA0002948327960000129
或第二校正拍频信号
Figure BDA00029483279600001210
的频率计算得到飞行时间τ。
当(peakcurr-peaklast)/peaklast＞＝Thrrate时，对根据第一校正拍频信号
Figure BDA00029483279600001211
或第二校正拍频信号
Figure BDA00029483279600001212
的频率计算得到的飞行时间τ进行更新，得到更新后的飞行时间，并重复执行上述步骤，直至(peakcurr-peaklast)/peaklast＜Thrrate；
当(peakcurr-peaklast)/peaklast＜Thrrate，基于根据校正后的拍频信号的频率计算得到的飞行时间τ计算得到目标距离R＝cτ/2，c为光速，即被测目标物与雷达之间的距离。
图9a表明，本申请调频非线性校正方法在调频非线性情况下有效提升了距离估计的精度。从图9b中可以看出，经过本申请非线项迭代校正后，拍频信号的频谱峰值逐渐增大且靠近理想值，故本申请非线性校正方法在调频非线性情况下可以有效提升拍频信号频域信噪比，也即可以有效提升最远测距范围。
可以看出，在本申请实施例中，通过根据激光器发射信号的调频非线性项和测量路回波信号的调频非线性项对测量路拍频信号进行调频非线性校正，可在很大程度上消除调频非线性对测量路拍频信号的影响，提高了基于校正后的拍频信号得到的飞行时间的精确性，进而提高了测距精度。
参见图10，图10为本申请实施例提供的一种基于调频非线性校正的测距装置的结构示意图。如图10所示，该测距装置1000，包括：
获取单元1001，用于获取参考路拍频信号和测量路拍频信号，参考路拍频信号和测量路拍频信号是分别基于激光器发射信号得到的；
计算单元1002，用于根据参考路拍频信号计算得到调频非线性度；并根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ；
计算单元1002，还用于在确定单元1004确定调频非线性度不小于第一预设阈值时，根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，
校正单元1003，用于根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间；
计算单元1002，用于根据目标飞行时间计算得到目标距离。
在一个可行的实施例中，校正单元1003具体用于：
S1：根据延时飞行时间τ′i-1对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)，延时飞行时间τ′i-1是基于飞行时间τi-1得到的；
S2：根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；
S3、根据校正拍频信号确定目标飞行时间。
在一个可行的实施例中，在根据校正拍频信号确定目标飞行时间的方面，校正单元1003具体用于：
根据校正拍频信号获取飞行时间τi；当频谱峰值peaki满足预设条件时，将飞行时间τi确定为目标飞行时间；当频谱峰值peaki不满足预设条件时，令i＝i+1，并重复执行上述步骤S1-S3；频谱峰值peaki为校正拍频信号对应的频域信号的峰值；
当i＝1时，peaki-1为所述初始频谱峰值，飞行时间τi-1为初始飞行时间τ。
在一个可行的实施例中，预设条件为(peaki-peaki-1)/peaki-1＜Thrrate，该Thrrate为第三预设阈值。
在一个可行的实施例中，校正单元1003具体用于，包括：
根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行M次非线性迭代计算，以得到目标飞行时间，M为大于1的整数，
其中，在进行第i次非线性迭代计算时，根据延时飞行时间τ′i-1对激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)；延时飞行时间τ′i-1是基于飞行时间τi-1得到的；
根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；根据校正拍频信号获取飞行时间τi；
其中，当i＝1时，飞行时间τi-1为初始飞行时间τ；当i＝M时，目标飞行时间为飞行时间τi。
在一个可行的实施例中，在根据校正拍频信号获取飞行时间τi的方面，计算单元1002具体用于：
对校正拍频信号进行FFT，以得到校正拍频信号对应的频域信号；根据校正拍频信号对应的频域信号获取飞行时间τi。
在一个可行的实施例中，校正拍频信号包括第一校正拍频信号或第二校正拍频信号；在根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号的方面，校正单元1003具体用于：
当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对测量路拍频信号进行调频非线性项校正，以得到第一校正拍频信号；当测量路拍频信号的信噪比低于第二预设阈值时，根据测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对补偿后的拍频信号进行接收端调频非线性项校正，以得到第二校正拍频信号；
其中，补偿后的拍频信号是基于根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿得到的。
在一个可行的实施例中，在根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ的方面，计算单元1002具体用于：
当测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，对测量路拍频信号进行FFT，以得到测量路拍频信号对应的频域信号；根据测量路拍频信号对应的频域信号确定测量路拍频信号的频率，并根据测量路拍频信号的频率计算得到初始飞行时间τ；
其中，测量路拍频信号的频率为测量路拍频信号对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者频域信号的半高宽度中点位置对应的频率。
在一个可行的实施例中，在根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ的方面，计算单元1002具体用于：
当测量路拍频信号的信噪比低于第二预设阈值时；根据激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿，以得到补偿后的拍频信号；激光器发射信号的调频非线性项是基于参考路拍频信号计算得到的；
对补偿后的拍频信号进行FFT，以得到补偿后的拍频信号对应的频域信号；根据补偿后的拍频信号对应的频域信号确定补偿后的拍频信号的频率，并根据补偿后的拍频信号的频率计算得到初始飞行时间τ；
其中，补偿后的拍频信号的频率为补偿后的拍频信号对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者频域信号的半高宽度中点位置对应的频率。
在一个可行的实施例中，在根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)的方面，计算单元1002具体用于：
对参考路拍频信号进行希尔伯特变换，以得到变换后的拍频信号；根据该变换后的拍频信号计算得到激光器发射信号的调频频率；根据激光器发射信号的调频频率和理想线性调频频率计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)。
需要说明的是，上述各单元(获取单元1001、计算单元1002、校正单元1003和确定单元1004)用于执行上述方法的相关步骤。比如获取单元1001用于执行步骤S501的相关内容，计算单元1002用于执行步骤S502和S504的相关内容，校正单元1003和确定单元1004用于执行步骤S503的相关内容。
在本实施例中，基于调频非线性校正的测距装置1000是以单元的形式来呈现。这里的“单元”可以指特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，执行一个或多个软件或固件程序的处理器和存储器，集成逻辑电路，和/或其他可以提供上述功能的器件。此外，以上获取单元1001、计算单元1002、校正单元1003和确定单元1004可通过图11所示的基于调频非线性校正的测距装置的处理器1101来实现。
如图11所示测距装置1100可以以图11中的结构来实现，该测距装置1100包括至少一个处理器1101，至少一个存储器1102以及至少一个通信接口1103。所述处理器1101、所述存储器1102和所述通信接口1103通过所述通信总线连接并完成相互间的通信。
处理器1101可以是通用中央处理器(CPU)，微处理器，特定应用集成电路(application-specific integrated circuit，ASIC)，或一个或多个用于控制以上方案程序执行的集成电路。
通信接口1103，用于与其他设备或通信网络通信，如以太网，无线接入网(RAN)，无线局域网(Wireless Local Area Networks，WLAN)等。
存储器1102可以是只读存储器(read-only memory，ROM)或可存储静态信息和指令的其他类型的静态存储设备，随机存取存储器(random access memory，RAM)或者可存储信息和指令的其他类型的动态存储设备，也可以是电可擦可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，EEPROM)、只读光盘(CompactDisc Read-Only Memory，CD-ROM)或其他光盘存储、光碟存储(包括压缩光碟、激光碟、光碟、数字通用光碟、蓝光光碟等)、磁盘存储介质或者其他磁存储设备、或者能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器可以是独立存在，通过总线与处理器相连接。存储器也可以和处理器集成在一起。
其中，所述存储器1102用于存储执行以上方案的应用程序代码，并由处理器1101来控制执行。所述处理器1101用于执行所述存储器1102中存储的应用程序代码。
存储器1102存储的代码可执行以上提供的基于调频非线性校正的测距方法，比如获取参考路拍频信号和测量路拍频信号；根据参考路拍频信号计算得到调频非线性度；并根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ；当调频非线性度不小于第一预设阈值时，根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间；根据目标飞行时间计算得到目标距离。
本申请实施例还提供一种计算机存储介质，其中，该计算机存储介质可存储有程序，该程序执行时包括上述方法实施例中记载的任何一种基于调频非线性校正的测距方法的部分或全部步骤。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储器中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储器中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储器包括：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储器中，存储器可以包括：闪存盘、只读存储器(英文：Read-Only Memory，简称：ROM)、随机存取器(英文：Random Access Memory，简称：RAM)、磁盘或光盘等。
以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上上述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (23)

1.一种基于调频非线性校正的测距方法，其特征在于，包括：
获取参考路拍频信号和测量路拍频信号；所述参考路拍频信号和测量路拍频信号是分别基于激光器发射信号得到的；
根据所述参考路拍频信号计算得到调频非线性度；并根据所述测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ；
确定所述调频非线性度不小于第一预设阈值，根据所述参考路拍频信号计算得到所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，根据所述初始飞行时间τ和所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对所述测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间；
根据所述目标飞行时间计算得到目标距离。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据初始飞行时间τ和所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对所述测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间，包括：
S1：根据延时飞行时间τ′i-1对所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)，所述延时飞行时间τ′i-1是基于所述飞行时间τi-1得到的；所述i为正整数；
S2：根据所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对所述测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；
S3、根据所述校正拍频信号确定所述目标飞行时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述校正拍频信号确定所述目标飞行时间，包括：
根据所述校正拍频信号获取飞行时间τi；
当频谱峰值peaki满足预设条件时，将所述飞行时间τi确定为所述目标飞行时间；当所述频谱峰值peaki不满足所述预设条件时，令i＝i+1，并重复执行步骤S1-S3；所述频谱峰值peaki为所述校正拍频信号对应的频域信号的峰值；
当所述i＝1时，所述peaki-1为所述初始频谱峰值，所述飞行时间τi-1为所述初始飞行时间τ。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述预设条件为(peaki-peaki-1)/peaki-1<Thrrate，所述Thrrate为第三预设阈值。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据初始飞行时间τ和所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对所述测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间，包括：
根据所述初始飞行时间τ和所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对所述测量路拍频信号进行M次非线性迭代计算，以得到所述目标飞行时间，所述M为大于1的整数，
其中，在进行第i次非线性迭代计算时，根据延时飞行时间τ′i-1对所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)；所述延时飞行时间τ′i-1是基于所述飞行时间τi-1得到的；
根据所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对所述测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；根据所述校正拍频信号获取飞行时间τi；
其中，当i＝1时，所述飞行时间τi-1为所述初始飞行时间τ；当所述i＝M时，所述目标飞行时间为飞行时间τi。
6.根据权利要求3-5任一项所述的方法，其特征在于，其特征在于，所述根据所述校正拍频信号获取飞行时间τi，包括：
对所述校正拍频信号进行快速傅里叶变换FFT，以得到所述校正拍频信号对应的频域信号；
根据所述校正拍频信号对应的频域信号获取飞行时间τi。
7.根据权利要求2-5任一项所述的方法，其特征在于，所述校正拍频信号包括第一校正拍频信号或第二校正拍频信号；所述根据所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对所述测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号，包括：
当所述测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，根据所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对所述测量路拍频信号进行调频非线性项校正，以得到所述第一校正拍频信号；
当所述测量路拍频信号的信噪比低于所述第二预设阈值时，根据所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对补偿后的拍频信号进行接收端调频非线性项校正，以得到所述第二校正拍频信号；
其中，所述补偿后的拍频信号是基于根据所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对所述测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿得到的。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ，包括：
当所述测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，对所述测量路拍频信号进行FFT，以得到所述测量路拍频信号对应的频域信号；
根据所述测量路拍频信号对应的频域信号确定所述测量路拍频信号的频率，并根据所述测量路拍频信号的频率计算得到所述初始飞行时间τ；
其中，所述测量路拍频信号的频率为所述测量路拍频信号对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者所述频域信号的半高宽度中点位置对应的频率。
9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ，包括：
当所述测量路拍频信号的信噪比低于第二预设阈值时；根据所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对所述测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿，以得到补偿后的拍频信号；激光器发射信号的调频非线性项是基于所述参考路拍频信号计算得到的；
对所述补偿后的拍频信号进行FFT，以得到所述补偿后的拍频信号对应的频域信号；
根据所述补偿后的拍频信号对应的频域信号确定所述补偿后的拍频信号的频率，并根据所述补偿后的拍频信号的频率计算得到所述初始飞行时间τ；
其中，所述补偿后的拍频信号的频率为所述补偿后的拍频信号对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者所述频域信号的半高宽度中点位置对应的频率。
10.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述根据所述参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，包括：
对所述参考路拍频信号进行希尔伯特变换，以得到变换后的拍频信号；
根据所述变换后的拍频信号计算得到所述激光器发射信号的调频频率；
根据所述激光器发射信号的调频频率和理想线性调频频率计算得到所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)。
11.一种基于调频非线性校正的测距装置，其特征在于，包括：
获取单元，用于获取参考路拍频信号和测量路拍频信号；
计算单元，用于根据所述参考路拍频信号计算得到调频非线性度；并根据所述测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ；
所述确定单元，用于确定所述调频非线性度不小于第一预设阈值，所述计算单元还用于根据所述参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，
校正单元，用于根据所述初始飞行时间τ和所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对所述测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间；
所述计算单元，还用于根据所述目标飞行时间计算得到目标距离。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述校正单元具体用于：
S1：根据所述延时飞行时间τ′i-1对所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)，所述延时飞行时间τ′i-1是基于所述飞行时间τi-1得到的；所述i为正整数；
S2：根据所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对所述测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；
S3、根据所述校正拍频信号确定所述目标飞行时间。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，在所述根据所述校正拍频信号确定所述目标飞行时间的方面，所述校正单元具体用于：
根据所述校正拍频信号获取飞行时间τi；
当频谱峰值peaki满足预设条件时，将所述飞行时间τi确定为所述目标飞行时间；当所述频谱峰值peaki不满足所述预设条件时，令i＝i+1，并重复执行步骤S1-S3；所述频谱峰值peaki为所述校正拍频信号对应的频域信号的峰值；
当所述i＝1时，所述peaki-1为所述初始频谱峰值，所述飞行时间τi-1为所述初始飞行时间τ。
14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述预设条件为(peaki-peaki-1)/peaki-1<Thrrate，所述Thrrate为第三预设阈值。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述校正单元具体用于：
根据所述初始飞行时间τ和所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对所述测量路拍频信号进行M次非线性迭代计算，以得到所述目标飞行时间，所述M为大于1的整数，
其中，在进行第i次非线性迭代计算时，根据延时飞行时间τ′i-1对所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)进行延时，以得到测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)；所述延时飞行时间τ′i-1是基于所述飞行时间τi-1得到的；
根据所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对所述测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号；根据所述校正拍频信号获取飞行时间τi；
其中，当i＝1时，所述飞行时间τi-1为所述初始飞行时间τ；当所述i＝M时，所述目标飞行时间为飞行时间τi。
16.根据权利要求13-15任一项所述的装置，其特征在于，在所述根据所述校正拍频信号获取飞行时间τi的方面，所述校正单元具体用于：
对所述校正拍频信号进行快速傅里叶变换FFT，以得到所述校正拍频信号对应的频域信号；
根据所述校正拍频信号对应的频域信号获取飞行时间τi。
17.根据权利要求12-15任一项所述的装置，其特征在于，在所述校正拍频信号包括第一校正拍频信号或第二校正拍频信号；所述根据所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对所述测量路拍频信号进行调频非线性校正，以得到校正拍频信号的方面，所述校正单元具体用于：
当所述测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，根据所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)和所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对所述测量路拍频信号进行调频非线性项校正，以得到所述第一校正拍频信号；
当所述测量路拍频信号的信噪比低于所述第二预设阈值时，根据所述测量路回波信号对应的调频非线性项ε(t-τ′i-1)对补偿后的拍频信号进行接收端调频非线性项校正，以得到所述第二校正拍频信号；
其中，所述补偿后的拍频信号是基于根据所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对所述测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿得到的。
18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，在所述根据所述测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ的方面，所述计算单元具体用于：
当所述测量路拍频信号的信噪比不低于第二预设阈值时，对所述测量路拍频信号进行FFT，以得到所述测量路拍频信号对应的频域信号；
根据所述测量路拍频信号对应的频域信号确定所述测量路拍频信号的频率，并根据所述测量路拍频信号的频率计算得到所述初始飞行时间τ；
其中，所述测量路拍频信号的频率为所述测量路拍频信号对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者所述频域信号的半高宽度中点位置对应的频率。
19.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，在所述根据所述测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ的方面，所述计算单元具体用于：
当所述测量路拍频信号的信噪比低于第二预设阈值时；根据所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对所述测量路拍频信号进行发射端的调频非线性项补偿，以得到补偿后的拍频信号；激光器发射信号的调频非线性项是基于所述参考路拍频信号计算得到的；
对所述补偿后的拍频信号进行FFT，以得到所述补偿后的拍频信号对应的频域信号；
根据所述补偿后的拍频信号对应的频域信号确定所述补偿后的拍频信号的频率，并根据所述补偿后的拍频信号的频率计算得到所述初始飞行时间τ；
其中，所述补偿后的拍频信号的频率为所述补偿后的拍频信号对应的频域信号的峰值点位置对应的频率，或者所述频域信号的半高宽度中点位置对应的频率。
20.根据权利要求11-15任一项所述的装置，其特征在于，在根据所述参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)的方面，所述计算单元具体用于：
对所述参考路拍频信号进行希尔伯特变换，以得到变换后的拍频信号；
根据所述变换后的拍频信号计算得到所述激光器发射信号的调频频率；
根据所述激光器发射信号的调频频率和理想线性调频频率计算得到所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)。
21.一种基于调频非线性校正的测距装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储指令；以及
至少一台处理器，与所述存储器耦合；
其中，当所至少一台处理器执行所述指令时，所述指令致使所述处理器执行如权利要求1-10任一项所述的方法。
22.一种计算机存储介质，其特征在于，所述计算机存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1-10任一项所述的方法。
23.一种雷达，其特征在于，包括：
激光器、以及与所述激光器耦合的处理器；
所述处理器用于执行如权利要求1至10中任一项所述的方法。
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