CN112654894A - 一种雷达探测方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本申请实施例提供一种雷达探测方法及相关装置，该方法包括：按照时域滑动步长从雷达的拍频信号中截取多个测量单元MU，其中，所述多个测量单元MU中的每个MU的时域长度均大于所述预设滑动步进的时域长度；确定所述每个MU的频率信息，根据所述每个MU的频率信息分别得到一个雷达点云探测结果，其中所述探测结果包括目标物的速度或目标物的距离中的至少一项。采用本申请实施例，能够在不明显提高成本的情况下，提高雷达出点率(即点云密度)且不丢失信噪比。

Description

一种雷达探测方法及相关装置
技术领域
本申请涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种雷达探测方法及相关装置。
背景技术
调频连续波(frequency modulated continuous wave，FMCW)雷达是一种测距设备，FMCW雷达包含不同的细分种类，例如，采用无线电波的调频连续波雷达称为FMCWRADAR，再如，采用激光的调频连续波雷达称为FMCW LIDAR。不管哪种类型的FMCW雷达，其均包含图1所示结构，图1中，雷达产生出经过频率调制的射频或激光信号，将产生的调频信号分成两路，其中一路作为本地参考信号(也称本振信号)，另一路出射至被测目标物(也称反射物)并被目标物表面反射，形成回波信号。
图2示意了FMCW雷达对参考信号和回波信号的处理过程，如图2中的(a)部分，粗线示意了发射信号和参考信号的调频信号的频率随时间发生变化，其中前一半时间，信号频率由低向高随时间递增，后一半时间，信号频率由高向低随时间递减。细线示意了上述回波信号。回波信号和参考信号经过混频器可输出拍频信号，拍频信号的频率是参考信号与回波信号的频率差，如图2的(b)部分所示。理想条件下，拍频信号有固定的频率(如图中的虚线内部分)，如图2的(c)部分所示，通过对拍频信号进行频域分析(一般是做FFT)，可以检测出拍频信号的频率，这里的频率与目标物的距离和速度有一一对应关系，所以根据拍频信号的频率，可以计算出目标物的速度与距离信息。
如图3所示，激光雷达中通常有扫描器，扫描器通过转动激光器向不同方向发射激光，然后将各个方向上测量的结果集中起来，就得到了3D点云图，图4示意了一种激光雷达的3D点云图。激光雷达的点云分辨率是一项重要的指标，高分辨率的点云对于自动驾驶等采用的机器视觉算法非常重要，对于点云分割，目标识别等功能的实现至关重要。目前，一个上下chirp对的时长内(即一个雷达的调频周期)只能完成一次测量，这种情况下得到的点云分辨率(也称点云密度、或者出点率)较低，目前常用的提高点云分辨率的方法是在激光雷达内增加更多的激光器，将32线LIDAR(即有32个激光器同时工作)升级为128线LIDAR(有128个激光器，或者用光学器件模拟出128个激光器)。
然而通过堆积硬件提高点云分辨率的方式，会显著增加激光雷达的成本、体积和功耗。
发明内容
本申请实施例公开了一种雷达探测方法及相关装置，能够在不明显提高成本的情况下，提高雷达出点率(即点云密度)且不丢失信噪比。
第一方面，本申请实施例公开了一种雷达探测方法，包括：
按照时域滑动步长从雷达的拍频信号中截取多个测量单元MU，其中，所述多个MU中的每个MU的时域长度均大于所述预设滑动步进的时域长度；
确定所述每个MU的频率信息；
根据所述每个MU的频率信息分别得到一个雷达点云探测结果，其中所述探测结果包括目标物的速度或目标物的距离中的至少一项。
上述方法中，通过滑动滑窗的方式从拍频信号中截取测量单元MU，由于时域上的滑动步进时域长度小于截取的每个MU的时域长度，因此任意两个时域上相邻的两个MU会共用一部分频率信息，因此即便截取较多MU依旧可以保证每个MU内有足够的信号能量积累，保证了信噪比。因此，采用这种方式能够在不明显提高成本的情况下，提高雷达出点率(即点云密度)且不丢失信噪比。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述多个MU中的第一MU的时域长度内积累的信号能量能够保证所述第一MU的信噪比高于预设阈值。
在第一方面的一种可能的实现方式中，
所述多个MU中的第二MU的时域长度与所述多个MU中的第三MU的时域长度相同，或者，
所述第二MU的时域长度与所述第三MU的时域长度不同。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述雷达的拍频信号包括由第一激光收发器得到的第一斜率拍频信号和由第二激光收发器得到的第二斜率拍频信号；
所述按照时域滑动步长从雷达的拍频信号中截取多个测量单元MU，包括：
按照时域滑动步长从所述第一斜率的拍频信号中截取多个第一测量单元MU，且按照所述时域滑动步长从所述第二斜率的拍频信号中截取多个第二测量单元MU；
其中，一个MU包括一个第一MU和一个第二MU，所述一个第一MU和所述一个第二MU在时域上同步。
可选的，所述第一斜率为正斜率，所述第二斜率为负斜率；或者，所述第一斜率为正斜率或负斜率，所述第二斜率为零斜率。
上述方法中，通过两路激光发射器同步发射激光，可以同步得到两种不同斜率的拍频信号，缩短了得到两种斜率的拍频信号的时间，因此提高了雷达探测中，计算点云结果的速度。
在第一方面的一种可能的实现方式中，所述雷达的拍频信号包括由第三激光收发器在时域上交替得到的正斜率拍频信号和负斜率拍频信号；所述多个测量单元中的每个测量单元MU包括正斜率部分和负斜率部分。
第二方面，本申请实施例提供一种信号处理装置，该装置包括：
截取单元，用于按照时域滑动步长从雷达的拍频信号中截取多个测量单元MU，其中，所述多个MU中的每个MU的时域长度均大于所述预设滑动步进的时域长度；
确定单元，用于确定所述每个MU的频率信息；
分析单元，用于根据所述每个MU的频率信息分别得到一个雷达点云探测结果，其中所述探测结果包括目标物的速度或目标物的距离中的至少一项。
上述方法中，通过滑动滑窗的方式从拍频信号中截取测量单元MU，由于时域上的滑动步进时域长度小于截取的每个MU的时域长度，因此任意两个时域上相邻的两个MU会共用一部分频率信息，因此即便截取较多MU依旧可以保证每个MU内有足够的信号能量积累，保证了信噪比。因此，采用这种方式能够在不明显提高成本的情况下，提高雷达出点率(即点云密度)且不丢失信噪比。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述多个MU中的第一MU的时域长度内积累的信号能量能够保证所述第一MU的信噪比高于预设阈值。
在第二方面的一种可能的实现方式中，
所述多个MU中的第二MU的时域长度与所述多个MU中的第三MU的时域长度相同，或者，
所述第二MU的时域长度与所述第三MU的时域长度不同。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述雷达的拍频信号包括由第一激光收发器得到的第一斜率拍频信号和由第二激光收发器得到的第二斜率拍频信号；
所述截取单元具体用于：
按照时域滑动步长从所述第一斜率的拍频信号中截取多个第一测量单元MU，且按照所述时域滑动步长从所述第二斜率的拍频信号中截取多个第二测量单元MU；
其中，一个MU包括一个第一MU和一个第二MU，所述一个第一MU和所述一个第二MU在时域上同步。
可选的，所述第一斜率为正斜率，所述第二斜率为负斜率；或者，所述第一斜率为正斜率或负斜率，所述第二斜率为零斜率。
上述方法中，通过两路激光发射器同步发射激光，可以同步得到两种不同斜率的拍频信号，缩短了得到两种斜率的拍频信号的时间，因此提高了雷达探测中，计算点云结果的速度。
在第二方面的一种可能的实现方式中，所述雷达的拍频信号包括由第三激光收发器在时域上交替得到的正斜率拍频信号和负斜率拍频信号；所述多个测量单元MU中每个测量单元MU包括正斜率部分和负斜率部分。
第三方面，本申请实施例提供一种处理器，所述处理器用于调用计算机可读存储介质中存储的计算机程序，来实现第一方面或者第一方面的任一可能的实现方式所述的方法。
第四方面，本申请实施例提供一种激光雷达系统，所述激光雷达系统包括处理器、存储器、激光器，其中，所述激光器用于发射激光信号，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用所述计算机程序来实现第一方面或者第一方面的任一可能的实现方式所述的方法。
第五方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在处理器上运行时，实现第一方面或者第一方面的任一可能的实现方式所述的方法。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种激光雷达的原理示意图；
图2是本申请实施例提供的一种拍频信号的示意图；
图3是本申请实施例提供的一种激光器扫描时的偏转示意图；
图4是本申请实施例提供的一种点云效果示意图；
图5是本申请实施例提供的一种激光雷达系统的架构示意图；
图6是本申请实施例提供的一种三角波产生的拍频信号的示意图；
图7是本申请实施例提供的一种锯齿波产生的拍频信号的示意图；
图8是本申请实施例提供的一种拍频时间的划分示意图；
图9是本申请实施例提供的一种三角波线性调频相干信号处理的示意图；
图10是本申请实施例提供的一种拍频时间的划分示意图；
图11是本申请实施例提供的一种雷达探测方法的流程示意图；
图12是本申请实施例提供的一种拍频信号的划分示意图；
图13是本申请实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图；
图14是本申请实施例提供的一种拍频信号的划分示意图；
图15是本申请实施例提供的一种拍频信号的示意图；
图16是本申请实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图；
图17是本申请实施例提供的一种拍频信号的划分示意图；
图18是本申请实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例进行描述。
本申请实施例中的激光雷达能够应用于智能交通、自动驾驶、大气环境监测、地理测绘、无人机等各种领域，能够完成距离测量、速度测量、目标跟踪、成像识别等功能。
请参见图5，图5是本申请实施例提供的一种激光雷达系统的结构示意图，该激光雷达系统用于探测目标物505的信息，该激光雷达系统包括：
激光器501，例如可以为调频激光器(Tunable Laser，TL)，用于产生激光信号，该激光信号可以为线性调频激光信号，该激光信号频率的调制波形可以是锯齿波、或者三角波，或其他形式的波形。
分路器件502，用于对激光器501产生的激光进行分束，得到发射信号和本振信号(Local Oscillator，LO)，其中，本振信号也称为参考信号。可选的，该激光器501与该分路器件之间还可以配置准直镜片500，该镜片500用于对输向分路器件502的激光信号进行光束整形。
准直器503，用于使发射信号最大效率的耦合进入扫描器504。
扫描器504，也称2D扫描机构，用于将发射信号按照一定的角度发射出去，发射信号发射出去之后，被目标物505反射回来形成回波信号；这时，该扫描器504还用于接收该回波信号，回波信号经过相应光学器件(如反射镜506(可选)、接收镜片508(可选))之后，在混频器510与本振信号汇合。
混频器510，用于本振信号和回波信号进行混频处理，得到拍频信号。
探测器520，用于从混频器中提取出拍频信号。例如探测器520可以为平衡探测器(BalancedPhoto Detectors，BPD)。
模拟数字转换器(Analog digital converter，ADC)511，用于对拍频信号进行采样，这个采样实质是将模拟信号转换为数字信号的过程。
处理器512，该处理器可以包括数字信号处理器(Digital signal processor、DSP)、中央处理器(CPU)、加速处理单元(APU)、图像处理单元(GPU)、微处理器或微控制器等具有计算能力的器件，附图以DSP为例未介绍，该处理器用于对采样得到的拍频信号进行处理，从而得到目标物的速度、距离等信息。
本申请实施例中，目标物505也称为反射物，目标物505可以是扫描器504扫描方向上的任何物体，例如，可以是人、山、车辆、树木、桥梁等等，图5以车辆为例进行了示意。
本申请实施例中，对采样得到的拍频信号进行处理，从而得到目标物的速度、距离等信息的操作，可以由一个或多个处理器512，例如，由一个或多个DSP来完成，当然也可以由一个或多个处理器512结合其他器件来完成，例如，一个DSP结合一个或多个中央处理器CPU来共同完成。处理器512对拍频信号进行处理时，可以具体通过调用计算机可读存储介质存储的计算机程序来实现，该计算机可读存储介质包括但不限于是随机存储记忆体(random access memory，RAM)、只读存储器(read-only memory，ROM)、可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read only memory，EPROM)、或便携式只读存储器(compact disc read-only memory，CD-ROM)，其可以配置在处理器512中，也可以独立于处理器512。
本申请实施例中，上述提及的某些器件可以是单份，也可以是多份，例如，激光器501可以是一个，也可以是多个，当为一个激光器501时，这一个激光器501可以在时域上交替发射正斜率的激光信号和负斜率的激光信号；当存在两个激光器501时，其中一个发射正斜率的激光信号，另一个发射负斜率的激光信号，两个激光器501可以同步发射激光信号。
如图6所示，以该激光信号频率的调制波形为三角波线性调频为例，回波信号经过一段飞行时间之后与本振信号LO混频，这段飞行时间就是激光信号分出的发射信号从出射开始至回波信号返回的时间，回波信号经过飞行时间后与本振信号生成的拍频信号在一定时间内是恒定的，能准确反映目标物的距离和速度信息，这段时间即为拍频时间。拍频信号需要包括对应于正斜率的拍频f1和对应于负斜率的拍频f2，与目标物的速度相关的频谱f速度可以表示为f速度＝(f1-f2)/2，与目标物的距离相关的频率f距离可以表示为f距离＝(f1+f2)/2。得到f速度和f距离后就可以计算得到目标物(与激光雷达)的距离和目标物的移动速度。
相干激光雷达要测量更远距离的目标物的信息需要增加每个测量单元(Measurement Unit，MU)的拍频时间(一个测量单元MU用于得到一个测量点的探测结果)，从而在处理拍频信号的过程中积累更多的能量，以达到更高的信噪比。而实际应用往往要求激光雷达具有更高的出点率，从而使激光雷达获得更高的视场分辨率和帧率。
常用的锯齿波线性调频相干信号处理方法如图7所示，将调制周期T减去最远探测距离对应的飞行时间后剩下的时间作为拍频时间TB，采集该拍频时间TB内的数据进行傅里叶变换求取实时拍频信号的频率，进而据此计算目标物的距离，此时，每一个测量点的测量时间TM≤TB。进一步若配合其他不同线性调频斜率的测量通道还能获得目标物的速度。
为提高激光雷达的出点率，可在拍单个频时间内划分多个测量单元MU，如图8所示，将拍频时间分为三段，得到三个MU(对应三个测量点)，基于每个MU的信号分别可以完成一次探测，即可达到原出点率的三倍，但同时每个MU的拍频时间也变为原来的1/3。
常用的三角波线性调频相干信号处理方法如图9所示，在正斜率调制周期与负斜率调制周期内分别划分各自的飞行时间和拍频时间，各自拍频时间内的信号处理方式与锯齿波线性调频相干信号处理方法相同，测量单元MU的上半周期(也可描述为测量点对应的上半周期)处理得到拍波频率f1，MU的下半周期(也可以描述为测量点对应的下半周期)处理得到拍波频率f2，由此，通过一个测量通道即可获得目标的距离与速度信息。
为提高激光雷达的出点率，可以将正斜率周期和负斜率周期内的拍频时间划分为多个测量时间，如图10示意了将负斜率周期内的拍频时间T_τ划分为三个测量单元MU分别对应的三个测量时间T0，基于其中每个测量单元MU分别可以完成一次探测，即可达到原出点率的三倍，但同时每个测量单元MU的拍频时间也变为原来的1/3。
可以看出，以上提高出点率的方式，减少了每个测量单元MU的拍频时间，降低了时频变换时有用信号的能量累积，从而影响了测量的信噪比，缩减了相干测量的探测距离。
为了在保证较高出点率和较高的信噪比，本申请实施例提供了图11所示的方法。
请参见图11，图11是本申请实施例提供的一种雷达探测方法，该方法可以基于图5所示的激光雷达系统中的各部件来实现，后续的描述中一些操作是由信号处理装置来完成的，该信号处理装置可以为上述处理器512，或者部署了上述处理器512的装置，例如，部署了上述处理器512的激光雷达系统或者激光雷达系统中的某个模块，该方法包括但不限于如下步骤：
步骤S1101：信号处理装置按照时域滑动步长从雷达的拍频信号中截取多个MU。
其中，截取的多个MU中的每个测量单元(Measurement Unit，MU)的时域长度均大于所述时域滑动步长的时域长度，这里的每一个测量单元MU用于作为一个测量点的测量信号，由于截取的多个MU中的每个MU的时域长度均大于所述时域滑动步长的时域长度，因此任意两个在时域上相邻的MU都会存在部分拍频信号重复，最大限度地提高了拍频信号的利用率，同时也有利于增强单个MU中的信号的能量，能够提高信噪比。
举例来说，如图12，为按锯齿波调制的线性调频相干激光雷达信号处理方法，扫描器504带动发射信号偏转，使发射信号(也称激光信号)的光束在不同目标物表面移动，因此被反射回的回波信号所代表的目标物也是随着扫描器504的偏转角度而变化的。目标物反射的回波信号与本振信号LO形成的拍频信号可以分别表示如下：
目标1反射的回波信号与本振信号LO形成的拍频信号为：ωD1+k*τ1
其中，ωD1＝2π*v1/λ，τ1＝2R/C，v1指目标1的速度，λ是激光波长，R是目标1的距离，c是光速，τ1是激光从发射到目标1回波反射回激光雷达的时间，ωD1是目标1的速度引起的拍频信号频移，k是发射激光线性调频的调频斜率。
目标2反射的回波信号与本振信号LO形成的拍频信号为：ωD2+k*τ2
τ2是激光从发射到目标2回波反射回激光雷达的时间，ωD2是目标2的速度引起的拍频信号频移。
目标3反射的回波信号与本振信号LO形成的拍频信号为：ωD3+k*τ3
τ3是激光从发射到目标3回波反射回激光雷达的时间，ωD3是目标3的速度引起的拍频信号频移。
在处理拍频信号时，采用分段截取的方式从拍频信号上截取信号，每段信号作为一个测量单元MU，截取(或说采样)的测量单元MU的时长表示为TM，截取的每一个测量单元MU经处理后可输出一组距离、速度、幅度等信息。本申请实施例中，任意两个在时域上相邻的两个测量单元MU中，后一个测量单元的截取开始时刻距前一个测量单元截取开始时刻的间距为τ，且τ＜TM，这里的τ就是前面的时域滑动步长。
可选的，第一MU的时域长度TM内积累的信号能量能够保证所述第一MU的信噪比高于预设阈值，其中，所述第一MU为截取到的任意一段MU。也即是说，TM并非随意选取，其选取主要是基于满足数据处理方法有效提取信息的信噪比要求，如采用傅里叶变换提取拍频频率，则TM时间越长，目标拍波频率累积的能量就越多，信噪比也越高，因此任意一个MU的时域长度TM需要大于一定的长度，而不能随意选取。
如图12所示，同样的拍频时长，按照现有技术只能得到三个测量单元MU(分别对应测量点1、测量点4和测量点7这三个测量点)，而采样上述方案可以得到七个测量单元MU(分别对应测量点1、测量点2、测量点3、测量点4、测量点5、测量点6、测量点7这七个测量点)，本方案不仅得到的测量单元的数量更多，并且每个测量单元的时域长度并没有缩短，因此既可保证每个测量单元对信噪比的要求，又可提高每个雷达测量通道的出点率。
上述各个测量单元MU的时域长度存在多种可能的情况，具体如下：
可选情况一，截取的多个MU的时域长度均相同，即任取其中两个MU的话，比如第二MU和第三MU，那么第二MU的时域长度与第三MU的时域长度相同。
可选情况二，截取的多个MU的时域长度不完全相同，即任取其中两个MU的话，比如第二MU和第三MU，那么第二MU的时域长度与第三MU的时域长度可能不同。
本申请实施例中，激光雷达发射和接收信号的结构可以根据需要进行设置，本申请实施例例举如下两种结构，并针对两种不同的结构讲述具体如何截图MU。
结构一，如图13所示，是一个双通道激光雷达系统，图13所示的结构可以认为是在图5的基础上，进行相应器件的增加所得到的，例如，图5中某些器件在图13中取了双份，比如探测器、分路器件等。具体来说，图13所示的结构包括ADC、第一激光收发器、第二激光收发器、合束器、准直器、扫描器和目标物，其中，第一激光收发器包括激光器1、分路器件1、混频器1、接收镜1和探测器1；第二激光收发器包括激光器2、分路器件2、混频器2、接收镜2、探测器2。
图13所示结构中，信号处理流程如下：
激光器1为第一斜率调制，其频率变化曲线可以表示为ω(t)＝ω1+κt，可以称为激光1频率，激光器1产生的激光信号在分路器件1分束后得到本振信号LO1和发射信号；
激光器2为第二斜率调制，其频率变化曲线可以表示为ω(t)＝ω2-κt，可以称为激光2频率，激光器2产生激光信号在分路器件2分束后得到本振信号LO2和发射信号；
可选的，所述第一激光收发器和所述第二激光收发器的信号收发同步。
分路器件1和分路器件2各自分路得到的发射信号在合束器汇合，然后通过准直器发射到扫描器，扫描器按照一定的角度将发射信号发射到目标物，相应地，目标物反射回波，反射到扫描器上形成回波信号，一部分回波信号(即回波信号1)经过接收镜1到达混频器1，另一部分回波信号(即回波信号2)经过接收镜2到达混频器2；
混频器1对回波信号1和本振信号LO1进行混频得到拍频信号1，得到的拍频信号1为第一斜率拍频信号；
混频器2对回波信号2和本振信号LO2进行混频得到拍频信号2，得到的拍频信号2为第二斜率拍频信号；
探测器1相应地采集拍频信号1，探测器2相应地采集拍频信号2。
如13所示，若目标1因距离产生的拍波频移为κτ1，因速度产生的拍波频移为ωD1，那么，探测器1采集到目标1的拍频信号1为ωD1+κτ1，探测器2采集到目标1的拍频信号2为-ωD1+κτ1。同理，若目标2因距离产生的拍波频移为κτ2，因速度产生的拍波频移为ωD2，那么，探测器1采集到目标1的拍频信号1为ωD2+κτ2；探测器2采集到目标1的拍频信号2为-ωD2+κτ2。另外，对应于目标3的拍频信号的情况以此类推，此处不再一一说明。
在图13所示的结构中，可选的，所述按照时域滑动步长从雷达的拍频信号中截取多个测量单元MU，可以具体为：按照时域滑动步长从所述第一斜率的拍频信号中截取多个第一测量单元MU，且同步按照所述时域滑动步长从所述第二斜率的拍频信号中截取多个第二测量单元MU；其中，一个MU包括一个第一MU和一个第二MU，所述一个第一MU和所述一个第二MU在时域上同步。可以理解，按照时域的先后顺序来看的话，第i个第一测量单元MU的时域与第i个第二测量单元的时域同步，i为正整数。
如图14所示，时域TM1上得到的拍频信号可以称为测量单元1，时域TM2上得到的拍频信号可以称为测量单元2，时域TM3上得到的拍频信号可以称为测量单元3，其中，TM1与TM2的起点的时域偏差为ΔT1，并且TM2与TM3的起点的时域偏差为ΔT2，那么，ΔT1和ΔT2均可以看做是上述时域滑动步长，ΔT1和ΔT2均小于TM1的时域长度、TM2的时域长度、TM3的时域长度。另外，在时域TM1上，测量单元1实际包括一个第一测量单元MU和一个第二测量单元MU，测量单元1用于作为测量点1的测量信号；在时域TM2上，测量单元2实际包括一个第一测量单元MU和一个第二测量单元MU，测量单元2用于作为测量点2的测量信号；在时域TM3上，测量单元3也包括一个第一测量单元MU和一个第二测量单元MU，测量单元3用于作为测量点3的测量信号。
通过ADC采集(或者说采样，一般是从模拟信号中采样数字信号)探测器1、探测器2探测到的两列拍波信号，并进行同步处理，以飞行时间后，时域长度为TM1的两路信号作为测量点1的测量信号；以测量点1开始时间后ΔT1时刻为起始点，时域长度为TM2的两路信号作为测量点2的测量信号；以测量点2开始时间后ΔT2时刻为开始点，时域长度为TM3的两路信号作为测量点3的测量信号。
这里再强调，各个测量单元MU的时域长度，如TM1、TM2和TM3可以相等也可以不相等，各个时域滑动步长，如ΔT1和ΔT2可以相等也可以不相等。时域长度的确定标准之一是截取后得到的测量单元MU的信噪比，例如可设定一个阈值，只有在某段时间内某一频率成分的功率谱幅度与周围噪声的平均功率相比，高出此阈值时，才判断此频率成分为有用信号频率，因此才截取该某段时间内的频域信号作为一个测量单元MU。
后续根据每个测量单元MU求取功率谱密度时，如图15所示，可从中分辨包含目标距离、速度等信息的有用信号频率，且各测量单元的时域越长其包含的有用信号的频谱幅度越高，越有利于准确提取频谱峰值，从而提高相干测量的探测精度。
可选的，要使距离为R1的目标1反射的回波信号和距离为R2的目标2反射的回波信号达到相近的信号功率谱幅度，则目标1对应的测量单元的时域长度TM1所对应的采样点数N1，与目标2对应的测量单元的时域长度TM2所对应的采样点(即ADC采集到的采样点)数N2，应满足如下公式：
Figure BDA0002955296730000081
可选的，所述第一斜率为正斜率，所述第二斜率为负斜率；或者，所述第一斜率为正斜率或负斜率，所述第二斜率为零斜率。
结构二，如图16所示，是一个单通道激光雷达系统，其结构与上述图13所示的结构少了一个激光收发器，图16所示的结构包括一个激光收发器，表示为第三激光收发器；该第三激光收发器包括一个激光器、一个探测器、一个混频器、一个分路器件、一个接收镜，图16的结构相比于图5的结构相当于多了一个接收镜，接收镜设置在扫描器与BPD之间，图16所示结构的基本运行原理可以参照前面关于图5所示结构的描述。由于图16所示结构采用的是单通道激光雷达系统，因此激光器可以发射三角波线性调频激光，前半周期为正斜率调制，后半周期为负斜率调制，从而得到正斜率的频率信号和负斜率的频率信号；这样一来，探测器后续就可以采集到在时域上交替正斜率拍频信号和负斜率拍频信号；在这种情况下按照时域滑动步长截取的多个测量单元MU中的每个包括正斜率部分和负斜率部分。
如图17所示，时域TM1上得到的拍频信号可以称为测量单元1，时域TM2上得到的拍频信号可以称为测量单元2，时域TM3上得到的拍频信号可以称为测量单元3，其中，TM1与TM2的起点的时域偏差为ΔT1，并且TM2与TM3的起点的时域偏差为ΔT2，那么，ΔT1和ΔT2均可以看做是上述时域滑动步长，ΔT1和ΔT2均小于TM1的时域长度、TM2的时域长度、TM3的时域长度。另外，在时域TM1上，测量单元1实际包括时域上错开的正斜率拍频信号和负斜率拍频信号，测量单元1用于作为测量点1的测量信号；在时域TM2上，测量单元2实际包括时域上错开的正斜率拍频信号和负斜率拍频信号，测量单元2用于作为测量点2的测量信号；在时域TM3上，测量单元3实际包括时域上错开的正斜率拍频信号和负斜率拍频信号，测量单元3用于作为测量点3的测量信号。
通过ADC采集探测器探测到的拍波信号并进行处理，以飞行时间后，时域长度为TM1的一路信号作为测量点1的测量信号；以测量点1开始时间后ΔT1时刻为起始点，时域长度为TM2的一路信号作为测量点2的测量信号；以测量点2开始时间后ΔT2时刻为开始点，时域长度为TM3的一路信号作为测量点3的测量信号。
这里再强调，各个测量单元MU的时域长度，如TM1、TM2和TM3可以相等也可以不相等，各个时域滑动步长，如ΔT1和ΔT2可以相等也可以不相等。时域长度的确定标准之一是截取后得到的测量单元MU的信噪比，例如可设定一个阈值，只有在某段时间内某一频率成分的功率谱幅度与周围噪声的平均功率相比，高出此阈值时，才判断此频率成分为有用信号频率，因此才截取该某段时间内的频域信号作为一个测量单元MU。
可选的，每个测量单元的时域长度TM应大于三角波调制周期，各个测量单元的时域起始时刻间的间隔应小于三角波调制周期。
后续根据每个测量单元MU求取功率谱密度时，如图15所示，可从中分辨包含目标距离、速度等信息的有用信号频率，且各测量单元的时域越长其包含的有用信号的频谱幅度越高，越有利于准确提取频谱峰值，从而提高相干测量的探测精度。
可选的，要使距离为R1的目标1反射的回波信号和距离为R2的目标2反射的回波信号达到相近的信号功率谱幅度，则目标1对应的测量单元的时域长度TM1所对应的采样点数N1，与目标2对应的测量单元的时域长度TM2所对应的采样点数N2，应满足如下公式：
Figure BDA0002955296730000091
步骤S1102：信号处理装置确定所述每个MU的频率信息。
具体地，可以通过对MU进行傅里叶变换，从而提取出该MU中的频率信息；对多个MU中每个MU均进行傅里叶变换就可以提取出每个MU的频率信息。当然，也可以通过其他方式提取出每个MU的频率信息。
步骤S1103：信号处理装置根据所述每个MU的频率信息分别得到一个雷达点云探测结果。
可以理解，每个MU的频率信息可以得到一个探测点的探测结果，而一个探测点对应一个点云，因此可以表述为每个MU的频率信息分别得到一个雷达点云探测结果。
其中，所述探测结果包括目标物的速度或目标物的距离中的一项或多项。
针对上述结构一，
如果第一斜率为正斜率或负斜率，第二斜率为零斜率；那么，针对零斜率的拍频信号截取到的第二测量单元，可以获得目标物的速度引起的频率变化f速度，针对零斜率的拍频信号截取到的第二测量单元和正斜率或负斜率的拍频信号截取的第一测量单元，可以获得目标物的距离引起的频率变化f距离，因此，基于f速度和f距离可以分别得到目标物的距离和速度。
针对上述结构一，
如果所述第一斜率为正斜率，所述第二斜率为负斜率；那么，可对每个测量单元的正斜率测量单元求取功率谱密度函数，提取高于预设的信噪比阈值的谱线作为有用频率信号f1，并且，对每个测量单元的负斜率测量单元求取功率谱密度函数，提取高于预设的信噪比阈值的谱线作为有用频率信号f2。
针对上述结构二，可对每个测量单元的正斜率部分(即正斜率半周期拍频时间内的拍频信号)求取功率谱密度函数，提取高于预设的信噪比阈值的谱线作为有用频率信号f1，并且，对每个测量单元的负斜率部分(即负斜率半周期拍频时间内的拍频信号)求取功率谱密度函数，提取高于预设的信噪比阈值的谱线作为有用频率信号f2。
得到对应于正斜率拍频的有用信号f1和对应于负斜率的有用信号f2后，按照如下公式可以分别得到用于求取目标物距离的频率f距离和用于求取目标物速度的频率f速度。
f速度＝(f1-f2)/2
f距离＝(f1+f2)/2
得到f速度和f距离后，根据f速度计算得到目标物(相对于激光雷达)的移动速度，以及根据f距离计算得到目标物(与激光雷达)之间的距离。
可以理解，针对每个截取到的测量单元MU均可以通过步骤S1103得到一个探测结果，因此，对截取的每个测量单元MU执行同样的步骤之后，可以得到很多个探测结果。
图11所示的方法中，通过滑动滑窗的方式从拍频信号中截取测量单元MU，由于时域上的滑动步进时域长度小于截取的每个MU的时域长度，因此任意两个时域上相邻的两个MU会共用一部分频率信息，因此即便截取较多MU依旧可以保证每个MU内有足够的信号能量积累，保证了信噪比。因此，采用这种方式能够在不明显提高成本的情况下，提高雷达出点率(即点云密度)且不丢失信噪比。
上述详细阐述了本申请实施例的方法，下面提供了本申请实施例的装置。
请参见图18，图18是本申请实施例提供的一种信号处理装置180的结构示意图，该装置可以为上述激光雷达系统，或者该激光雷达系统中的处理器，或者部署了该处理器用于部署在该激光雷达系统中的相关器件。该信号处理装置180可以包括截取单元1801、确定单元1802和分析单元1803，其中，各个单元的详细描述如下。
截取单元1801，用于按照时域滑动步长从雷达的拍频信号中截取多个测量单元MU，其中，所述多个MU中的每个MU的时域长度均大于所述预设滑动步进的时域长度；
确定单元1802，用于确定所述每个MU的频率信息；
分析单元1803，用于根据所述每个MU的频率信息分别得到一个雷达点云探测结果，其中所述探测结果包括目标物的速度或目标物的距离中的至少一项。
上述方法中，通过滑动滑窗的方式从拍频信号中截取测量单元MU，由于时域上的滑动步进时域长度小于截取的每个MU的时域长度，因此任意两个时域上相邻的两个MU会共用一部分频率信息，因此即便截取较多MU依旧可以保证每个MU内有足够的信号能量积累，保证了信噪比。因此，采用这种方式能够在不明显提高成本的情况下，提高雷达出点率(即点云密度)且不丢失信噪比。
可选的，所述多个MU中的第一MU的时域长度内积累的信号能量能够保证所述第一MU的信噪比高于预设阈值。
可选的，所述多个MU中的第二MU的时域长度与所述多个MU中的第三MU的时域长度相同，或者，所述第二MU的时域长度与所述第三MU的时域长度不同。
可选的，所述雷达的拍频信号包括由第一激光收发器得到的第一斜率拍频信号和由第二激光收发器得到的第二斜率拍频信号；
所述截取单元具体用于：
按照时域滑动步长从所述第一斜率的拍频信号中截取多个第一测量单元MU，且同步按照所述时域滑动步长从所述第二斜率的拍频信号中截取多个第二测量单元MU；其中，一个MU包括一个第一MU和一个第二MU，所述一个第一MU和所述一个第二MU在时域上同步。
可选的，所述第一斜率为正斜率，所述第二斜率为负斜率；或者，所述第一斜率为正斜率或负斜率，所述第二斜率为零斜率。
上述方法中，通过两路激光发射器同步发射激光，可以同步得到两种不同斜率的拍频信号，缩短了得到两种斜率的拍频信号的时间，因此提高了雷达探测中，计算点云结果的速度。
可选的，所述雷达的拍频信号包括由第三激光收发器在时域上交替得到的正斜率拍频信号和负斜率拍频信号；所述多个测量单元MU中每个测量单元MU包括正斜率部分和负斜率部分。
需要说明的是，各个单元的实现还可以对应参照图11所示的方法实施例的相应描述。
本申请实施例还提供一种芯片系统，所述芯片系统包括至少一个处理器，存储器和接口电路，所述存储器、所述接口电路和所述至少一个处理器通过线路互联，所述至少一个存储器中存储有指令；所述指令被所述处理器执行时，实现图11所示的方法流程。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有指令，当其在处理器上运行时，实现图11所示的方法流程。
本申请实施例还提供一种计算机程序产品，当所述计算机程序产品在处理器上运行时，实现图11所示的方法流程。
综上所述，通过实施本申请实施例，通过滑动滑窗的方式从拍频信号中截取测量单元MU，由于时域上的滑动步进时域长度小于截取的每个MU的时域长度，因此任意两个时域上相邻的两个MU会共用一部分频率信息，因此即便截取较多MU依旧可以保证每个MU内有足够的信号能量积累，保证了信噪比。因此，采用这种方式能够在不明显提高成本的情况下，提高雷达出点率(即点云密度)且不丢失信噪比。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，该流程可以由计算机程序来指令相关的硬件完成，该程序可存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法实施例的流程。而前述的存储介质包括：ROM或随机存储记忆体RAM、磁碟或者光盘等各种可存储程序代码的介质。

Claims (15)

1.一种雷达探测方法，其特征在于，包括：
按照时域滑动步长从雷达的拍频信号中截取多个测量单元MU，其中，所述多个MU中的每个MU的时域长度均大于所述预设滑动步进的时域长度；
确定所述每个MU的频率信息；
根据所述每个MU的频率信息分别得到一个雷达点云探测结果，其中所述探测结果包括目标物的速度或目标物的距离中的至少一项。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，
所述多个MU中的第一MU的时域长度内积累的信号能量能够保证所述第一MU的信噪比高于预设阈值。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：
所述多个MU中的第二MU的时域长度与所述多个MU中的第三MU的时域长度相同，或者，
所述第二MU的时域长度与所述第三MU的时域长度不同。
4.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述雷达的拍频信号包括由第一激光收发器得到的第一斜率拍频信号和由第二激光收发器得到的第二斜率拍频信号；
所述按照时域滑动步长从雷达的拍频信号中截取多个测量单元MU，包括：
按照时域滑动步长从所述第一斜率的拍频信号中截取多个第一测量单元MU，且按照所述时域滑动步长从所述第二斜率的拍频信号中截取多个第二测量单元MU；
其中，一个MU包括一个第一MU和一个第二MU，所述一个第一MU和所述一个第二MU在时域上同步。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述第一斜率为正斜率，所述第二斜率为负斜率；
或者，
所述第一斜率为正斜率或负斜率，所述第二斜率为零斜率。
6.根据权利要求1-3任一项所述的方法，其特征在于，所述雷达的拍频信号包括由第三激光收发器在时域上交替得到的正斜率拍频信号和负斜率拍频信号；所述多个测量单元MU中的每个测量单元MU包括正斜率部分和负斜率部分。
7.一种信号处理装置，其特征在于，包括：
截取单元，用于按照时域滑动步长从雷达的拍频信号中截取多个测量单元MU，其中，所述多个MU中的每个MU的时域长度均大于所述预设滑动步进的时域长度；
确定单元，用于确定所述每个MU的频率信息；
分析单元，用于根据所述每个MU的频率信息分别得到一个雷达点云探测结果，其中所述探测结果包括目标物的速度或目标物的距离中的至少一项。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述多个MU中的第一MU的时域长度内积累的信号能量能够保证所述第一MU的信噪比高于预设阈值。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于：
所述多个MU中的第二MU的时域长度与所述多个MU中的第三MU的时域长度相同，或者，
所述第二MU的时域长度与所述第三MU的时域长度不同。
10.根据权利要求7-9任一项所述的装置，其特征在于，所述雷达的拍频信号包括由第一激光收发器得到的第一斜率拍频信号和由第二激光收发器得到的第二斜率拍频信号；
所述截取单元，具体用于按照时域滑动步长从所述第一斜率拍频信号中截取多个第一测量单元MU，且按照所述时域滑动步长从所述第二斜率拍频信号中截取多个第二测量单元MU；
其中，一个MU包括一个第一MU和一个第二MU，所述一个第一MU和所述一个第二MU在时域上同步。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，
所述第一斜率为正斜率，所述第二斜率为负斜率；
或者，
所述第一斜率为正斜率或负斜率，所述第二斜率为零斜率。
12.根据权利要求7-9任一项所述的装置，其特征在于，所述雷达的拍频信号包括由第三激光收发器在时域上交替得到的正斜率拍频信号和负斜率拍频信号；所述多个测量单元MU中每个测量单元MU包括正斜率部分和负斜率部分。
13.一种处理器，其特征在于，所述处理器用于调用计算机可读存储介质中存储的计算机程序，来实现权利要求1-6任一项所述的方法。
14.一种激光雷达系统，其特征在于，所述激光雷达系统包括处理器、存储器、激光器，其中，所述激光器用于发射激光信号，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于调用所述计算机程序来执行权利要求1-6任一项所述的方法。
15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在处理器上运行时，实现权利要求1-6任一所述的方法。
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