CN112859104A - 一种探测方法及探测装置、存储介质 - Google Patents

一种探测方法及探测装置、存储介质 Download PDF

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Abstract

本说明书实施例提供了一种探测方法，包括：将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号；对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域；接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号；将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。本发明实施例还提供了一种探测装置以及存储介质，能够利用信号的相参性进行相干积累，对信号进行有效调制，如此，提高了抗干扰能力，以及提高了探测装置的灵敏度。

Description

一种探测方法及探测装置、存储介质
技术领域
本发明实施例涉及雷达探测领域，尤其涉及一种探测方法及探测装置、存储介质。
背景技术
现有探测装置，如激光雷达是通过发射光束来探测目标物体的特征信息的雷达系统；其工作原理是发射激光信号，然后将接收到的从目标物体反射回来的回波信号做适当处理后获得目标物体的特征信息，如目标物体的距离、目标物体的运动速度等。
但现有激光雷达对应的雷达系统不能对信号进行有效调制，抗干扰能力差；而且，现有利用激光雷达进行探测时，信号不具有相差性，对背景光的抑制能力较差。
发明内容
本发明实施例提供一种探测方法及探测装置、存储介质，能够利用信号的相参性进行相干积累，对信号进行有效调制，如此，提高了抗干扰能力，以及提高了探测装置的灵敏度。
本发明实施例提供一种探测方法，应用于探测装置，所述方法包括：
将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号；
对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域；
接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号；
将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。
本发明实施例中，所述方法还包括：
生成线性调制连续波，并将所述线性调制连续波作为基带信号。
本发明实施例中，所述方法还包括：
生成三角波基带信号或者锯齿波基带信号。
本发明实施例中，所述对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，包括：
对所述调制信号进行分路处理，至少得到第一路信号以及第二路信号；
将第一路信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光发射信号；
将所述第二路信号作为接收本振信号。
本发明实施例中，所述对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，包括：
利用所述调制信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光信号；
将所述激光信号进行分路处理，并至少得到发射信号和接收本振信号。
本发明实施例中，所述方法还包括：
对所述回波信号进行放大处理，并将放大处理后的回波信号与所述接收本振信号进行混频处理。
本发明实施例中，所述方法还包括：
对混频处理后的差频信号进行滤波处理；
至少对滤波处理后的差频信号进行数字转换处理及时频域转换处理；
至少基于转换处理后的差频信号的频谱信息，计算得到所述目标物体的特征信息。
本发明实施例还提供一种探测装置，包括：
调制信号产生模块，用于将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号；
分路处理模块，用于对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号；
发射模块，用于将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域；
接收模块，用于接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号；
计算模块，用于将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。
本发明实施例中，所述装置为激光雷达。
本发明实施例中，所述调制信号产生模块，还用于生成线性调制连续波，并将所述线性调制连续波作为基带信号。
本发明实施例中，所述调制信号产生模块，还用于生成三角波基带信号或者锯齿波基带信号。
本发明实施例中，所述分路处理模块，还用于：
对所述调制信号进行分路处理，至少得到第一路信号以及第二路信号；
将第一路信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光发射信号；
将所述第二路信号作为接收本振信号。
本发明实施例中，所述分路处理模块，还用于：
利用所述调制信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光信号；
将所述激光信号进行分路处理，并至少得到发射信号和接收本振信号。
本发明实施例中，所述计算模块，还用于：
对所述回波信号进行放大处理，并将放大处理后的回波信号与所述接收本振信号进行混频处理。
本发明实施例中，所述计算模块，还用于：
对混频处理后的差频信号进行滤波处理；
至少对滤波处理后的差频信号进行数字转换处理及时频域转换处理；
至少基于转换处理后的差频信号的频谱信息，计算得到所述目标物体的特征信息。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：
将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号；
对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域；
接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号；
将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。
本发明实施例所述的探测方法及探测装置、存储介质，将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号；对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域；接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号；将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。如此，能够利用信号的相参性进行相干积累，对信号进行有效调制，提高了抗干扰能力，以及提高了探测装置的灵敏度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的探测方法的实现流程示意图一。
图2为本发明实施例提供的探测方法的实现流程示意图二。
图3为本发明实施例在一具体应用场景中的组件结构示意图。
图4为本发明实施例LFMCW工作原理示意图。
图5为本发明实施例提供的探测装置的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本说明书实施例的技术方案做详细的说明，应当理解本说明书实施例以及实施例中的具体特征是对本说明书实施例技术方案的详细的说明，而不是对本说明书技术方案的限定，在不冲突的情况下，本说明书实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。
本发明实施例提供一种探测方法，所述方法应用于探测装置，具体地，实际应用中，所述探测装置可以具体为激光雷达；其中，在一具体示例中，所述激光雷达为线性调频连续波(LFMCW，frequency modulated continues wave)激光雷达。
这里，本发明实施例所述的探测方法采用线性调频连续波机制，接收通道能够利用信号的相参性进行相干积累，如此，提高了接收通道的灵敏度，降低了发射功率。同时，本发明实施例所述的方法利用回波信号的相参性，还可对太阳光等背景噪声进行抑制，进而提升对背景光的抑制能力，提高了探测装置的户外探测能力。
而且，本发明实施例所述方法能够产生带宽线性调制扫频信号，如利用直接数字合成(DDS，Direct Digital Synthesizer)产生三角波或者锯齿波基带信号，如此，保证了调频线性度调频线性度，灵活实现变频和调频，提升了系统的抗干扰能力，提高了多台实施本发明实施例所述方法的探测装置使用时的并发处理能力。
具体地，图1为本发明实施例提供的探测方法的实现流程示意图，如图1所示，所述探测方法包括：
步骤101：将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号。
在一具体示例中，所述步骤101可以具体为：生成线性调制连续波，并将所述线性调制连续波作为基带信号。
进一步地，所述步骤101利用DDS产生三角波基带信号或者锯齿波基带信号。
实际应用中，所述本振信号可由本振电路产生。
步骤102：对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域。
本发明实施例中，可以采用两种分路方式对调制信号进行分路处理，具体地，
方式一，包括：
对所述调制信号进行分路处理，至少得到第一路信号以及第二路信号；将第一路信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光发射信号；将所述第二路信号作为接收本振信号。比如，DDS产生的基带信号与本振信号进行混频后产生调制信号，将该调制信号至少分为两路，其中，一路对光源进行调制，并将调制后的信号加载于激光，完成光源的调制，并得到激光发射信号(也即步骤101所述的发射信号)，并向所覆盖的空域进行辐射；而另外一路作为接收信号的接收本振信号。或者，
方式二，包括：
利用所述调制信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光信号；将所述激光信号进行分路处理，并至少得到发射信号和接收本振信号。比如，DDS产生的基带信号与本振信号进行混频后，产生调制信号，对光源进行调制，并将调制信号加载于激光，完成光源的调制，并得到激光信号；随后，对激光信号进行分路，一路作为发射信号，向所覆盖的空域进行辐射，另一路作为接收信号的接收本振信号。
实际应用场景中，两种方式择一执行。
步骤103：接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号。
本发明实施例中，目标物体是指出现在激光雷达的测量范围内的物体。
本发明实施例中，还可以对所述回波信号进行放大处理，并将放大处理后的回波信号与所述接收本振信号进行混频处理。比如，利用跨阻放大器进行放大，以及二级放大，然后，再将放大处理后的所述回波信号与接收本振信号进行混频。
步骤104：将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。
这里，混频产生的差频信号的频率与探测距离线性相关，并通过后端处理进行时频域转换，进而计算出目标物体的特征信息，如距离和速度等。
实际应用中，所述探测装置对混频处理后的差频信号进行滤波处理；并至少对滤波处理后的差频信号进行数字转换处理及时频域转换处理；以及，至少基于转换处理后的差频信号的频谱信息，计算得到所述目标物体的特征信息。具体地，混频处理得到差频信号后，进行低通滤波，将滤波后的差频信号经过模数转换器(ADC，Analog-to-Digitalconverter)转换成数字信号，并经快速傅氏算法(FFT，Fast Fourier Transformation)进行时频域转换，进而基于转换后信号的频谱信息，计算出差频信号的频点和多普勒频移，从而求出目标物体的距离和速度。
这样，本发明实施例所述的探测方法采用线性调频连续波机制，接收通道能够利用信号的相参性进行相干积累，如此，提高了接收通道的灵敏度，降低了发射功率。同时，利用回波信号的相参性，还可对太阳光等背景噪声进行抑制，进而提升对背景光的抑制能力，提高了探测装置的户外探测能力。
而且，本发明实施例所述方法能够产生带宽线性调制扫频信号，如利用DDS产生三角波或者锯齿波基带信号，如此，保证了调频线性度调频线性度，灵活实现变频和调频，提升了系统的抗干扰能力，提高了多台实施本发明实施例所述方法的探测装置使用时的并发处理能力。
以下结合对本发明实施例做进一步详细说明。如图2和图3所示，本发明实施例所述的探测方法包括：
步骤201：DDS生成三角波或者锯齿波基带信号。
这里，如图3所示，所述DDS包括：波形存储器1、相位累加器2、模数转换器3、低通滤波器4以及正交调频(LO)5。经由DDS所包含的各组件后，产生三角波或者锯齿波基带信号。
步骤202：DDS产生的基带信号与本振信号进行混频，比如，进行上变频，产生调制信号，并对调制信号进行分路处理，得到两路信号，分别为发射信号，以及作为接收信号的接收本振信号。
这里，所述本振信号由本振电路产生，图3中未示出；这里，需要说明的是，图3中给出的组件示意图并非用于限制本发明实施例，实际应用中，还可以根据实际场景需求，以及信号处理需求，或者组件处理能力而增减。
这里，实际应用中，调制信号还可以经由带通滤波器6进行滤波处理后进行分路处理，一路对光源进行调制，并利用激光器7发射出发射信号。
本发明实施例所述的方法，可以采用两种分路方式对调制信号进行分路处理，具体地，
在一具体示例中，DDS产生的基带信号与本振信号进行混频后产生调制信号，将该调制信号至少分为两路，其中，一路对光源进行调制，并将调制后的信号加载于激光，完成光源的调制，并得到激光发射信号(也即步骤202所述的发射信号)，向所覆盖的空域进行辐射；而另外一路作为接收信号的接收本振信号。或者，
在另一具体示例中，DDS产生的基带信号与本振信号进行混频后，产生调制信号，对光源进行调制，并将调制信号加载于激光，完成光源的调制，并得到激光信号；随后，对激光信号进行分路，一路作为发射信号，向所覆盖的空域进行辐射，另一路作为接收信号的接收本振信号。
步骤203：接收天线，如雪崩光电二极管8(APD，Avalanche Photo Diode)接收到发射信号遇到目标物体后得到的回波信号(该回波信号也即接收信号)。
步骤204：将所述回波信号与步骤202得到的接收本振信号进行混频，如进行下变频，产生差频信号，基于该差频信号即可计算得到目标物体的特征信息，如距离和速度。
在一具体示例中，接收天线接收到回波信号后，还会对该回波信号进行处理，如转换为电信号，并进行放大处理，如通过两组放大器9(比如，跨阻放大器，以及二级放大)进行放大处理；然后，再将放大处理后的所述回波信号与步骤202得到的接收本振信号进行混频。
这里，混频产生的差频信号的频率与探测距离线性相关，并通过后端处理进行时频域转换，进而计算出目标物体的特征信息，如距离和速度等。具体地，
放大后的回波信号与步骤202得到的接收本振信号，在合束器10中进行混频得到差频信号，并经由低通滤波器11进行低通滤波，将滤波后的差频信号经过ADC(也即模数转换器12)转换成数字信号，并经FFT 13进行时频域转换，进而通过信号解算14基于转换后信号的频谱信息，计算出差频信号的频点和多普勒频移，从而求出目标物体的距离和速度。
以下为详细介绍基于计算目标物体的距离的具体方法，如图4所示，具体计算方法包括：
对于远离激光雷达的目标物体，回波信号与接收本振信号混频之后的中频信号在t1～t2的频率值为fb+＝f0-fd，以及在t3～t4的频率值为fb-＝f0+fd，计算可得实际差频频率f0和多普勒频率fd，从而得出目标物体的距离和运动速度。
以计算距离为例，假设DDS产生的三角波基带信号的调频斜率为：(fH-fL)/T，则发射信号经目标物体反射之后被接收天线接收所需经过的时间△t为：
Figure BDA0002266827470000091
基于上述公式(1)可以计算得到目标物体的距离为：
Figure BDA0002266827470000092
其中，上述公式中，T表征调制周期，c表征光速。同理，可基于类似原理进一步计算出目标物体的速度，本发明实施例对此不再赘述。这里，值得说明的是，本发明实施例所述的目标物体既可以是相对于激光雷达的运动物体，也可以是相对于激光雷达的处于静止状态的物体，本发明实施例对此不作限制。
基于与上述方法实施例同样的发明构思，本发明实施例提供一种探测装置，如图5所示，所述探测装置包括：
调制信号产生模块501，用于将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号；
分路处理模块502，用于对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号；
发射模块503，用于将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域；
接收模块504，用于接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号；
计算模块505，用于将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。
本发明实施例中，所述装置为激光雷达。
本发明实施例中，所述调制信号产生模块501，还用于生成线性调制连续波，并将所述线性调制连续波作为基带信号。
本发明实施例中，所述调制信号产生模块501，还用于生成三角波基带信号或者锯齿波基带信号。
本发明实施例中，所述分路处理模块502，还用于：
对所述调制信号进行分路处理，至少得到第一路信号以及第二路信号；
将第一路信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光发射信号；
将所述第二路信号作为接收本振信号。
本发明实施例中，所述分路处理模块502，还用于：
利用所述调制信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光信号；
将所述激光信号进行分路处理，并至少得到发射信号和接收本振信号。
本发明实施例中，所述计算模块505，还用于：
对所述回波信号进行放大处理，并将放大处理后的回波信号与所述接收本振信号进行混频处理。
本发明实施例中，所述计算模块505，还用于：
对混频处理后的差频信号进行滤波处理；
至少对滤波处理后的差频信号进行数字转换处理及时频域转换处理；
至少基于转换处理后的差频信号的频谱信息，计算得到所述目标物体的特征信息。
这里需要指出的是：以上装置实施例项的描述，与上述方法描述是类似的，具有同方法实施例相同的有益效果，因此不做赘述。对于本发明装置实施例中未披露的技术细节，本领域的技术人员请参照本发明方法实施例的描述而理解，为节约篇幅，这里不再赘述。
基于与上述方法实施例同样的发明构思，本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：
将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号；
对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域；
接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号；
将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。
本实施例中，该计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
生成线性调制连续波，并将所述线性调制连续波作为基带信号。
本实施例中，该计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
生成三角波基带信号或者锯齿波基带信号。
本实施例中，该计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
对所述调制信号进行分路处理，至少得到第一路信号以及第二路信号；
将第一路信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光发射信号；
将所述第二路信号作为接收本振信号。
本实施例中，该计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
利用所述调制信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光信号；
将所述激光信号进行分路处理，并至少得到发射信号和接收本振信号。
本实施例中，该计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
对所述回波信号进行放大处理，并将放大处理后的回波信号与所述接收本振信号进行混频处理。
本实施例中，该计算机程序被处理器执行时还实现如下步骤：
对混频处理后的差频信号进行滤波处理；
至少对滤波处理后的差频信号进行数字转换处理及时频域转换处理；
至少基于转换处理后的差频信号的频谱信息，计算得到所述目标物体的特征信息。
本发明实施例提供的存储介质，上述计算机程序被处理器执行时所实现的上述步骤的具体实现方式或可实现的其他步骤请参照上述各实施例的描述，此处不再赘述。
这里，本发明实施例提供的激光雷达及其进行测量的方法、存储介质可广泛用于多种场景，例如无人交通工具、智能仓库、工业机器人、服务机器人等等。
本说明书是参照根据本说明书实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的设备。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令设备的制造品，该指令设备实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本说明书的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本说明书范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本说明书进行各种改动和变型而不脱离本说明书的精神和范围。这样，倘若本说明书的这些修改和变型属于本说明书权利要求及其等同技术的范围之内，则本说明书也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种探测方法，其特征在于，应用于探测装置，所述方法包括：
将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号；
对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域；
接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号；
将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
生成线性调制连续波，并将所述线性调制连续波作为基带信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
生成三角波基带信号或者锯齿波基带信号。
4.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，包括：
对所述调制信号进行分路处理，至少得到第一路信号以及第二路信号；
将第一路信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光发射信号；
将所述第二路信号作为接收本振信号。
5.根据权利要求1或2或3所述的方法，其特征在于，所述对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，包括：
利用所述调制信号对光源进行调制，并加载于激光，得到激光信号；
将所述激光信号进行分路处理，并至少得到发射信号和接收本振信号。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对所述回波信号进行放大处理，并将放大处理后的回波信号与所述接收本振信号进行混频处理。
7.根据权利要求1或6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
对混频处理后的差频信号进行滤波处理；
至少对滤波处理后的差频信号进行数字转换处理及时频域转换处理；
至少基于转换处理后的差频信号的频谱信息，计算得到所述目标物体的特征信息。
8.一种探测装置，其特征在于，所述探测装置包括：
调制信号产生模块，用于将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号；
分路处理模块，用于对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号；
发射模块，用于将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域；
接收模块，用于接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号；
计算模块，用于将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。
9.根据权利要求8所述的探测装置，其特征在于，所述装置为激光雷达。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如下步骤：
将生成的基带信号与本振信号进行混频，产生调制信号；
对所述调制信号进行分路处理，至少得到发射信号和接收本振信号，将所述发射信号发射至所述探测装置所能辐射到的目标区域；
接收到所述发射信号经由处于所述目标区域的目标物体后的回波信号；
将所述回波信号与所述接收本振信号进行混频处理，以至少基于混频处理后得到的差频信号计算得到所述目标物体的特征信息。
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