CN113189606A - 一种提高不同反射率目标测距精度的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高不同反射率目标测距精度的方法与装置，激光雷达向目标进行脉冲发射后，利用高速数模转换器对回波信号进行时间轴上的采样，得到多个离散的回波信号强度；对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点；根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间，进而根据所述飞行时间计算出目标与激光雷达之间的距离。由于不同回波光强的真正时间起始零点位置是一定的，因此上述方案可以解决不同反射率之间的探测距离差异问题，提高不同反射率目标的测距精度，且无需对多个光强进行预先标定，节省系统成本。

Description

一种提高不同反射率目标测距精度的方法与装置

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，更具体地，涉及一种提高不同反射率目标测距精度的方法与装置。

背景技术

激光雷达可以对周围的环境进行无接触的远距离探测，并基于所探测到的点云数据将三维环境进行重建，属于光机电的高精尖设备，在多个领域存在广泛的应用。自然界的各个目标，由于材质和表面的差异，对相同的探测波长存在不一样的反射率，激光雷达在进行目标探测时，不同反射率的目标所引起的光信号探测强度是不一致的。因此，激光雷达在进行实际使用前，需要对不同反射率的目标进行标定，将不同反射率的回波光强进行预先识别，并把相应的光强信息提前预存储在激光雷达设备里面。当激光雷达探测到类似光强时，系统自动调用对应的光强信息。

目前，业界处理不同反射率目标的光强信息，普遍采用的方法是提前针对不同光强信息进行距离修正，但此种技术方法存在一定的技术缺陷。由于自然界存在各种各样的目标，反射率也存在极为广泛的变化，进行标定的时候，只能针对特定的一些光强进行选取标定，其余未进行标定的光强，只能通过插值的工艺来进行计算，存在较大的测距精度误差。如果要保证足够高的测距精度，则需要对更多的光强进行预先标定，会增加系统的成本和标定时间。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种提高不同反射率目标测距精度的方法与装置，其目的在于通过函数拟合和反向时间推演找到脉冲的真正起始时间零点，由此解决不同反射率目标之间的探测距离差异问题，提高不同反射率目标的测距精度。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种提高不同反射率目标测距精度的方法，包括：

激光雷达向目标进行脉冲发射后，利用高速数模转换器对回波信号进行时间轴上的采样，得到多个离散的回波信号强度；

对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点；

根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间，进而根据所述飞行时间计算出目标与激光雷达之间的距离。

优选地，所述对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点，具体为：

基于时间轴上信号门限以上的多个回波信号强度进行曲线拟合，得到回波信号的拟合函数；

对所述拟合函数进行反向时间推演，使回波信号强度逼近零值，进而计算出发射脉冲的所述起始时间零点。

优选地，所述根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间，进而根据所述飞行时间计算出目标与激光雷达之间的距离，具体为：

根据发射脉冲的所述起始时间零点和回波信号曲线的对称轴，计算出发射脉冲的结束时间零点；

根据发射脉冲的所述起始时间零点和所述结束时间零点，计算出发射脉冲的飞行时间；

根据发射脉冲的所述飞行时间和飞行速度，计算出目标与激光雷达之间的距离。

优选地，在所述通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点之后，所述方法还包括：

将时间轴分割为至少两段，并对每一段时间范围内离散的多个回波信号强度进行曲线拟合，得到回波信号的至少两个分段拟合函数；

分别对每个分段拟合函数进行时间推演，进而计算出发射脉冲的至少两个分段起始时间零点；

根据所述至少两个分段起始时间零点，验证本次推演出的发射脉冲的所述起始时间零点是否合理。

优选地，所述根据所述至少两个分段起始时间零点，验证本次推演出的发射脉冲的所述起始时间零点是否合理，具体为：

将所述至少两个分段起始时间零点进行两两比较，判断每两个分段起始时间零点之间的差值是否超过预设偏差；

如果存在其中两个分段起始时间零点之间的差值超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点不合理，做放弃处理后继续进行下一次脉冲发射；

如果每两个分段起始时间零点之间的差值均未超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点合理，继续根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间。

优选地，所述根据所述至少两个分段起始时间零点，验证本次推演出的发射脉冲的所述起始时间零点是否合理，具体为：

分别将每个分段起始时间零点与本次推演出的所述起始时间零点进行比较，判断各分段起始时间零点与所述起始时间零点之间的差值是否超过预设偏差；

如果存在其中任一分段起始时间零点与所述起始时间零点之间的差值超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点不合理，做放弃处理后继续进行下一次脉冲发射；

如果每个分段起始时间零点与所述起始时间零点之间的差值均未超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点合理，继续根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间。

优选地，对于回波信号曲线的对称轴左侧的分段拟合函数，通过对所述分段拟合函数进行反向时间推演，使回波信号强度逼近零值或取零值，计算出对应的分段起始时间零点；

对于回波信号曲线的对称轴右侧的分段拟合函数，通过对所述分段拟合函数进行正向时间推演，使回波信号强度逼近零值或取零值，计算出对应的分段起始时间零点。

优选地，当所述多个离散的回波信号强度对应重叠的两个回波信号时，所述对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点，具体为：

分别对时间轴上靠前预设时间段内的多个回波信号强度和靠后预设时间段内的多个回波信号强度进行拟合，得到前段拟合函数和后段拟合函数；

分别对所述前段拟合函数和所述后段拟合函数进行时间推演，计算出对应的第一起始时间零点和第二起始时间零点；

分别计算所述第一起始时间零点和所述第二起始时间零点与历史起始时间零点间的差值，并将差值较小的一个作为发射脉冲的起始时间零点。

优选地，所述回波信号的拟合函数具体如下：

其中，V(t)代表回波信号强度，随着时间的变化而发生改变；系数a代表回波信号曲线尖峰的高度；系数c代表回波信号曲线在时间轴上的横向展开宽度；t_p代表回波信号曲线上回波信号强度最大值对应的时间。

按照本发明的另一方面，提供了一种提高不同反射率目标测距精度的装置，其特征在于，包括激光雷达、处理器和存储器；

所述激光雷达用于向目标进行脉冲发射，并利用高速数模转换器对回波信号进行时间轴上的采样，得到多个离散的回波信号强度；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点；然后根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间，进而根据所述飞行时间计算出目标与激光雷达之间的距离。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明提供的方案中，通过高速数模转换器采样得到多个有效的回波信号强度，基于所建立的数学模型拟合出符合实际光强的拟合函数，再通过反向时间推演找到脉冲的真正起始时间零点，可以有效计算脉冲的飞行时间，进而计算出目标和激光雷达设备之间的实际距离。由于不同回波光强的真正时间起始零点位置是一定的，因此上述方案可以解决不同反射率之间的探测距离差异问题，提高不同反射率目标的测距精度，且无需对多个光强进行预先标定，节省系统成本。

附图说明

图1是不同反射率目标在相同距离下的回波信号曲线示意图；

图2是本发明实施例提供的一种提高不同反射率目标测距精度的方法流程图；

图3是本发明实施例提供的一种高速采样的离散回波信号强度示意图；

图4是本发明实施例提供的一种不同反射率目标在相同距离下的回波信号曲线拟合示意图；

图5是本发明实施例提供的一种对起始时间零点的合理性验证流程图；

图6是本发明实施例提供的一种对回波信号强度分段拟合的示意图；

图7是本发明实施例提供的一种存在干扰源时的回波信号重叠示意图；

图8是本发明实施例提供的一种存在干扰源时确定起始时间零点的方法流程图；

图9是本发明实施例提供的一种存在干扰源时的分段拟合示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

实施例1

图1所示为不同反射率目标在相同距离下的回波信号强度的曲线(可简称为回波信号曲线)，其中曲线1、曲线2和曲线3分别对应高反射率、中反射率和低反射率目标的回波信号曲线。由于不同反射率目标和激光雷达设备之间的距离是一样的，所以对应的时间起点O是重合的，理论情况下只需要将起点O的时刻采样出来，即可计算出目标和激光雷达设备之间的距离。但实际情况下，探测器存在很大的噪声信号，会把起点O完全淹没，无法通过有效采样获得起点O的时刻。目前，针对上述问题，普遍采用的技术手段是增加信号门限，且信号门限的强度明显高于噪声信号强度，可以有效滤除噪声的影响。但此种技术方法的缺陷在于，相同距离处的不同回波信号强度与信号门限的交界点不重合，如图1中所示，曲线1、曲线2和曲线3和信号门限的交点，在时间轴上的投影点分别是A、B和C点，即不同回波信号强度即使在相同的距离下，也会产生一定的时间误差，影响系统的起始时间计算，进而影响距离的探测。在传统方案中，为解决时间差异问题，需要把每个信号的强度进行一个预先标定，强行给每个回波强度标定一个位置偏差量。但实际定标时，仅标定一些特定的回波光强，剩下的光强通过插值来进行距离补偿，难以实现全光强覆盖，造成不同反射率目标的测量距离存在差异，精度不高。

为解决上面描述的不同反射率之间的探测距离差异问题，提高不同反射率目标的测距精度，本发明实施例提供了一种提高不同反射率目标测距精度的方法，基于高速数模转换器采样，获取每个回波强度的有效采样值，并利用拟合函数算法找出对应的函数关系式，即可通过计算的方式反推出详细的时间零点。因为真正的时间零点只和距离有关系，不同反射率目标的回波信号强度都有着相同的时间零点，因此本发明可以解决不同反射率目标的探测距离精度不足的问题，且不需要经过繁琐的标定程序。下面将详细介绍本发明的技术方案。

如图2所示，本发明实施例提供的方法主要包括以下步骤：

步骤101，激光雷达向目标进行脉冲发射后，利用高速数模转换器对回波信号进行时间轴上的采样，得到多个离散的回波信号强度。

激光雷达内设有激光发射器和高速数模转换器，激光发射器可以向不同反射率的目标进行脉冲发射，高速数模转换器可以对回波信号进行时间轴上的采样，得到离散的信号电压值，即得到多个离散的回波信号强度，如图3所示，可以看出大致呈抛物线形状。

步骤102，对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点。具体步骤如下：

首先，基于时间轴上信号门限以上的多个回波信号强度进行曲线拟合，得到回波信号的拟合函数。设起点O的时间轴为t₀，回波信号强度最大值对应的时间为t_p，根据回波信号强度的抛物线分布形状，优选的回波信号的拟合函数如下：

其中，V(t)代表回波信号强度，随着时间的变化而发生改变；系数a代表回波信号曲线尖峰的高度，即回波信号强度的高度；系数c代表回波信号曲线在时间轴上的横向展开宽度。式(1)可以较好地拟合出回波信号强度的变化，不同系数代表回波信号强度的高度及横向展开幅度，具体拟合过程可借助现有的数学模型来实现，在此不做具体赘述。通过高速采样得到如图3所示的离散回波信号强度后，虽然底部噪声依然淹没了时间轴上的起点，但基于信号门限以上的采样值仍然可以有效地重建出回波信号的拟合函数。此处需特别引起注意的是，回波信号强度的采样值越多，采样间隔越密，重建的拟合函数越准确，越能贴合实际值，最后所得到的起始时间零点也就越精确。当然，图3所示的仅为图1中曲线1的重建拟合曲线，其它反射率的曲线也可以通过相同手段得到另外的拟合函数曲线，不同反射率目标对应的回波信号拟合后的曲线可参考图4。

然后，对所述拟合函数进行反向时间推演，使回波信号强度逼近零值，进而计算出发射脉冲的所述起始时间零点。理论上，式(1)中的V(t)取值不会等于零，意味着无法反向计算得到零值；因此，本发明接着提出一种逼近零值的计算方法，用于代替实际零值，进而计算得到起始时间零点，如式(2)所示。

V(t)≤ε (2)

其中，小量ε的选取应结合实际精度要求进行对应的计算，基本规律是：小量ε的值选取越小，最终计算出的起始时间零点的时间精度越高。另外，时间轴零点t₀的逼近计算还需要注意两个约束性条件：1)对于同一台激光雷达设备，小量ε的选取要固定，尤其是对应不同的反射率目标，不能更改小量ε的取值；2)小量ε的取值固定之后，所有反射率目标的时间零点趋于同一个时间刻度值，但具体的时间刻度值需要统一和实际距离进行一次标定，将时间轴零点标定为实际距离的飞行时间间隔。

步骤103，根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间，进而根据所述飞行时间计算出目标与激光雷达之间的距离。具体步骤如下：

首先，根据发射脉冲的所述起始时间零点和所述回波信号曲线的对称轴，计算出发射脉冲的结束时间零点。具体结合图3，发射脉冲的起始时间零点t₀和结束时间零点t₁理论上是对称的，对称轴即为时间t_p对应的竖直线(即图中虚直线)；因此，在步骤102中计算出起始时间零点t₀后，通过对称法即可确定发射脉冲的结束时间零点t₁。除此以外，还可参考步骤102中反向时间推演起始时间零点t₀的方法，对所述拟合函数进行正向时间推演，使回波信号强度逼近零值，计算出发射脉冲的起始时间零点t₁。

然后，根据发射脉冲的所述起始时间零点t₀和所述结束时间零点t₁，计算出发射脉冲的飞行时间Δt：Δt＝t₁-t₀。

最后，根据发射脉冲的所述飞行时间Δt和飞行速度v，计算出目标与激光雷达之间的距离d：d＝Δt*v。

通过上述方法，即便是对于图4中三种不同反射率的目标，也无需进行光强的预先标定，针对每个反射率按照步骤101-103所述的方法确定共同的起始时间零点即可，进而可计算出相同的距离。

本发明实施例提供提供的上述方法中，通过高速数模转换器采样得到多个有效的回波信号强度，基于所建立的数学模型拟合出符合实际光强的拟合函数，再通过反向时间推演找到脉冲的真正起始时间零点，可以有效计算脉冲的飞行时间，进而计算出目标和激光雷达设备之间的实际距离。由于不同回波光强的真正时间起始零点位置是一定的，因此上述方案可以解决不同反射率之间的探测距离差异问题，提高不同反射率目标的测距精度，且无需对多个光强进行预先标定，节省系统成本。

实施例2

在上述实施例1的基础上，为确保推演出的起始时间零点t₀的合理性，在所述步骤102之后，即在所述通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点之后，还可进一步增加对起始时间零点t₀的验证步骤。参考图5，对起始时间零点t₀的验证方法具体如下：

步骤201，将时间轴分割为至少两段，并对每一段时间范围内离散的多个回波信号强度进行曲线拟合，得到回波信号的至少两个分段拟合函数。

如图6所示，以将时间轴信号门限以上的部分分割为三段为例，每一段对应的时间段分别记为Δt₁、Δt₂、Δt₃，则所有离散的回波信号强度相当于也划分到三组，分别对应三个时间段。然后分别对Δt₁、Δt₂、Δt₃时间段内对应的多个回波信号强度进行曲线拟合，可以得到每个时间段内对应的分段拟合函数。结合图6可以看出，时间段Δt₁对应一个回波信号强度随时间增加的分段拟合函数，时间段Δt₂内的离散回波信号强度对应一个抛物线形状的分段拟合函数，时间段Δt₃对应一个回波信号强度随时间递减的分段拟合函数。每个分段拟合函数的具体拟合过程均可借助现有的数学模型来实现，在此不做具体赘述。

步骤202，分别对每个分段拟合函数进行时间推演，进而计算出发射脉冲的至少两个分段起始时间零点。推演时可按照以下原则进行：

对于回波信号曲线的对称轴左侧的分段拟合函数，通过对所述分段拟合函数进行反向时间推演，使回波信号强度逼近零值或取零值，计算出对应的分段起始时间零点。例如，对于图6中时间段Δt₁对应的分段拟合函数，可进行反向时间推演，使回波信号强度直接取零值，得到对应的分段起始时间零点；对于时间段Δt₂对应的分段拟合函数，可能与式(1)类似，V(t)取值不会等于零，因此可进行反向时间推演，使回波信号强度逼近零值，得到对应的分段起始时间零点。

对于回波信号曲线的对称轴右侧的分段拟合函数，通过对所述分段拟合函数进行正向时间推演，使回波信号强度逼近零值或取零值，计算出对应的分段起始时间零点。例如，对于图6中时间段Δt₃对应的分段拟合函数，可进行正向时间推演，使回波信号强度直接取零值，得到对应的分段结束时间零点，再相对于对称轴进行对称，得到对应的分段起始时间零点；对于时间段Δt₂对应的分段拟合函数，可能与式(1)类似，V(t)取值不会等于零，因此可进行正向时间推演，使回波信号强度逼近零值，得到对应的分段结束时间零点，再相对于对称轴进行对称，得到对应的分段起始时间零点。

以图6为例，每个时间段对应的分段拟合函数都会推演计算出一个对应的分段起始时间零点，则总共计算出三个分段起始时间零点。为方便描述，可将时间段Δt₁、Δt₂、Δt₃的分段拟合函数计算出的分段起始时间零点分别记为t₀₁、t₀₂、t₀₃。

步骤203，根据所述至少两个分段起始时间零点，验证本次推演出的发射脉冲的所述起始时间零点是否合理。

基于前面步骤中得到的各分段起始时间零点，即可对所述步骤102中得到的起始时间零点t₀进行验证。具体有以下两种验证方法：

(1)第一种：

将所述至少两个分段起始时间零点进行两两比较，判断每两个分段起始时间零点之间的差值是否超过预设偏差。如果存在其中两个分段起始时间零点之间的差值超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点不合理，做放弃处理后继续进行下一次脉冲发射。如果每两个分段起始时间零点之间的差值均未超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点合理，继续根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间。其中，所述预设偏差可根据实际需求灵活设置，通常选取一个较小的固定值。

以图6为例，可分别将分段起始时间零点t₀₁、t₀₂、t₀₃进行两两比较，判断每两个分段起始时间零点之间的差值是否超过预设偏差。如果t₀₁与t₀₂、t₀₁与t₀₃、t₀₂与t₀₃之间的差值均未超过预设偏差，表明不同分段拟合函数得到的起始时间零点非常相近，可认为本次探测为正常探测，并未出现发射脉冲经过干扰源、发射脉冲直接穿过目标等异常情况，进而可认为所述步骤102中得到的起始时间零点t₀也是合理的，可直接用于后续计算。如果t₀₁与t₀₂之间的差值已经超过预设偏差，则可认为本次探测时发射脉冲在传输过程中可能受到了不均衡的干扰，例如可能出现发射脉冲经过干扰源、发射脉冲直接穿过目标等异常情况，进而可认为所述步骤102中得到的起始时间零点t₀是不合理的，需要将本次探测得到的起始时间零点t₀做放弃处理。

其中，在每两个分段起始时间零点之间的差值均未超过预设偏差的情况下，可进一步对所述步骤102中得到的起始时间零点t₀进行修正。例如，可将所有的分段起始时间零点与所述步骤102中得到的起始时间零点t₀取平均值，作为最终计算时使用的起始时间零点。

(2)第二种：

分别将每个分段起始时间零点与本次推演出的所述起始时间零点进行比较，判断各分段起始时间零点与所述起始时间零点之间的差值是否超过预设偏差。如果存在其中任一分段起始时间零点与所述起始时间零点之间的差值超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点不合理，做放弃处理后继续进行下一次脉冲发射。如果每个分段起始时间零点与所述起始时间零点之间的差值均未超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点合理，继续根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间。

与第一种方法相比，第二种方法在比较判断时引入了所述步骤102中计算出的起始时间零点t₀，所有计算结果均与该起始时间零点t₀比较，比较结果更直观，验证效果更准确。

以图6为例，可分别将分段起始时间零点t₀₁、t₀₂、t₀₃与所述步骤102中得到的起始时间零点t₀进行比较，判断各分段起始时间零点与起始时间零点t₀之间的差值是否超过预设偏差。如果t₀₁与t₀、t₀₂与t₀、t₀₃与t₀之间的差值均未超过预设偏差，表明不同分段拟合函数得到的起始时间零点均与所述拟合函数直接得到的起始时间零点t₀非常相近，可认为本次探测为正常探测，所述步骤102中得到的起始时间零点t₀也是合理的，可直接用于后续计算。如果t₀₁与t₀之间的差值已经超过预设偏差，则可认为本次探测时发射脉冲在传输过程中可能受到了不均衡的干扰，所述步骤102中得到的起始时间零点t₀是不合理的，需要将本次探测得到的起始时间零点t₀做放弃处理。

其中，在每个分段起始时间零点与所述起始时间零点之间的差值均未超过预设偏差的情况下，可进一步对所述步骤102中得到的起始时间零点t₀进行修正。例如，可将所有的分段起始时间零点与所述步骤102中得到的起始时间零点t₀取平均值，作为最终计算时使用的起始时间零点。

通过本发明实施例提供的上述方法，可对拟合函数推演出的起始时间零点进行有效验证，并在验证结果为不合理时放弃处理，在验证结果为合理时继续用作后续目标与激光雷达之间距离的计算，从而可对异常探测进行有效筛选过滤，保证最终距离计算结果的准确性。

实施例3

激光雷达会应用在多种环境下，尤其是工业领域应用时，大部分都应用在户外的环境。户外环境较为恶劣，很容易受到雨雪灰尘等干扰源的干扰，从而影响激光雷达的正常探测。如果干扰源和目标距离过近，且都和激光雷达设备距离较近时，由于激光雷达设备发射的探测回波在空间中传输距离不远，光强还没有过多衰减，且光斑的发散尺寸也不大，此时，干扰源和目标所产生的回波不能有效分开。如图7所示，当雨滴和目标距离较近时，雨滴造成的干扰回波和目标回波重叠在一起，无法有效区分干扰回波和目标回波。

如果是上述存在干扰源且干扰源和目标距离过近的应用场景，在所述步骤101中利用高速数模转换器对回波信号进行时间轴上的采样后，仍会得到多个离散的回波信号强度，但此时所述多个离散的回波信号强度对应重叠的两个回波信号，如图7所示。在这种情况下，为有效区分干扰回波和目标回波，正确利用目标回波来找到真正的起始时间零点，所述步骤102(即对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点)的具体执行过程可参考图8，包括以下步骤：

步骤301，分别对时间轴上靠前预设时间段内的多个回波信号强度和靠后预设时间段内的多个回波信号强度进行拟合，得到前段拟合函数和后段拟合函数。

如图9所示，可分别对时间轴上靠前的预设时间段Δt₄和靠后的预设时间段Δt₅内对应的多个回波信号强度进行曲线拟合，分别得到一个前段拟合函数和一个后段拟合函数。其中，Δt₄在时间轴上是属于前一个回波信号曲线左半侧中的一部分，Δt₅在时间轴上是属于后一个回波信号曲线右半侧中的一部分，即Δt₄和Δt₅分别属于两个回波信号，相当于分别取回波信号的前一截和后一截进行拟合。结合图9可以看出，时间段Δt₄对应一个回波信号强度随时间增加的前段拟合函数，时间段Δt₅对应一个回波信号强度随时间递减的后段拟合函数。每个分段拟合函数的具体拟合过程均可借助现有的数学模型来实现，在此不做具体赘述。

步骤302，分别对所述前段拟合函数和所述后段拟合函数进行时间推演，计算出对应的第一起始时间零点和第二起始时间零点。

对于前段拟合函数，例如图9中时间段Δt₄对应的前段拟合函数，可通过反向时间推演，使回波信号强度直接取零值，得到对应的第一起始时间零点t₀₄。

对于后段拟合函数，例如图9中时间段Δt₅对应的后段拟合函数，可通过正向时间推演，使回波信号强度直接取零值，得到对应的后段结束时间零点t₁₅，再相对于后一个回波信号的对称轴(即图9中虚直线)进行对称，得到第二起始时间零点t₀₅。

步骤303，分别计算所述第一起始时间零点和所述第二起始时间零点与历史起始时间零点间的差值，并将差值较小的一个作为发射脉冲的起始时间零点。

所述历史起始时间零点是指历史保存下来的每次探测时推演的起始时间零点，这些历史起始时间零点都是经过验证后确认合理的，因此在这里可以直接将任一历史起始时间零点(例如上次探测时记录的起始时间零点)作为基准使用。将前面计算出的所述第一起始时间零点和所述第二起始时间零点分别与该历史起始时间零点相比较，如果相差较小则认为是由干扰回波的拟合函数计算的，放弃使用；如果相差较大则认为是由目标回波的拟合函数计算的，可直接采用作为本次推演的起始时间零点t₀。

以图9为例，可分别将第一起始时间零点t₀₄、第二起始时间零点t₀₅与历史起始时间零点进行比较。如果第一起始时间零点t₀₄与历史起始时间零点之间的差值更小，则认为t₀₄所在的回波信号曲线为目标回波信号曲线，t₀₅所在的回波信号曲线为干扰回波信号曲线，因此将t₀₄作为发射脉冲的起始时间零点t₀。如果第二起始时间零点t₀₅与历史起始时间零点之间的差值更小，则认为t₀₅所在的回波信号曲线为目标回波信号曲线，t₀₄所在的回波信号曲线为干扰回波信号曲线，因此将t₀₅作为发射脉冲的起始时间零点t₀。

通过本发明实施例提供的上述方法，在存在干扰源导致的干扰回波，且干扰回波和目标回波重叠无法区分的情况下，可通过取回波信号强度的前段和后段分别拟合，分别与历史数据比较后筛选出目标回波对应的真正起始时间零点，将干扰回波对应的起始时间零点滤除，从而保证最终距离计算结果的准确性。

实施例4

在上述实施例1-实施例3提供的提高不同反射率目标测距精度的方法的基础上，本发明实施例进一步提供了一种可用于实现上述方法的提高不同反射率目标测距精度的装置，主要包括激光雷达、处理器和存储器。其中，所述处理器和所述存储器可以是独立设置，也可以与所述激光雷达一体化设置，即设置在所述激光雷达内部，在此不做具体限定。

所述激光雷达用于向目标进行脉冲发射，并利用高速数模转换器对回波信号进行时间轴上的采样，得到多个离散的回波信号强度。其中，所述激光雷达具体可采用一维激光雷达、二维激光雷达或三维激光雷达，在此不做限定。所述激光雷达内设有激光发射器和高速数模转换器，所述激光发射器用于向目标进行脉冲发射，所述高速数模转换器用于对回波信号进行时间轴上的高速采样，得到多个离散的回波信号强度，如图3所示。

所述处理器和所述存储器可以通过总线或者其他方式连接。

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令。具体地，所述存储器作为一种提高不同反射率目标测距精度的方法非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序以及非易失性计算机可执行程序，如实施例1中步骤102和步骤103的方法、实施例2中步骤201-203的方法、实施例3中步骤301-303的方法。

所述处理器通过执行所述存储器内存储的指令，可执行实施例1中步骤102和步骤103的方法，即对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点；然后根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间，进而根据所述飞行时间计算出目标与激光雷达之间的距离。还可执行实施例2中步骤201-203的方法、实施例3中步骤301-303的方法，在此不做赘述。

其中，所述存储器可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，所述存储器可选包括相对于所述处理器远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至所述处理器。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

本领域普通技术人员可以理解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介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random AccessMemory)、磁盘或光盘等。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种提高不同反射率目标测距精度的方法，其特征在于，包括：

激光雷达向目标进行脉冲发射后，利用高速数模转换器对回波信号进行时间轴上的采样，得到多个离散的回波信号强度；

对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点；

根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间，进而根据所述飞行时间计算出目标与激光雷达之间的距离。

2.如权利要求1所述的提高不同反射率目标测距精度的方法，其特征在于，所述对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点，具体为：

基于时间轴上信号门限以上的多个回波信号强度进行曲线拟合，得到回波信号的拟合函数；

对所述拟合函数进行反向时间推演，使回波信号强度逼近零值，进而计算出发射脉冲的所述起始时间零点。

3.如权利要求1所述的提高不同反射率目标测距精度的方法，其特征在于，所述根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间，进而根据所述飞行时间计算出目标与激光雷达之间的距离，具体为：

根据发射脉冲的所述起始时间零点和回波信号曲线的对称轴，计算出发射脉冲的结束时间零点；

根据发射脉冲的所述起始时间零点和所述结束时间零点，计算出发射脉冲的飞行时间；

根据发射脉冲的所述飞行时间和飞行速度，计算出目标与激光雷达之间的距离。

4.如权利要求1所述的提高不同反射率目标测距精度的方法，其特征在于，在所述通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点之后，所述方法还包括：

将时间轴分割为至少两段，并对每一段时间范围内离散的多个回波信号强度进行曲线拟合，得到回波信号的至少两个分段拟合函数；

分别对每个分段拟合函数进行时间推演，进而计算出发射脉冲的至少两个分段起始时间零点；

根据所述至少两个分段起始时间零点，验证本次推演出的发射脉冲的所述起始时间零点是否合理。

5.如权利要求4所述的提高不同反射率目标测距精度的方法，其特征在于，所述根据所述至少两个分段起始时间零点，验证本次推演出的发射脉冲的所述起始时间零点是否合理，具体为：

将所述至少两个分段起始时间零点进行两两比较，判断每两个分段起始时间零点之间的差值是否超过预设偏差；

如果存在其中两个分段起始时间零点之间的差值超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点不合理，做放弃处理后继续进行下一次脉冲发射；

如果每两个分段起始时间零点之间的差值均未超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点合理，继续根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间。

6.如权利要求4所述的提高不同反射率目标测距精度的方法，其特征在于，所述根据所述至少两个分段起始时间零点，验证本次推演出的发射脉冲的所述起始时间零点是否合理，具体为：

分别将每个分段起始时间零点与本次推演出的所述起始时间零点进行比较，判断各分段起始时间零点与所述起始时间零点之间的差值是否超过预设偏差；

如果存在其中任一分段起始时间零点与所述起始时间零点之间的差值超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点不合理，做放弃处理后继续进行下一次脉冲发射；

如果每个分段起始时间零点与所述起始时间零点之间的差值均未超过预设偏差，则认为本次推演出的所述起始时间零点合理，继续根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间。

7.如权利要求4所述的提高不同反射率目标测距精度的方法，其特征在于，对于回波信号曲线的对称轴左侧的分段拟合函数，通过对所述分段拟合函数进行反向时间推演，使回波信号强度逼近零值或取零值，计算出对应的分段起始时间零点；

对于回波信号曲线的对称轴右侧的分段拟合函数，通过对所述分段拟合函数进行正向时间推演，使回波信号强度逼近零值或取零值，计算出对应的分段起始时间零点。

8.如权利要求1-7任一所述的提高不同反射率目标测距精度的方法，其特征在于，当所述多个离散的回波信号强度对应重叠的两个回波信号时，所述对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点，具体为：

分别对时间轴上靠前预设时间段内的多个回波信号强度和靠后预设时间段内的多个回波信号强度进行拟合，得到前段拟合函数和后段拟合函数；

分别对所述前段拟合函数和所述后段拟合函数进行时间推演，计算出对应的第一起始时间零点和第二起始时间零点；

分别计算所述第一起始时间零点和所述第二起始时间零点与历史起始时间零点间的差值，并将差值较小的一个作为发射脉冲的起始时间零点。

9.如权利要求1-7任一所述的提高不同反射率目标测距精度的方法，其特征在于，所述回波信号的拟合函数具体如下：

其中，V(t)代表回波信号强度，随着时间的变化而发生改变；系数a代表回波信号曲线尖峰的高度；系数c代表回波信号曲线在时间轴上的横向展开宽度；t_p代表回波信号曲线上回波信号强度最大值对应的时间。

10.一种提高不同反射率目标测距精度的装置，其特征在于，包括激光雷达、处理器和存储器；

所述激光雷达用于向目标进行脉冲发射，并利用高速数模转换器对回波信号进行时间轴上的采样，得到多个离散的回波信号强度；

所述存储器存储有可被所述处理器执行的指令，所述指令在被所述处理器执行后，用于对所述多个离散的回波信号强度进行拟合得到回波信号的拟合函数，并通过对所述拟合函数进行反向时间推演确定发射脉冲的起始时间零点；然后根据所述起始时间零点计算发射脉冲的飞行时间，进而根据所述飞行时间计算出目标与激光雷达之间的距离。

Images