CN113419250A - 激光测距系统及激光测距方法 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种激光测距系统及激光测距方法。其中，该激光测距系统包括比较器、控制模块、模数转换器模块和信号处理模块。比较器用于当参考电信号的幅值大于阈值时，向控制模块发送触发信号。控制模块用于从接收到触发信号的时刻开始，延迟第一时长，指示模数转换器模块开始对参考电信号和回波电信号进行采样；以及，继续延迟第二时长，指示模数转换器模块停止对参考电信号采样；以及，继续延迟第三时长，指示模数转换器模块停止对回波电信号采样；信号处理模块用于根据采样数据生成测距结果。由此可见，本申请提供的技术方案，能够精确控制数模转换器模块的使能和关闭，减少模转换器模块对信号的采样时长，降低数据量，节省系统能耗。

Description

激光测距系统及激光测距方法
技术领域
本申请涉及测控技术领域，尤其涉及一种激光测距系统及激光测距方法。
背景技术
激光雷达是一种主动式的激光测距传感器，可以应用于自动驾驶、各类机器人(如：工业机器人、服务机器人等)、无人机等领域，是上述领域不可或缺的关键部分。激光雷达由激光器产生激光信号，并且将激光信号分割成两路光信号，其中一路光信号用于照射被测物体，另一路信号作为参考光信号。激光雷达可以根据参考光信号与被测反射的回波光信号的时间差，计算被测物体与激光雷达之间的距离。
目前，一些激光雷达方案使用连续混沌激光作为光源，以利用混沌激光的随机性实现抗干扰的目的。然而，采用混沌激光方案的激光雷达产生的数据量较大，并且，目前的激光雷达需要探测器和互相关仪等部件全程开启，以对参考光信号和被测物体反射的回波光信号进行实时的接收和处理，因此，激光雷达会连续不断地产生大量的数据，使得求解过程中的运算量巨大，导致激光雷达的系统功耗很高。
发明内容
本申请提供了一种激光测距系统及激光测距方法，以降低激光雷达等测距系统的功耗。
第一方面，本申请提供了一种激光测距系统，该系统包括：激光器、比较器、控制模块、模数转换器模块和信号处理模块；其中，比较器，用于当参考电信号的幅值大于阈值时，向控制模块发送触发信号，参考电信号是根据从激光器获取的参考光信号进行光电转换得到的；控制模块，用于从接收到触发信号的时刻开始，延迟第一时长，向模数转换器模块发送使能信号；以及，继续延迟第二时长，向模数转换器模块发送第一结束信号；以及，继续延迟第三时长，向模数转换器模块发送第二结束信号；模数转换器模块，用于响应于使能信号，开始对参考电信号和回波电信号进行采样，回波电信号是对被测物体的回波光信号进行光电转换得到的，回波光信号是被测物体对来自激光器的探测光信号的反射信号；以及，用于响应于第一结束信号，停止对参考电信号采样；以及，用于响应于第二结束信号，停止对回波电信号采样；信号处理模块，用于根据采样数据生成测距结果。
根据上述激光测距系统，控制模块根据触发信号精确控制数模转换器模块的使能和关闭；使得数模转换器模块能够准确获得参考电信号和回波电信号对应激光器脉冲信号的有效部分，降低数据量；并且还使得数模转换器模块在其他时刻保持关闭状态，以节省能耗。综上所述，本申请实施例实现了在减小激光测距系统求解数据计算量的同时，降低激光测距系统的能耗。
在一种实现方式中，该激光测距系统还包括：分束器、第一探测器和第二探测器；其中，分束器，用于将激光器产生的光信号分束为参考光信号和用于照射被测物体的探测光信号，以及将参考光信号发送给第一探测器；第一探测器，用于将参考光信号转换成参考电信号，以及将参考电信号发送给比较器和模数转换器模块；第二探测器，用于将回波光信号转换成回波电信号，以及将回波电信号发送给模数转换器模块。由此，模数转换器模块就可以对接收到的参考电信号和参考电信号进行信号采样，为后续生成测距结果提供采样数据。
在一种实现方式中，控制模块，还用于将使能信号和/或第二结束信号发送给第二探测器；第二探测器，还用于响应于使能信号，开始将回波光信号转换成回波电信号，和/或，还用于响应于第二结束信号，停止将回波光信号转换成回波电信号。由此，第二探测器的工作时间被缩短，并且第二探测器向模数转换器模块发送回波电信号的时段与模数转换器模块对回波电信号进行信号采样的时段完全重合，因此，第二探测器生成的所有的回波电信号都能够被模数转换器模块进行信号采样，使得回波电信号被完全利用，提高了激光测距系统的工作效能。
在一种实现方式中，模数转换器模块包括第一模数转换通道和第二模数转换通道，第一模数转换通道用于对参考电信号进行信号采样，第二模数转换通道用于对回波电信号进行信号采样；第一探测器，用于将参考电信号发送至第一模数转换通道；第二探测器，用于将回波电信号发送至第二模数转换通道。由此，两个模数转换通道各自处理一路电信号，实现参考电信号和回波电信号的并行处理，处理效率高。
在一种实现方式中，模数转换器模块包括第一模数转换器和第二模数转换器，第一模数转换器用于对参考电信号进行信号采样，第二模数转换器用于对回波电信号进行信号采样；第一探测器，用于将参考电信号发送至第一模数转换器；第二探测器，用于将回波电信号发送至第二模数转换器。由此，本申请可以采用两个独立的模数转换器分别处理参考电信号和回波电信号，因此控制模块可以单独地控制每个模数转换器的工作状态，在不需要模数转换器执行数据采样任务时，可以将这个模数转换器关闭，以节省能耗。
在一种实现方式中，该激光测距系统还包括：光束扩束模组；光束扩束模组用于将探测光信号扩展为面光束信号；第二探测器为面阵探测器，用于接收被测物体对面光束信号反射的回波光信号；其中，面阵探测器包括多个像素单元，每个像素单元分别对其接收到的回波光信号转换成回波电信号。由此，探测光信号以面光束的形式照射到被测物体上，使被测物体反射的回波光信号也为面光束，面阵探测器的不同像素单元接收回波光信号的面光束的不同区域，最终使得信号处理模块能够计算得到激光测距系统与被测物体上多个点的距离，可以用于进一步确定物体的形状。
在一种实现方式中，第一时长等于激光器的外腔长度除以光速所得结果的正偶数倍。
在一种实现方式中，第二时长等于预设的参考电信号的采样时长。
在一种实现方式中，第三时长等于激光测距系统预设的最大测量距离除以光速所得结果的两倍。
在一种实现方式中，采样数据包括：模数转换器模块在第二时长内对参考电信号采样得到的第一采样数据，以及，模数转换器模块在第二时长和第三时长内对回波电信号采样得到的第二采样数据。
在一种实现方式中，信号处理模块，用于获取第一采样数据和第二采样数据的互相关曲线，根据互相关曲线的峰值位置计算被测物体与激光测距系统的距离。
第二方面，本申请提供了一种激光测距方法，该方法应用于包括激光器的激光测距系统，激光器产生的激光信号被分割成参考光信号和探测光信号，其中，探测光信号用于照射被测物体，使被测物体反射相应的回波光信号；该方法包括：判断参考电信号的幅值是否大于阈值，参考电信号是由参考光信号光电转换得到的；当参考电信号的幅值大于阈值时，延迟第一时长，开始对参考电信号和回波电信号进行采样，回波电信号由回波光信号光电转换得到的；以及，继续延迟第二时长，停止对参考电信号进行采样；以及，继续延迟第三时长，停止对回波电信号进行采样；根据采样数据生成测距结果。
根据上述激光测距方法，激光测距系统能够在参考电信号的幅值大于阈值时，精确控制对采样参考电信号和回波电信号的采样时机和采样时长，从而准确获得参考电信号和回波电信号对应激光器脉冲信号的有效部分，并且在其他时刻使采样所需的相关器件保持关闭状态，节省能耗。因此，本申请提供的方法能够在减小激光测距系统求解所需数据计算量的同时，降低激光测距系统的能耗。
在一种实现方式中，该方法还包括：当参考电信号的幅值大于阈值时，延迟第一时长，开始将回波光信号转换成回波电信号；以及，继续延迟第二时长与第三时长之和，停止将回波光信号转换成回波电信号。由此，激光测距系统对参考光信号转换参考电信号的过程与对参考电信号进行采样的过程是同步进行的，使得转换得到的回波电信号被完全利用，提高了激光测距系统的工作效能，并且激光测距系统对参考光信号转换参考电信号的时长也被进一步缩短，有利于降低功耗。
在一种实现方式中，第一时长等于激光器的外腔长度除以光速所得结果的正偶数倍。
在一种实现方式中，第二时长等于预设的参考电信号的采样时长。
在一种实现方式中，第三时长等于预设的最大测量距离除以光速所得结果的两倍。
在一种实现方式中，采样数据包括对参考电信号采样得到的第一采样数据，以及，对回波电信号采样得到的第二采样数据。
在一种实现方式中，根据采样数据生成测距结果，包括：获取第一采样数据和第二采样数据的互相关曲线，根据互相关曲线的峰值位置计算被测物体与激光测距系统的距离。
附图说明
图1示出了激光雷达的基本结构；
图2是脉冲激光信号的飞行时间示意图；
图3是激光雷达的处理模块接收的脉冲序列的示意图；
图4是一种使用混沌激光的激光雷达的结构示意图；
图5是本申请实施例提供的一种激光测距系统的结构示意图；
图6是示例性提供的脉冲式混沌激光器一次脉冲激光信号的波形示意图；
图7是示例性提供的参考电信号的波形示意图；
图8是示例性提供的回波电信号与参考电信号的时间延迟关系示意图；
图9是参考电信号和回波电信号的互相关曲线的示意图；
图10是本申请实施例提供的激光测距系统对电信号的采样示意图；
图11是本申请实施例提供的激光系统的部分部件的使能时序图；
图12是本申请实施例提供的另一种激光测距系统的结构示意图；
图13是本申请实施例提供的激光系统的部分部件的使能时序图；
图14是本申请实施例提供的另一种激光测距系统的结构示意图；
图15是本申请实施例提供的激光测距系统对电信号的采样示意图；
图16是本申请实施例提供的激光系统的部分部件的使能时序图；
图17是本申请实施例提供的另一种激光测距系统的结构示意图；
图18是本申请实施例提供的面阵探测器440的结构示意图；
图19是本申请实施例提供的另一种激光测距系统的结构示意图；
图20是本申请实施例提供的激光系统的部分部件的使能时序图；
图21是本申请实施例提供的一种激光测距方法的流程图；
图22是本申请实施例提供的另一种激光测距方法的流程图。
具体实施方式
以下，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实施例的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
下面首先结合附图对本申请实施例的应用场景进行说明。
激光雷达是一种主动式的激光测距传感器，可以应用于自动驾驶、各类机器人(如：工业机器人、服务机器人等)、无人机等领域，是上述领域不可或缺的关键部分。一个基本的激光雷达110的结构如图1所示，包括：激光器111、发射光学模组112、接收光学模组113、探测器114和信号处理模块115。图1所示的激光雷达110的工作原理为：激光器111产生固定周期的激光脉冲信号，通过发射光学模组112照射到被测物体120，探测器114通过接收光学模组113接收从被测物体120反射回的激光脉冲信号，信号处理模块115根据激光器111发射激光脉冲信号和探测器114接收激光脉冲信号的时间间隔确定激光脉冲信号的飞行时间T(如图2所示)，其中，激光脉冲信号的飞行时间T是激光脉冲信号在激光雷达110和被测物体120之间往返飞行的时间，并且激光脉冲信号的飞行速度为光速c，因此，可以求解出激光雷达110与被测物体120之间的距离S为：
Figure BDA0002396977480000041
图1所示的激光雷达110虽然能够对被测物体120进行激光测距，但是由于探测器114只对被测物体120反射的激光脉冲信号进行强度检测，并且激光器111发出的激光脉冲信号携带的信息量非常少。如图1所示，当外界环境中存在其他的光脉冲干扰116的时候，探测器114不仅会接收到来自自身激光雷达发射的激光脉冲信号，还会接收到光脉冲干扰信号。因此，在图3所示的处理模块115接收的脉冲序列中会存在多个峰值，使得处理模块无法从接收到的激光脉冲信号中区分自身激光雷达发射的激光脉冲信号和光脉冲干扰信号，进而误将光脉冲干扰信号当作自身激光雷达发射的激光脉冲信号，计算出错误的飞行时间T’。其中，在自动驾驶等领域，上述光脉冲干扰可能来自其他的激光雷达(例如激光测距仪130)或者来自其他车辆140反射的其他激光雷达的脉冲信号。在自动驾驶领域的实际应用场景中，错误的测量结果会导致自动驾驶系统做出错误的判断，发出错误的制动指令，导致事故发生，因此，如果要把激光雷达应用于自动驾驶等应用场景中，必须使激光雷达具备抗干扰的能力。
一些抗干扰的激光雷达方案中使用了混沌激光作为光源。混沌激光是激光器输出不稳定性的一种特殊形式，具有宽频谱类噪声的特性,其物理熵(熵：体系的状态函数，值越大，体系越混乱)源具有宽带、不可预测、类随机等特征。图4是一种使用混沌激光的激光雷达的结构示意图。在图4所示的结构中，半导体激光器元件201(laser diode，LD)、偏振控制器202、光纤耦合器203和外光反馈元件204共同组成了混沌激光发生部件，用于产生连续混沌激光信号。连续混沌激光信号经过光纤耦合器205被分成探测光信号和参考光信号；一方面，探测光信号经由光放大器206和准直发射镜207照射到被测物体208上，被测物体208对探测光信号的反射信号由反射式望远镜209和光放大器210接收并传输到探测器211，探测器211用于将探测光信号的反射信号转换成探测电信号并发送给互相关仪212；另一方面，参考光信号被输入到探测器213，探测器213用于将参考光信号转换成参考电信号并发送给互相关仪212；互相关仪212用于对探测电信号和参考电信号进行互相关计算，确定探测光信号的飞行时间，以求解出被测物体208的距离。
图4所示的激光雷达方案使用连续混沌激光作为光源，可以利用混沌激光的随机性实现抗干扰的目的，然而，在满足人眼安全的前提下，连续混沌激光的发射峰值功率受到限制，使得激光雷达的测量距离较短，难以应用在自动驾驶等应用场景中。并且，激光雷达的探测器211、213和互相关仪212需要全程开启，以对参考光信号和被测物体208反射的回波光信号进行实时的接收和处理，因此，探测器211、213和互相关仪212会连续不断地产生大量的数据，使得求解过程中的运算量巨大，导致激光雷达的系统功耗很高。
由此可见，目前的一些激光雷达方案都没有解决求解过程中的运算量仍然巨大，导致激光雷达功耗较高的问题。
本申请提供了一种激光测距系统及激光测距方法，以解决上述技术方案中存在的技术问题。在对本申请的各个实施例进行具体阐述之前，首先对本申请实施例可能涉及到的技术术语或者名词概念进行解释说明：
微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)：一种尺寸在微米量级的系统，里面包含相应的电子电路和机械结构。一般由半导体加工技术将经过特殊设计的微小(微米)结构、器件加工成小型化、易于集成的实物。微机电系统常用于各种小型化的传感器。
模数转换器(analog to digital convertor，ADC)：一种电子元件，可实现将输入模拟电信号转换为数字信号输出的功能，输出的数字信号用于数字信号处理。
探测器(photon detector，PD)：也称光电探测器，能够利用材料的光电效应，将输入光信号转换为电信号输出。
探测器阵列(photon detector array，PD array)：也称光电探测器阵列，包括多个像素，每个像素即为一个光电探测器，每个像素独立将接收到的光信号转换为电信号。光电探测器阵列的像素可以有多种排列形态，例如至少一行像素和/或至少一列像素构成包括：1×L，H×L，H×1等矩形阵列(行×列)。
读出电路(read out integrated circuit，ROIC)：可以与光电探测器阵列相连接，用于将光电探测器阵列转换的电信号按照特定的方式读取出来，供后续处理。读出电路可以有多种工作方式，包括逐个像素串行读出、按列串行读出、按行串行读出，逐个像素并行读出、按列并行读出、按行并行读出等。
图5是本申请实施例提供的一种激光测距系统的结构示意图。该激光测距系统可以应用于自动驾驶、各类机器人(如：工业机器人、服务机器人等)、无人机等领域。如图5所示，该激光测距系统包括激光器310、分束器320、第一探测器330、比较器340、光束扫描机构350、光学发射模组360、光学接收模组370、第二探测器380、控制模块390、模数转换器模块410和信号处理模块420。
本申请实施例中的激光器310，例如可以包括混沌激光器，用于产生混沌激光信号。本申请实施例优选使用外反馈腔较短的短外腔脉冲式混沌激光器。
图6是示例性提供的脉冲式混沌激光器一次脉冲激光信号的波形示意图。图6中的水平轴为时间轴，时间单位例如可以是毫秒(ms)、秒(s)等，垂直轴表示光强，光强单位例如可以是坎德拉(candela，cd)等。其中，t0时刻为脉冲信号的开始时刻，t4时刻为脉冲信号的结束时刻。从t0时刻开始，激光信号需要先经历一段时间至t5，才能从过渡状态才能进入到混沌状态。激光信号在混沌状态下的波形可以称为激光信号的混沌序列。激光信号从过渡状态进入到混沌状态所持续的时间长短与脉冲式混沌激光器的外反馈腔的长度有关。外反馈腔的长度越长，激光信号从过渡状态进入到混沌状态所持续的时间越长，外反馈腔的长度越短，激光信号从过渡状态进入到混沌状态所持续的时间越短。由此可见，当本申请实施例采用短外腔脉冲式混沌激光器时，能够缩短激光信号从过渡状态进入到混沌状态的时间，增加混沌序列的长度，提升激光测距系统的抗干扰能力。并且，短外腔可以减小激光信号在外腔中往返产生的外腔延时，降低由外腔延时导致的测距误差。
本申请实施例中的分束器320，用于将激光器310输出的激光信号分成两部分；一部分作为探测光信号，用于照射被测物体；另一部分作为参考光信号，发送给第一探测器330。其中，“将激光器310产生的激光信号分成两部分”可以理解成将激光信号的光束向两个方向传播，其中一个方向传播的激光信号作为探测光信号，另一个方向传播的激光信号作为参考光信号。因此，探测光信号和参考光信号是波形相同的混沌激光信号。
本申请实施例中的光束扫描机构350，用于对探测光信号进行光束偏转扫描，以改变探测光信号的光束空间指向角度，将探测光信号发送到光学发射模组360。光束扫描机构350包括但不限于微机电系统(micro-electro-mechanical system，MEMS)微镜。MEMS微镜是指采用光学MEMS技术制造的，把微光反射镜与MEMS驱动器集成在一起的光学MEMS器件。MEMS微镜可以通过静电驱动、电磁驱动、电热驱动或者压电驱动等方式实现微镜面的偏转，从而改变激光(例如本申请实施例中的探测光信号)的光束空间指向角度。
本申请实施例中的光学发射模组360，用于将探测光信号照射到被测物体上。光学发射模组360例如可以包括光放大器和准直发射镜。其中，光放大器用于对探测光信号进行功率放大，将放大后的探测光信号输入到准直发射镜，使探测光信号能够有足够的信号强度照射到远处的被测物体，并反射出能够被检测到的足够强度的回波光信号。光放大器例如可以包括光纤放大器和半导体光放大器，光纤放大器具体可以包括掺铒(Er)光纤放大器、掺镨(Pr)光纤放大器或者拉曼放大器等。准直发射镜用于对放大后的探测光信号的光束进行整型处理，使探测光信号的在远距离范围内具备良好的传输效果，并且损耗较低，失真更小。
本申请实施例中的第一探测器330，例如可以是探测器(photon detector，PD)，用于接收来自分束器320的参考光信号，利用材料的光电效应将参考光信号转换成便于量化数据处理的参考电信号，并且将参考电信号分别发送给比较器340和模数转换器模块410。
图7是示例性提供的参考电信号的波形示意图。图7中的水平轴为时间轴，时间单位例如可以是毫秒(ms)、秒(s)等，垂直轴为参考电信号的幅度。参考电信号的幅度的计量单位例如可以是电压单位也可以是电流单位，具体可以根据第一探测器330的光电转换类型确定。如果第一探测器330用于将光信号转换成电压信号，那么参考电信号的幅度的计量单位可以是电压单位。如果第一探测器330用于将光信号转换成电流信号，那么参考电信号的幅度的计量单位可以是电流单位。图7中，由脉冲式混沌激光器一次脉冲的激光信号转换得到的参考电信号波形，属于参考电信号的有效部分，如t0时刻-t4时刻所示。图7中，参考电信号在t0时刻-t4时刻以外的时间内也具有幅度很小的波形，这些“幅度很小的波形”是由外界光电干扰产生的波形，属于参考电信号的噪声部分。其中，“外界光电干扰”例如可以包括第一探测器330受到的环境光干扰和第一探测器330受到的电气元件之间的电信号干扰等。
本申请实施例中的光学接收模组370，用于接收被测物体反射的回波光信号，将回波光信号发送到第二探测器380。光学接收模组370例如可以包括准直发射镜和放大器。其中，准直发射镜用于接收回波光信号，并且对回波光信号进行整型处理。由于回波光信号经过了一定距离的传输，并且探测光信号在被测物体表面反射形成回波光信号的过程中，被测物体可能会吸收一部分光强，使回波光信号的强度减弱，因此，还需要通过光放大器对准直发射镜处理后的回波光信号进行功率放大，然后再输入给第二探测器380。光放大器例如可以包括光纤放大器和半导体光放大器，光纤放大器具体可以包括掺铒(Er)光纤放大器、掺镨(Pr)光纤放大器或者拉曼放大器等。
本申请实施例中的第二探测器380，用于接收来自光学接收模组370的回波光信号，利用材料的光电效应将回波光信号转换成便于量化数据处理的回波电信号，并且将回波电信号发送给模数转换器模块410。
图8是示例性提供的回波电信号与参考电信号的时间延迟关系示意图。图8中的水平轴为时间轴，时间单位例如可以是毫秒(ms)、秒(s)等，垂直轴为参考电信号和回波电信号的幅度。与参考电信号类似，回波电信号的幅度的计量单位例如可以是电压单位也可以是电流单位，具体可以根据第二探测器380的光电转换类型确定。如果第二探测器380用于将光信号转换成电压信号，那么回波电信号的幅度的计量单位可以是电压单位。如果第二探测器380用于将光信号转换成电流信号，那么回波电信号的幅度的计量单位可以是电流单位。可以理解的是，为便于比较，参考电信号和回波电信号的计量单位可以相同。
图8中，由脉冲式混沌激光器一次脉冲对应的回波光信号转换得到的回波电信号波形，属于回波电信号的有效部分，如t6时刻-t7时刻所示。图8中，回波电信号在t6时刻-t7时刻以外的时间内也具有幅度很小的波形，这些“幅度很小的波形”是由于外界光电干扰产生的波形，属于回波电信号的噪声部分。其中，“外界光电干扰”例如可以包括夹杂在回波电信号中的环境光干扰和第二探测器380受到的电气元件之间的电信号干扰等。
在某些情况下，回波电信号的噪声部分可能会出现如图8中的t8时刻的波峰，该波峰明显高于噪声部分在其他时刻的幅值，甚至超过回波电信号的有效部分的幅值。可以理解的是，该波峰示意性的表示激光测距系统受到外界主动干扰而产生的干扰脉冲。例如：如果图1中的激光测距仪130发射的光脉冲被激光雷达110接收，那么110激光雷达接收到的回波光信号中就会存在激光测距仪130发射的该光脉冲的波峰，含有该波峰的回波光信号经过光电转换所得到的回波电信号中也存在该波峰。因此，该波峰并不属于回波电信号的有效部分的波峰。
通过比较图8中的参考电信号的波形和回波电信号的波形可知，对应脉冲式混沌激光器一次脉冲产生的探测光信号，回波电信号的有效部分与参考电信号的有效部分相比，存在一个延时Tt。延时Tt是探测光信号和回波光信号在激光测距系统和被测物体之间往返所消耗的时间。因此，激光测距系统和被测物体之间的距离D和延时Tt满足以下关系：
Figure BDA0002396977480000071
其中，c为光速
在一种实现方式中，可以通过对参考电信号和回波电信号计算互相关的方式获得延时Tt，从而计算出距离D。在信号处理领域，互相关(有时也称为“互协方差”)是用来表示两个信号之间相似性的一个度量，它是两个信号之间相对于时间的一个函数，有时也称为“滑动点积”。本申请实施例中，“对参考电信号和回波电信号计算互相关”，例如可以是将参考电信号和回波电信号沿时间轴相对滑动，计算不同滑动距离下(即不同延时)的参考电信号的波形和回波电信号的互相关值。在某个滑动距离下，参考电信号的波形和回波电信号的波形的互先关值会出现一个峰值，该峰值对应的滑动距离即为时间Tt。
图9是参考电信号和回波电信号的互相关曲线的示意图。图9中的水平轴为时间轴，表示参考电信号和回波电信号沿时间轴相对延时，垂直轴为参考电信号和回波电信号的互相关值。从图9中可以看出，参考电信号和回波电信号的互相关值存在峰值，该峰值在水平轴对应的坐标值即为Tt。
可以理解的是，为了获取对参考电信号和回波电信号计算互相关的数据，可能会涉及对参考电信号和回波电信号进行采样，以及模数转换等流程，这些流程将在下文中进行进一步地阐述说明。
本申请实施例中的比较器340，用于将参考电信号的幅值与预设的阈值比较，如果参考电信号的幅值大于预设的阈值，则比较器340向控制模块390发送触发信号，该触发信号用于指示控制模块390进入使能状态。本申请实施例中，阈值th用于区分参考电信号中的噪声部分和有效部分，当参考信号低于阈值时，比较器340确定第一探测器330当前输出的是参考电信号中的噪声部分，当参考信号的幅值从低于阈值变为高于阈值时，比较器340确定第一探测器330当前输出的是参考电信号中的有效部分。
根据图7所示，参考电信号中的噪声部分的波形幅值很低，噪声部分的最大幅值也通常不会高于有效部分的最小幅值。据此，可以事先采样一些包含噪声部分和有效部分的参考电信号样本，对参考电信号的噪声水平进行评估，确定噪声部分的最大幅值，并设置阈值th大于噪声的最大幅值，并且小于有效部分的最小幅值。
本申请实施例中的控制模块390，用于从接收到触发信号的时刻开始，延迟第一时长，向模数转换器模块410发送使能信号；以及，继续延迟第二时长，向模数转换器模块410发送第一结束信号；以及，继续延迟第三时长，向模数转换器模块410发送第二结束信号。
具体实现中，控制模块390可以包括计时器。图10是本申请实施例提供的激光测距系统对电信号的采样示意图。如图10所示，当控制模块390在t0时刻接收到来自比较器340的触发信号时，计时器开始计时。当计时器计时到t1时刻时，控制模块390向模数转换器模块410发送使能信号，其中，t1时刻与t0时刻的时间之差即为第一时长；当计时器计时到t2时刻时，控制模块390向模数转换器模块410发送第一结束信号，其中，t2时刻与t1时刻的时间之差即为第二时长；当计时器计时到t3时刻时，控制模块390向模数转换器模块410发送第二结束信号，其中，t3时刻与t2时刻的时间之差即为第一时长。
本申请实施例中的模数转换器模块410例如可以是双通道模数转换器，该双通道模数转换器包括两路模数转换通道，例如第一模数转换通道(Ch1通道)和第一模数转换通道(Ch2通道)，每一路模数转换通道能够独立地将一路电信号(模拟信号)转换成数字信号。
当模数转换器模块410采用双通道模数转换器来实现时，Ch1通道用于耦合至第一探测器330，以接收来自第一探测器330的参考电信号，Ch2通道用于耦合至第二探测器380，以接收来自第一探测器330的回波电信号。
当模数转换器模块410采用双通道模数转换器来实现时，控制模块390用于与双通道模数转换器的Ch1通道和Ch2通道耦合，当计时器计时到t1时刻时，控制模块390向双通道模数转换器的Ch1通道和Ch2通道发送使能信号；当计时器计时到t2时刻时，控制模块390向双通道模数转换器的Ch1通道发送第一结束信号；当计时器计时到t3时刻时，控制模块390向双通道模数转换器的Ch2通道发送使能信号。
在双通道模数转换器中，Ch1通道响应于t1时刻的使能信号，开始对接收到的参考电信号进行采样，然后，Ch1通道响应于t2时刻的第一结束信号，停止对接收到的参考电信号进行采样，从而Ch1通道能够得到参考电信号在[t1，t2]时间段内的第一采样数据，即图10中的参考电信号阴影部分的采样数据。并且，Ch2通道响应于t1时刻的使能信号，开始对接收到的回波电信号进行采样，然后，Ch2通道响应于t3时刻的第二结束信号，停止对接收到的回波电信号进行采样，从而Ch2通道能够得到回波电信号在[t1，t3]时间段内的第二采样数据，即图10中的回波电信号阴影部分的采样数据。由此可见，在双通道模数转换器一个采样周期内，Ch1通道对参考电信号的采样时间要短于Ch2通道对回波电信号的采样时间。另外，Ch1通道和Ch2通道可以优选使用相同的采样频率，使得Ch1通道和Ch2通道在相同的单位时间内采样得到的数据量是相同的，进而使第一采样数据和第二采样数据处于同一数量级，便于计算互相关。
下面对Ch1通道和Ch2通道的采样数据进行示例性地说明。
Ch1通道在[t1，t2]时间段内对参考电信号进行了N次采样，每次采样得到一个幅值a，则相应的第一采样数据D1＝[a1,a2,a3,…,aN]，数据长度为N。
Ch1通道在[t1，t3]时间段内对参考电信号进行了M次采样，每次采样得到一个幅值b，则相应的第二采样数据D2＝[b1,b2,b3,…,bM]，数据长度为M。
容易理解的是，当Ch1通道和Ch2通道可以优选使用相同的采样频率，第一采样数据D1的数据长度N小于第二采样数据D2的数据长度M，即N＜M。
下面结合图10，对第一时长、第二时长和第三时长的确定方式，以及t1时刻、t2时刻和t3时刻的确定方式进行具体说明。
对于第一时长和t1时刻的确定：根据脉冲式混沌激光器的特点，当激光器元件开始产生激光脉冲时，脉冲式混沌激光器输出的激光信号并不是混沌状态的，激光器元件产生的激光脉冲需要在脉冲式混沌激光器的外反馈腔内完成多次震荡之后，才能够向外输出混沌状态的激光信号。因此，脉冲式混沌激光器每次输出的激光信号在起始的一段时长T0内，为非混沌状态，也可以成为过渡状态。时长T0的值与脉冲式混沌激光器的外反馈腔的长度L有关，具体满足以下关系：
Figure BDA0002396977480000091
其中：
n为正整数，表示脉冲激光达到混沌状态需要在外反馈腔内的震荡次数，n的取值由脉冲式混沌激光器自身特性决定，例如，n＝4或者n＝5等，又例如，当n＝4时，可以表示激光信号在外反馈腔内震荡4次以内能够达到混沌状态；
2×L为激光信号在外反馈腔内的震荡一次的距离；
c为光速，
Figure BDA0002396977480000092
为激光信号在外反馈腔内的震荡一次的时间。
由此，为了使模数转换器模块410的Ch1通道从t1时刻开始能够采样到混沌状态的激光信号对应的参考电信号，第一时长可以大于或者等于T0。
本申请实施例优选第一时长等于T0，即确定t1时刻为：
Figure BDA0002396977480000093
另外，如果对上述公式①进行变换，可得到公式③：
Figure BDA0002396977480000094
因此，当第一时长等于T0时，可以描述成第一时长等于激光器的外腔长度L除以光速c所得结果的正偶数倍。
对于第二时长和t2时刻的确定：本申请实施例中可以预设模数转换器模块410的Ch1通道对参考电信号的采样时长T1，并将采样时长T1作为第二时长，由此可以确定t2时刻为：
t2＝t1+T1 ④
本申请实施例中，优选时长T0与时长T1之和小于脉冲式混沌激光器一次脉冲产生的激光信号的时长，这样，模数转换器模块410的Ch1通道就能够在参考电信号的有效部分结束之前就停止采样，使得第一采样数据D1只包含参考电信号的有效部分，不包含噪声部分。
对于第三时长和t3时刻的确定：激光测距系统从发射探测光信号到接收对应的回波光信号的时间差△t与激光测距系统和被测物体之间的距离R有关，其中，R∈[0，Rmax]，Rmax表示激光测距系统的最大测量距离，距离R越大，时间差△t越大，距离R越小，时间差△t越小。当激光测距系统和被测物体之间的距离R＝Rmax时，△t具有最大值△tmax(其中，c为光速)：
Figure BDA0002396977480000101
根据公式⑤可以理解的是，对于模数转换器模块410的Ch1通道在t1时刻采样得到的参考电信号，模数转换器模块410的Ch2通道最迟能够在延迟一个△tmax时长之后采样得到对应的回波电信号。因此，只要第三时长大于或者等于△tmax，模数转换器模块410的Ch2通道一定能够采样得到参考电信号对应的回波电信号，从而可以为后续的互相关计算提供可用的数据。
当第三时长等于△tmax时，根据公式⑤，第三时长可以被描述为激光测距系统预设的最大测量距离Rmax除以光速c所得结果的两倍，此时，可以确定t3时刻为：
Figure BDA0002396977480000102
本申请实施例中的信号处理模块420，用于对第一采样数据和第二采样数据计算互相关，以获取第一采样数据和第二采样数据的互相关曲线，并且根据互相关曲线的峰值位置计算被测物体与激光测距系统的距离。
下面以第一采样数据D1＝[a1,a2,a3,…,aN]和第二采样数据D2＝[b1,b2,b3,…,bM]作为示例，对信号处理模块420获取第一采样数据和第二采样数据的互相关曲线，以及计算被测物体与激光测距系统的距离的具体流程进行示例性地说明。
首先，对第二采样数据D2＝[b1,b2,b3,…,bM]进行重构，得到M-N+1行、N列的矩阵X：
Figure BDA0002396977480000103
然后，对第一采样数据D1和第二采样数据D2的互相关f(f＝X×D1-1)，得到如图9所示的互相关曲线。最后，对互相关曲线进行全波形处理，确定互相关曲线中的峰值位置，根据该峰值在水平轴对应的坐标值Tt，即可确定激光测距系统和被测物体之间的距离D。
图11是本申请实施例提供的激光系统的部分部件的使能时序图。如图11所示，本申请实施例中，模数转换器模块410的Ch1通道仅在t1-t2时段内为使能状态，在t1之前的时段和t2之后的时段均为关闭状态，以节省能耗。模数转换器模块410的Ch2通道仅在t1-t3时段内为使能状态，在t1之前的时段和t3之后的时段均为关闭状态，以节省能耗。
本申请实施例提供的技术方案，控制模块根据触发信号精确控制数模转换器模块的使能和关闭；使得数模转换器模块能够准确获得参考电信号和回波电信号对应激光器脉冲信号的有效部分，降低数据量；并且还使得数模转换器模块在其他时刻保持关闭状态，节省能耗。综上所述，本申请实施例实现了在减小激光测距系统求解数据计算量的同时，降低激光测距系统的能耗。
图12是本申请实施例提供的另一种激光测距系统的结构示意图。如图12所示，该激光测距系统与图5所示结构的区别在于：模数转换器模块410可以包括两个独立的模数转换器，为了便于区分，本申请实施例中将这两个独立的模数转换器称为第一模数转换器411和第二模数转换器412。其中，第一模数转换器411用于对参考电信号进行信号采样，得到第一采样数据，并且将第一采样数据发送给信号处理模块420；第二模数转换器412用于对回波电信号进行信号采样，得到第二采样数据，并且将第二采样数据发送给信号处理模块420。
与第一模数转换器411和第二模数转换器412相适应地，第一探测器330与第一模数转换器411耦合，用于将参考电信号发送至第一模数转换器411，第二探测器380与第二模数转换器412耦合，用于将回波电信号发送至第二模数转换器412。
与第一模数转换器411和第二模数转换器412相适应地，控制模块390分别与第一模数转换器411和第二模数转换器412耦合。其中，当控制模块390接收到来自比较器340的触发信号时，控制模块390用于延迟第一时长，向第一模数转换器411和第二模数转换器412同时发送使能信号，使第一模数转换器411和第二模数转换器412同时对各自接收到的参考电信号或回波电信号进行采样。在此之后，控制模块390还用于继续延迟第二时长，向第一模数转换器411发送第一结束信号，使第一模数转换器411结束对参考电信号的采样，得到第一采样数据；在此之后，控制模块390还用于继续延迟第三时长，向第二模数转换器412发送第二结束信号，使第二模数转换器412结束对回波电信号的采样，得到第二采样数据。有关第一时长、第二时长和第三时长确定方式，请参照本申请的第一实施例，此处不再赘述。
本申请实施例中，第一模数转换器411和第二模数转换器412可以是相同的模数转换器也可以是不同的模数转换器。第一模数转换器411和第二模数转换器412可以优选使用相同的采样频率，使得第一模数转换器411和第二模数转换器412在相同的单位时间内采样得到的数据量是相同的，进而使第一采样数据和第二采样数据处于同一数量级，便于计算互相关。
图13是本申请实施例提供的激光系统的部分部件的使能时序图。如图13所示，本申请实施例中，第一模数转换器411仅在t1-t2时段内为使能状态，在t1之前的时段和t2之后的时段均为关闭状态，以节省能耗。第二模数转换器412仅在t1-t3时段内为使能状态，在t1之前的时段和t3之后的时段均为关闭状态，以节省能耗。
本申请实施例提供的技术方案，采用两个独立的模数转换器分别处理参考电信号和回波电信号，因此控制模块可以单独地控制每个模数转换器的工作状态，使得数模转换器能够准确获得参考电信号和回波电信号对应激光器脉冲信号的有效部分，降低数据量。并且在不需要模数转换器执行数据采样任务时，可以将模数转换器关闭，以节省能耗。综上所述，本申请实施例的技术方案，实现了在减小激光测距系统求解数据计算量的同时，降低激光测距系统的能耗。
图14是本申请实施例提供的另一种激光测距系统的结构示意图。如图14所示，该激光测距系统与图5或者图12所示结构的区别在于：控制模块390还与第二探测器380耦合。
基于实施例三所示的结构，控制模块390还用于将使能信号发送给第二探测器380，使第二探测器380在接收到使能信号时开始对接收到的回波光信号进行光电转换，并将转换得到的回波电信号发送给模数转换器模块410；控制模块390还用于将将第二结束信号发送给第二探测器380，使第二探测器380在接收到第二结束信号时停止对接收到的回波光信号转换成回波电信号，并停止向模数转换器模块410发送回波电信号。可以看出，实施例三与实施例一和实施例二相比，第二探测器380的工作时间被缩短，有利于降低功耗。
图15是本申请实施例提供的激光测距系统对电信号的采样示意图。示例地，如图5所示，控制模块390在t1时刻发送使能信号，在t3时刻发送第二结束信号。从而，当第二探测器380在t1时刻开始生成回波电信号时，模数转换器模块410同时开始对回波电信号进行信号采样；并且，当模数转换器模块410在t3时刻停止对回波电信号进行信号采样时，第二探测器380也同时停止生成回波电信号。因此第二探测器380生成的所有的回波电信号都能够被模数转换器模块410采样，使得回波电信号被完全利用，提高了激光测距系统的工作效能。
图16是本申请实施例提供的激光系统的部分部件的使能时序图。如图16所示，本申请实施例中，模数转换器模块410的Ch1通道仅在t1-t2时段内为使能状态，在t1之前的时段和t2之后的时段均为关闭状态，以节省能耗。模数转换器模块410的Ch2通道仅在t1-t3时段内为使能状态，在t1之前的时段和t3之后的时段均为关闭状态，以节省能耗。第二探测器380也仅在t1-t3时段内为使能状态，在t1之前的时段和t3之后的时段均为关闭状态，以节省能耗。
图17是本申请实施例提供的另一种激光测距系统的结构示意图。该激光测距系统与图12所示结构的区别在于：将光学扫描机构替换为光学扩束模组430，而第二探测器380则采用面阵探测器440。
本申请实施例中的光学扩束模组430，用于扩大探测光信号的光束直径，将光束直径扩大之后的探测光信号发送到光学发射模组360。探测光信号经由光学发射模组360放大后，被照射到被测物体上。由于探测光信号被光学扩束模组430进行了光束扩大，使得探测光信号是以面光束的形式照射到被测物体上，因此，被测物体反射的回波光信号也是面光束。
本申请实施例中的面阵探测器440，也可称为探测器阵列。图18是本申请实施例提供的面阵探测器440的结构示意图。如图18所示，面阵探测器440包括多个像素单元441(或感光单元)，每个所述像素单元441都相当于一个独立的探测器，能够独立地对其接收到的回波光信号转换成回波电信号。面阵探测器440的多个像素单元441可以呈矩形、圆形或者其他方式排列。当回波光信号被发送到面阵探测器440时，回波光信号的面光束的不同区域被不同的像素单元441接收，各个像素单元441对其接收到的回波光信号进行光电转换，产生对应的回波电信号。面阵探测器440还包括与各个像素单元441连接的读出电路442，读出电路442用于将各个像素单元441转换得到的回波电信号按照一定的顺序读出，并输出到第二模数转换器。其中，读出电路442对回波电信号的输出方式可以包括：逐个像素串行读出、按列串行读出、按行串行读出，逐个像素并行读出、按列并行读出、按行并行读出等，本申请实施例对此不做具体限定。
本申请实施例中的第二模数转换器可以是单个多通道的模数转换器，也可以包括多个单通道的模数转换器，还可以包括多个多通道的模数转换器。其中，第二模数转换器中的每个通道接收一个或者多个像素单元441的参考电信号，并分别对每个像素单元441的参考电信号进行信号采样，因此每个像素单元441在采样时间内都能够采样得到一组长度为N的第二采样数据D2。其中，面阵探测器440的第i行、第j列的像素单元441对应的第二采样数据D2(i，j)＝[b1 (i,j),b2 (i,j),b3 (i,j),…,bM (i,j)]，其中，i和j均为正整数，i∈[1，H]，j∈[1，L]。
本申请实施例中的信号处理模块420，用于接收第二模数转换器发送的各个像素单元441对应的第二采样数据D2，并且分别将各个像素单元441对应的第二采样数据D2与来自第一模数转换器的第一采样数据D1计算互相关，得到每个像素单元441对应的第二采样数据D2与第一采样数据D1的互相关曲线，以及各个互相关曲线的峰值。
由此，探测光信号以面光束的形式照射到被测物体上，使被测物体反射的回波电信号也为面光束，面阵探测器的不同像素单元接收回波光信号的面光束的不同区域，最终使得信号处理模块能够计算得到激光测距系统与被测物体上多个点的距离，可以用于进一步确定物体的形状。
图19是本申请实施例提供的另一种激光测距系统的结构示意图。该激光测距系统与图17所示结构的区别之处在于：控制模块390还与面阵探测器440耦合。
其中，控制模块390还用于将使能信号发送给面阵探测器440，使面阵探测器440在接收到使能信号时开始对接收到的回波光信号进行光电转换，并将转换得到的回波电信号发送给第二模数转换器412；控制模块390还用于将将第二结束信号发送给面阵探测器440，从而当第二模数转换器412停止对回波电信号进行信号采样时，面阵探测器440也同时停止生成回波电信号，因此面阵探测器440生成的所有的回波电信号都能够被第二模数转换器412采样，使得回波电信号被完全利用，提高了激光测距系统的工作效能。
图20是本申请实施例提供的激光系统的部分部件的使能时序图。如图20所示，本申请实施例中，第一模数转换器411仅在t1-t2时段内为使能状态，在t1之前的时段和t2之后的时段均为关闭状态，以节省能耗。第二模数转换器412仅在t1-t3时段内为使能状态，在t1之前的时段和t3之后的时段均为关闭状态，以节省能耗。面阵探测器440也仅在t1-t3时段内为使能状态，在t1之前的时段和t3之后的时段均为关闭状态，以节省能耗。
本申请实施例还提供了一种激光测距方法，该方法可以应用于本申请实施例提供的任一激光测距系统中。该方法如图21所示包括：
步骤S101，判断参考电信号的幅值是否大于阈值。
具体实现中，阈值th用于区分参考电信号中的噪声部分和有效部分。当参考信号低于阈值时，比较器确定第一探测器当前输出的是参考电信号中的噪声部分。当参考信号的幅值从低于阈值变为高于阈值时，比较器确定第一探测器当前输出的是参考电信号中的有效部分。根据图7所示，参考电信号中的噪声部分的波形幅值很低，噪声部分的最大幅值也通常不会高于有效部分的最小幅值。因此，在确定阈值th的取值时，可以事先采样一些包含噪声部分和有效部分的参考电信号样本，对参考电信号的噪声水平进行评估，确定噪声部分的最大幅值，并将阈值th的取值设置为大于噪声的最大幅值并且小于有效部分的最小幅值。
步骤S102，当所述参考电信号的幅值大于阈值时，延迟第一时长，开始对所述参考电信号和回波电信号进行采样。
具体实现中，当参考电信号的幅值大于预设的阈值时，比较器向控制模块发送触发信号，该触发信号用于指示控制模块进入使能状态。控制模块从接收到触发信号的时刻开始，延迟第一时长，向模数转换器模块发送使能信号。模数转换器模块响应于使能信号，开始对参考电信号和回波电信号进行采样。
本申请实施例中的模数转换器模块可以是双通道模数转换器，该双通道模数转换器包括两路模数转换通道，例如第一模数转换通道(Ch1通道)和第一模数转换通道(Ch2通道)Ch1通道，每一路模数转换通道能够独立地将一路电信号(模拟信号)转换成数字信号。控制模块与双通道模数转换器的Ch1通道和Ch2通道耦合。控制模块将使能信号发送给双通道模数转换器的Ch1通道和Ch2通道，Ch1通道响应于使能信号，开始对接收到的参考电信号进行采样，Ch2通道响应于使能信号，开始对接收到的回波电信号进行采样。
本申请实施例中的模数转换器模块可以包括两个独立的模数转换器，为了便于区分，例如第一模数转换器和第二模数转换器。控制模块分别与第一模数转换器和第二模数转换器耦合。控制模块将使能信号分别发送给第一模数转换器和第二模数转换器，第一模数转换器响应于使能信号，开始对接收到的参考电信号进行采样，第二模数转换器响应于使能信号，开始对接收到的回波电信号进行采样。
步骤S103，继续延迟第二时长，停止对所述参考电信号进行采样。
当模数转换器模块采用双通道模数转换器来实现时，控制模块在发送使能信号之后，继续延迟第二时长，向双通道模数转换器的Ch1通道发送第一结束信号。Ch1通道响应于第一结束信号，停止对所述参考电信号进行采样。
当模数转换器模块采用两个独立的模数转换器来实现时，控制模块在发送使能信号之后，继续延迟第二时长，向第一模数转换器发送第一结束信号。第一模数转换器响应于第一结束信号，停止对所述参考电信号进行采样。
步骤S104，继续延迟第三时长，停止对所述回波电信号进行采样。
当模数转换器模块采用双通道模数转换器来实现时，控制模块在发送第一结束信号之后，继续延迟第三时长，向双通道模数转换器的Ch2通道发送第二结束信号。Ch2通道响应于第二结束信号，停止对所述回波电信号进行采样。
当模数转换器模块采用两个独立的模数转换器来实现时，控制模块在发送第一结束信号之后，继续延迟第三时长，向第二模数转换器发送第二结束信号。第二模数转换器响应于第二结束信号，停止对所述回波电信号进行采样。
其中，第一时长可以等于所述激光器的外腔长度除以光速所得结果的正偶数倍；第二时长可以等于预设的所述参考电信号的采样时长；第三时长可以等于预设的最大测量距离除以光速所得结果的两倍。关于第一时长、第二时长和第三时长的具体确定方式请参见本申请实施例的图10及其描述内容，此处不再赘述。
步骤S105，根据采样数据生成测距结果。
本申请实施例中，采样数据可以包括对所述参考电信号采样得到的第一采样数据，以及，对所述回波电信号采样得到的第二采样数据。信号处理模块可以对第一采样数据和第二采样数据计算互相关，以获取第一采样数据和第二采样数据的互相关曲线，并且根据互相关曲线的峰值位置计算被测物体与激光测距系统的距离。关于第一采样数据和第二采样数据的数据形式，以信号处理模块根据第一采样数据和第二采样数据计算被测物体与激光测距系统的距离的具体实现方式可以参见本申请的在先实施例，此处不再赘述。
本申请实施例提供的技术方案，控制模块根据触发信号精确控制数模转换器模块的使能和关闭；使得数模转换器模块能够准确获得参考电信号和回波电信号对应激光器脉冲信号的有效部分，降低数据量；并且还使得数模转换器模块在其他时刻保持关闭状态，节省能耗。综上所述，本申请实施例实现了在减小激光测距系统求解数据计算量的同时，降低激光测距系统的能耗。
本申请实施例还提供了另一种激光测距方法，该方法可以应用于本申请实施例图14和图19所示的激光测距系统中。该方法如图22所示包括：
步骤S101，判断参考电信号的幅值是否大于阈值。
步骤S202，当参考电信号的幅值大于阈值时，延迟第一时长，开始将回波光信号转换成回波电信号，并且同时开始对参考电信号和回波电信号进行采样。
具体实现中，当参考电信号的幅值大于预设的阈值时，比较器向控制模块发送触发信号，该触发信号用于指示控制模块进入使能状态。控制模块从接收到触发信号的时刻开始，延迟第一时长，同时向第二探测器和模数转换器模块发送使能信号。第二探测器响应于使能信号，开始将其接收到的回波光信号进行光电转换，并将转换得到的回波电信号发送给模数转换器模块。模数转换器模块响应于使能信号，开始对所述参考电信号和回波电信号进行采样。
本申请实施例中的模数转换器模块可以是双通道模数转换器，该双通道模数转换器包括两路模数转换通道，例如第一模数转换通道(Ch1通道)和第一模数转换通道(Ch2通道)Ch1通道，每一路模数转换通道能够独立地将一路电信号(模拟信号)转换成数字信号。控制模块与双通道模数转换器的Ch1通道和Ch2通道耦合。控制模块将使能信号发送给双通道模数转换器的Ch1通道和Ch2通道，Ch1通道响应于使能信号，开始对接收到的参考电信号进行采样，Ch2通道响应于使能信号，开始对接收到的回波电信号进行采样。
本申请实施例中的模数转换器模块可以包括两个独立的模数转换器，为了便于区分，例如第一模数转换器和第二模数转换器。控制模块分别与第一模数转换器和第二模数转换器耦合。控制模块将使能信号分别发送给第一模数转换器和第二模数转换器，第一模数转换器响应于使能信号，开始对接收到的参考电信号进行采样，第二模数转换器响应于使能信号，开始对接收到的回波电信号进行采样。
步骤S103，继续延迟第二时长，停止对所述参考电信号进行采样。
步骤S204，继续延迟第三时长，停止将所述回波光信号转换成回波电信号，并且同时停止对所述回波电信号进行采样。
当模数转换器模块采用双通道模数转换器来实现时，控制模块在发送第一结束信号之后，继续延迟第三时长，向第二探测器和双通道模数转换器的Ch2通道发送第二结束信号。第二探测器响应于第二结束信号，停止将回波光信号转换成回波电信号，同时，Ch2通道响应于第二结束信号，停止对所述回波电信号进行采样。
当模数转换器模块采用两个独立的模数转换器来实现时，控制模块在发送第一结束信号之后，继续延迟第三时长，向第二探测器和第二模数转换器发送第二结束信号。第二探测器响应于第二结束信号，停止将回波光信号转换成回波电信号，同时，第二模数转换器响应于第二结束信号，停止对所述回波电信号进行采样。
其中，第一时长可以等于所述激光器的外腔长度除以光速所得结果的正偶数倍；第二时长可以等于预设的所述参考电信号的采样时长；第三时长可以等于预设的最大测量距离除以光速所得结果的两倍。关于第一时长、第二时长和第三时长的具体确定方式请参见本申请实施例的图10及其描述内容，此处不再赘述。
步骤S105，根据采样数据生成测距结果。
本申请实施例中，采样数据可以包括对所述参考电信号采样得到的第一采样数据，以及，对所述回波电信号采样得到的第二采样数据。信号处理模块可以对第一采样数据和第二采样数据计算互相关，以获取第一采样数据和第二采样数据的互相关曲线，并且根据互相关曲线的峰值位置计算被测物体与激光测距系统的距离。关于第一采样数据和第二采样数据的数据形式，以信号处理模块根据第一采样数据和第二采样数据计算被测物体与激光测距系统的距离的具体实现方式可以参见本申请的在先实施例，此处不再赘述。
本申请实施例提供的技术方案，控制模块根据触发信号精确控制数模转换器模块的使能和关闭；使得数模转换器模块能够准确获得参考电信号和回波电信号对应激光器脉冲信号的有效部分，降低数据量；并且还使得数模转换器模块在其他时刻保持关闭状态，节省能耗。综上所述，本申请实施例实现了在减小激光测距系统求解数据计算量的同时，降低激光测距系统的能耗。
本申请实施例还提供一种计算机存储介质，计算机存储介质中存储有计算机指令，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面的方法。
本申请实施例还提供一种包含指令的计算机程序产品，当其在计算机上运行时，使得计算机执行上述各方面的方法。
本申请还提供了一种芯片系统。该芯片系统包括处理器，用于支持上述装置或设备实现上述方面中所涉及的功能，例如，生成或处理上述方法中所涉及的信息。在一种可能的设计中，芯片系统还包括存储器，用于保存上述模块或设备必要的程序指令和数据。该芯片系统，可以由芯片构成，也可以包含芯片和其他分立器件。
以上的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的技术方案的基础之上，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims (18)

1.一种激光测距系统，其特征在于，
包括：激光器、比较器、控制模块、模数转换器模块和信号处理模块；其中，
所述比较器，用于当参考电信号的幅值大于阈值时，向所述控制模块发送触发信号，所述参考电信号是根据从所述激光器获取的参考光信号进行光电转换得到的；
所述控制模块，用于从接收到所述触发信号的时刻开始，延迟第一时长，向所述模数转换器模块发送使能信号；以及，继续延迟第二时长，向所述模数转换器模块发送第一结束信号；以及，继续延迟第三时长，向所述模数转换器模块发送第二结束信号；
所述模数转换器模块，用于响应于所述使能信号，开始对所述参考电信号和回波电信号进行采样，所述回波电信号是对被测物体的回波光信号进行光电转换得到的，所述回波光信号是所述被测物体对来自所述激光器的探测光信号的反射信号；以及，用于响应于所述第一结束信号，停止对所述参考电信号采样；以及，用于响应于所述第二结束信号，停止对所述回波电信号采样；
所述信号处理模块，用于根据采样数据生成测距结果。
2.根据权利要求1所述的激光测距系统，其特征在于，
还包括：分束器、第一探测器和第二探测器；其中，
所述分束器，用于将所述激光器产生的光信号分束为所述参考光信号和用于照射所述被测物体的所述探测光信号，以及将所述参考光信号发送给所述第一探测器；
所述第一探测器，用于将所述参考光信号转换成所述参考电信号，以及将所述参考电信号发送给所述比较器和所述模数转换器模块；
所述第二探测器，用于将所述回波光信号转换成所述回波电信号，以及将所述回波电信号发送给所述模数转换器模块。
3.根据权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于，
所述控制模块，还用于将所述使能信号和/或所述第二结束信号发送给所述第二探测器；
所述第二探测器，还用于响应于所述使能信号，开始将所述回波光信号转换成所述回波电信号，和/或，还用于响应于所述第二结束信号，停止将所述回波光信号转换成回波电信号。
4.根据权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于，
所述模数转换器模块包括第一模数转换通道和第二模数转换通道，所述第一模数转换通道用于对所述参考电信号进行信号采样，所述第二模数转换通道用于对所述回波电信号进行信号采样；
所述第一探测器，用于将所述参考电信号发送至所述第一模数转换通道；
所述第二探测器，用于将所述回波电信号发送至所述第二模数转换通道。
5.根据权利要求2所述的激光测距系统，其特征在于，
所述模数转换器模块包括第一模数转换器和第二模数转换器，所述第一模数转换器用于对所述参考电信号进行信号采样，所述第二模数转换器用于对所述回波电信号进行信号采样；
所述第一探测器，用于将所述参考电信号发送至所述第一模数转换器；
所述第二探测器，用于将所述回波电信号发送至所述第二模数转换器。
6.根据权利要求5所述的激光测距系统，其特征在于，还包括：光束扩束模组；
所述光束扩束模组用于将所述探测光信号扩展为面光束信号；
所述第二探测器为面阵探测器，用于接收所述被测物体对所述面光束信号反射的所述回波光信号；其中，所述面阵探测器包括多个像素单元，每个所述像素单元分别对其接收到的所述回波光信号转换成所述回波电信号。
7.根据权利要求1-6任一项所述的激光测距系统，其特征在于，所述第一时长等于所述激光器的外腔长度除以光速所得结果的正偶数倍。
8.根据权利要求1-6任一项所述的激光测距系统，其特征在于，所述第二时长等于预设的所述参考电信号的采样时长。
9.根据权利要求1-6任一项所述的激光测距系统，其特征在于，所述第三时长等于所述激光测距系统预设的最大测量距离除以光速所得结果的两倍。
10.根据权利要求1-9任一项所述的激光测距系统，其特征在于，所述采样数据包括：
所述模数转换器模块在所述第二时长内对所述参考电信号采样得到的第一采样数据，以及，所述模数转换器模块在所述第二时长和所述第三时长内对所述回波电信号采样得到的第二采样数据。
11.根据权利要求10所述的激光测距系统，其特征在于，
所述信号处理模块，用于获取所述第一采样数据和所述第二采样数据的互相关曲线，根据所述互相关曲线的峰值位置计算所述被测物体与所述激光测距系统的距离。
12.一种激光测距方法，其特征在于，应用于包括激光器的激光测距系统，所述激光器产生的激光信号被分割成参考光信号和探测光信号，其中，所述探测光信号用于照射被测物体，使所述被测物体反射相应的回波光信号；
所述方法包括：
判断参考电信号的幅值是否大于阈值，所述参考电信号是由参考光信号光电转换得到的；
当所述参考电信号的幅值大于阈值时，延迟第一时长，开始对所述参考电信号和回波电信号进行采样，所述回波电信号由回波光信号光电转换得到的；
继续延迟第二时长，停止对所述参考电信号进行采样；
继续延迟第三时长，停止对所述回波电信号进行采样；
根据采样数据生成测距结果。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，还包括：
当所述参考电信号的幅值大于阈值时，延迟第一时长，开始将所述回波光信号转换成所述回波电信号；
继续延迟第三时长，停止将所述回波光信号转换成回波电信号。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，
所述第一时长等于所述激光器的外腔长度除以光速所得结果的正偶数倍。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，
所述第二时长等于预设的所述参考电信号的采样时长。
16.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，
所述第三时长等于预设的最大测量距离除以光速所得结果的两倍。
17.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述采样数据包括对所述参考电信号采样得到的第一采样数据，以及，对所述回波电信号采样得到的第二采样数据。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述根据采样数据生成测距结果，包括：
获取所述第一采样数据和所述第二采样数据的互相关曲线，根据所述互相关曲线的峰值位置计算所述被测物体与所述激光测距系统的距离。
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