CN113466886A

CN113466886A - 雷达测距方法

Info

Publication number: CN113466886A
Application number: CN202010236942.5A
Authority: CN
Inventors: 王超
Original assignee: Suteng Innovation Technology Co Ltd
Current assignee: Suteng Innovation Technology Co Ltd
Priority date: 2020-03-30
Filing date: 2020-03-30
Publication date: 2021-10-01
Anticipated expiration: 2040-03-30
Also published as: CN113466886B

Abstract

本申请涉及一种雷达测距方法，通过将雷达系统的测距量程划分为N个连续的子测距范围，并遍历N个子测距范围完成一个读取周期。采用变功率视场拼接法，即在读取周期内获取N个子测距范围对应的出射功率，N个子测距范围由小至大对应的出射功率依次为P1、P2……PN。由于P1、P2……PN依次递增，即在近场采用较小的光源出射功率，可以减小近场饱和盲区，在远场采用较大的光源出射功率，可以提高探测距离和探测精度同时保证雷达系统的动态范围。随后，根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，获取N帧探测数据，拼接后即可得到一帧完整探测数据。

Description

雷达测距方法

技术领域

本申请涉及雷达测距技术领域，特别是涉及一种雷达测距方法。

背景技术

激光雷达是发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的系统，目前已广泛应用于测距系统、低飞目标的跟踪测量、武器制导、大气监测、测绘、预警以及交通管理等领域。

Flash激光雷达是一种全固态、高集成度、无需机械转动结构的激光雷达，其基本工作原理是通过将出射光一次性地照亮整个被探测的视场区域，与此同时接收视场区域内的回波信号，通过解算方法得到光子飞行时间，最终得到目标的距离信息。但flash激光雷达的工作原理，导致其测距精度和测距动态范围无法满足应用需求。

发明内容

基于此，有必要针对flash激光雷达测距精度和测距动态范围无法兼顾的问题，提供一种雷达测距方法。

本申请提供一种雷达测距方法，包括：

划分雷达系统的测距量程为N个连续的子测距范围，遍历N个所述子测距范围完成一个读取周期；

在所述读取周期内，获取N个所述子测距范围对应的出射功率，N个所述子测距范围由小至大对应的所述出射功率依次为P1、P2……PN，所述出射功率P1、P2……PN依次递增；

所述雷达系统根据N个所述子测距范围对应的所述出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据；

拼接N帧所述探测数据，获得一帧完整探测数据。

基于同一发明构思，本申请还提供一种雷达测距方法，包括：

在所述读取周期内，获取N个所述子测距范围对应的激光调制频率，N个所述子测距范围由小至大对应的所述激光调制频率依次为F1、F2……FN，所述激光调制频率F1、F2……FN依次递减；

所述雷达系统根据N个所述子测距范围对应的所述激光调制频率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据；

拼接N帧所述探测数据，获得一帧完整探测数据。

本申请提供的雷达测距方法，通过将雷达系统的测距量程划分为N个连续的子测距范围，并遍历N个子测距范围完成一个读取周期。分段采用不同出射功率并拼接视场的方法，即在读取周期内获取N个子测距范围对应的出射功率，N个子测距范围由小至大对应的出射功率依次为P1、P2……PN。P1、P2……PN依次递增，即：在近场采用较小的光源出射功率，可以减小近场饱和盲区，提高测距精度；在远场采用较大的光源出射功率，可以提高探测距离；整体来说，近场饱和盲区减小、远场探测距离增加，提高了雷达系统的动态范围。随后，根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，获取N帧探测数据，拼接N帧探测数据后即可得到一帧完整探测数据。因此，本申请提供的雷达测距方法，可以兼顾测距精度和动态范围，还可以提高能量利用率以降低雷达系统的总功耗，而总功耗的降低有利于散热系统设计和成本节约。

本申请提供的雷达测距方法，通过将雷达系统的测距量程划分为N个连续的子测距范围，并遍历N个子测距范围完成一个读取周期。分段采用不同激光调制频率并拼接视场的方法，即在读取周期内获取N个子测距范围对应的激光调制频率，N个子测距范围由小至大对应的出射功率依次为F1、F2……FN。F1、F2……FN依次递减，即：在近场采用较大的激光调制频率，可以提高测距精度；在远场采用较小的激光调制频率，可以提高探测距离，而远场探测距离增加，提高了雷达系统的动态范围。随后，根据N个子测距范围对应的光源调制频率向外发射出射激光进行探测，获取N帧探测数据，拼接N帧探测数据后即可得到一帧完整探测数据。因此，本申请提供的雷达测距方法，可以兼顾Flash雷达系统的测距精度和动态范围。

附图说明

图1为本申请实施例提供的一种雷达测距方法流程图；

图2为本申请实施例提供的一种系统帧率、子测距范围的数量以及读取周期关系示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种雷达测距方法流程图。

具体实施方式

为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本申请的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请。但是本申请能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似改进，因此本申请不受下面公开的具体实施的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

相比于传统机械式激光雷达，flash激光雷达的发射系统没有任何机械运动，能够同时记录整个探测场景并获取探测目标距离信息和灰度成像等信息，可以避免扫描过程中由于目标或激光雷达自身移动带来的干扰。此外，flash激光雷达具有结构及组成简单、负载低、光机寿命长、便于小型化和模块化、装配调校简单以及性价比高等多种优势，可以应用于自动驾驶领域的近场补盲与辅助测距、近场状态检测、物体的形态分辨、人脸识别、智能检测以及安全监测等诸多领域。

基于连续波的飞行时间(Time of flight，TOF)测距的基本原理是：向外发射调制连续波的出射激光，接收目标反射后返回的反射激光，通过比较出射激光和对应的反射激光之间的相位差，解算相位差获得被测物体和激光雷达之间的距离。

s(t)和r(t)分别表示雷达发射的出射激光和接收的反射激光：

s(t)＝a₁+a₂cos(2πft) (1)

r(t)＝Acos(2πft-2πfτ)+B (2)

其中f为光源的调制频率，τ为出射激光和反射激光之间的延迟时间，φ＝2πfτ表示对应的相移，a₁、a₂为出射激光的偏置量和调制振幅，A为反射激光的振幅，B是接收到的反射激光由于背景光照(光源本身以外的光照)而产生的偏置量。出射激光和反射激光的功率相互关函数可以写成:

这里令ψ＝2πfx、φ＝2πfτ。公式(3)可以写为：

考虑在一个调制周期内四个等间隔采样点的相关函数值ψ₀＝0，ψ₁＝π/2，ψ₂＝π，ψ₃＝3π/2，对应C₀＝C(0,φ)，C₁＝C(π/2,φ)，C₂＝C(π,φ)和C₃＝C(3π/2,φ)。这四个值足以明确的计算反射激光偏置量B，振幅A和相位φ：

计算得到的距离值d为：

Flash激光雷达需要一次性将出射激光分布整个视场，虽然能够提高出射激光的功率增加测距量程，但由于flash激光雷达采用面阵接收，系统累积的噪声量随距离增加明显，接收端接收的反射激光的信噪比差，激光雷达的系统精度明显下降；接收端饱和后需要一定时间恢复，由于反射激光和杂散光强度均变大，导致近场因接收端恢复时间而引起的近场盲区扩大，系统的实际动态范围反而减小；另外，整体提高出射激光的功率，导致系统的总功耗增加、发热严重。

结合实际应用，flash激光雷达需要兼顾近场高精度探测和动态范围。对此，本申请提供一种雷达测距方法，其可以对flash激光雷达的性能进行优化，解决传统方案中flash激光雷达系统无法兼顾测距精度和动态范围的问题。

请参见图1，本申请提供一种雷达测距方法，包括：

步骤S10，划分雷达系统的测距量程为N个连续的子测距范围，遍历N个子测距范围完成一个读取周期；

步骤S20，在读取周期内，获取N个子测距范围对应的出射功率，N个子测距范围由小至大对应的出射功率依次为P1、P2……PN，出射功率P1、P2……PN依次递增；

步骤S30，雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据；

步骤S40，拼接N帧探测数据，获得一帧完整探测数据。

可以理解，划分雷达系统的测距量程为N个连续的子测距范围之前，可以根据雷达系统的帧率、雷达系统的测距量程和雷达系统的光源额定功率，确定子测距范围的个数N。在步骤S10中，雷达系统可以采用连续帧工作状态，且雷达系统的积分时间可以相同。在其中一个实施例中，可以将雷达系统的测距量程平均划分为N个连续的子测距范围，即0-a米、a-2a米、2a-3a米、……、(N-1)a-Na米，其中N可以大于或者等于2。其中，激光雷达的测距量程为激光雷达可以测量的距离范围，子测距范围可以为测距量程的子集。可以理解，由于Flash激光雷达的帧率M决定了动态目标探测时信息的实时性和失真度，为满足多种近场探测场景需要，本实施例中雷达系统的帧率可以根据实际需求进行选择或设定，从而避免探测运动目标时出现变形和失真。

请一并参见图2，在其中一个实施例中，由于雷达系统的帧率为M，将雷达系统的测距量程划分为N个连续的子测距范围，在第i秒内(或每秒内)共包括M/N个读取周期，每个读取周期均包括连续的N个探测数据，遍历N个子测距范围完成一个读取周期，获得一帧完整探测数据。需要说明的是，子测距范围的个数N可以为雷达系统的帧率M的整数约分子，也可以不为雷达系统的帧率M的整数约分子。可以理解，当子测距范围的个数N为雷达系统的帧率M的整数约分子时，可以使每个读取周期中包括的帧数相同，此时在步骤S30～步骤S40中对每个读取周期内的处理过程相同，可以简化雷达测距方法的计算过程。

在步骤S20中，在每个读取周期内，获取每个子测距范围对应的雷达系统的光源出射功率，N个子测距范围由小至大对应的出射功率依次为P1、P2……PN，出射功率P1、P2……PN依次连续递增。因此，本申请提供的雷达测距方法可以在雷达系统的同一读取周期内，每一帧对应的子测距范围内所需的出射功率不同，出射功率随子测距范围的增大而增大，即光源的出射功率在每个读取周期内可以随帧数的增大而增大。在本实施例中，光源出射功率的变化周期可以为N帧所需时间(一个读取周期)，光源的出射功率按读取周期依次循环，即光源出射功率在每个读取周期内具有相同的变化规律。

可以理解，同一读取周期内，在部分探测距离较小的子测距范围中，所需的最远有效探测距离较小，此时采用较小的光源出射功率就可以实现对子测距范围的最大值的有效探测，同时，近距离的子探测范围内的物体反射的反射激光能量较小、产生的前导光能量较小，有效降低或减少了接收端饱和后所需的恢复时间，近距离处的反射激光也能够准确接收，减小近场饱和盲区，提高近距离处的探测精度。在部分探测距离较大的子测距范围中，所需的最远有效探测距离逐渐增大，增大光源出射功率可以保证出射激光能够到达远距离的子探测范围内的物体同时，物体反射的反射激光也能够被接收装置探测，保证接收装置接收到的反射激光的信噪比，提高探测距离，充分满足远距离的子测距范围的探测需求。另外，由于动态范围是雷达系统允许探测的最高反射率物体的最远可测距值和允许探测的最低反射率物体的最近可测距值之间的差值，故近场饱和盲区的减小和最远有效探测距离的增大可以进一步保证并扩大雷达系统的动态范围。因此，在每个读取周期内将由小到大的子测距范围对应的探测功率逐渐增大，可以兼顾flash雷达系统的测距精度、测距距离以及动态范围，还可以提高能量利用率以降低雷达系统的总功耗，而总功耗的降低有利于散热系统设计和成本节约，扩大了雷达系统的应用范围。

在其中一个实施例中，激光雷达的探测量程为0-Na米，将其从小到大均匀划分为N个子测距范围，依次为0-a米、a-2a米、……、(N-1)a-Na米。在同一读取周期内，第一帧(第一个子测距范围)的光源出射功率可以为P1。其中，光源出射功率计算所需的初始参数可以包括系统积分时间和视场(Field of View，FOV)等初始参数，结合雷达方程可以实现对光源出射功率的计算。可以理解，光源出射功率P1可以保证雷达系统在子测距范围0-a米内具有足够的信噪比和较小的近场饱和盲区；在第二帧(第二个子测距范围)测距时间内，可以通过改变光源的工作条件，以使光源出射功率从P1增加至P2，其中光源出射频率P2可以实现最远2a米的有效探测距离。以此类推，在第N帧(第N个子测距范围)测距时间内，光源出射功率增加至PN，可以实现最远Na米的有效探测距离。在本实施例中，可以通过改变激光雷达光源的工作条件来改变光源出射功率，例如改变电源的驱动电流或电压，或者增加发光光源的数量等。

在步骤S30中，雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据。控制光源的出射功率，依次采用与N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光，并向外出射后射向视场，接收端接收视场内的物体反射后返回的反射激光；由前述知，根据出射激光和反射激光的相位差，解算相位差即可获得视场内被测物体和激光雷达之间的距离；发射N个不同出射功率的出射激光进行探测，可获取N帧探测数据。探测数据可以为点云数据、深度图像等。

在步骤S40中，拼接N帧所述探测数据，获得一帧完整探测数据。由前述可知，每个子测距范围对应不同的出射功率，使得以该出射功率向外发射出射激光进行扫描时，在对应的子测距范围内的探测效果最佳，包括测距距离和测距精度均能满足要求；因此，需要将N帧探测数据中对应的子测距范围内的探测数据进行拼接，进而得到一帧精确、准确的完整探测数据。

在其中一个实施例中，雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，按前述解算方法，获取N帧全范围探测数据。示例性的，雷达系统的探测量程为0-Na米，将其从小到大均匀划分为N个子测距范围，依次为0-a米、a-2a米、……、(N-1)a-Na米，对应的出射激光的出射功率依次为P1、P2、……、PN；第一帧全范围探测数据为0米到P1能够实现的最大探测距离之间的探测数据；第二帧全范围探测数据为0米到P2能够实现的最大探测距离之间的探测数据；以此类推。根据每个全范围探测数据所对应的子测距范围，截取全范围探测数据中位于子测距范围内的部分探测数据；如前述示例，P1对应的子测距范围为0-a米，在0米到P1能够实现的最大探测距离之间的探测数据中，截取0-a米之间的部分，并记为第一帧部分探测数据；P2对应的子测距范围为a-2a米，在0米到P2能够实现的最大探测距离之间的探测数据中，截取a-2a米之前的部分，并记为第二帧部分探测数据；依次类推。拼接N帧部分探测数据，获得一帧完整探测数据；如前述示例，将截取的各段部分探测数据，如第一帧部分探测数据对应0-a米，第二帧部分探测数据对应a-2a米，……，第N帧部分探测数据对应(N-1)a-Na米，拼接后得到包括0-Na米的之间信息的一帧完整探测数据。通过截取每个子测距范围对应距离范围内的部分探测数据，并进行拼接后形成完整探测数据，由于包含对同一子测距范围的部分的探测数据，进行拼接时运算方便，方便进行坐标变换等。

在另一个实施例中，雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，根据时间选通获取子测距范围内的部分探测数据。由激光雷达的探测原理可知，光子的飞行时间即对应距离，因此每个子测距范围也对应不同的飞行时间范围。如前述实施例，按0-a米、a-2a米、……、(N-1)a-Na米依次均匀划分为N个子测距范围，0-a米对应的飞行时间范围为0-t，a-2a米对应的飞行时间范围为t-2t，……，(N-1)a-Na米对应的飞行时间范围为(N-1)t-Nt；由此可见，接收端若只在特定时间范围内打开接收通道，即仅接收特定距离范围内的反射激光，激光雷达只获得该特定距离范围内的部分探测数据。因此，雷达系统的发射端发射P1功率的出射激光时，接收端在0-t时间段内接通，获取0-a米之间的部分探测数据，记为第一帧部分探测数据；发射端发射P2功率的出射激光时，接收端在t-2t时间段内接通，获取a-2a米之间的部分探测数据，记为第二帧部分探测数据；以此类推。拼接N帧部分探测数据，获得一帧完整探测数据；如前述，N帧部分探测数据拼接后得到包括0-Na米的之间信息的一帧完整探测数据。通过时间选通仅接收每个子测距范围对应的时间段内返回的反射激光得到部分探测数据，并进行拼接后形成完整探测数据，减少接收到的多余信息，减少运算量，提高数据处理速度。

本申请提供的雷达测距方法通过将雷达系统的测距量程划分为N个连续的子测距范围，并遍历N个子测距范围完成一个读取周期。分段采用不同出射功率并拼接视场的方法，即在读取周期内获取N个子测距范围对应的出射功率，N个子测距范围由小至大对应的出射功率依次为P1、P2……PN。通过P1、P2……PN依次递增，即：在近场采用较小的光源出射功率，可以减小近场饱和盲区，提高测距精度；在远场采用较大的光源出射功率，可以提高探测距离；整体来说，近场饱和盲区减小、远场探测距离增加，提高了保证雷达系统的动态范围。随后，根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，获取N帧探测数据，拼接N帧探测数据后即可得到一帧完整探测数据。因此，本申请提供的雷达测距方法可以兼顾测距精度和动态范围，还可以提高能量利用率以降低雷达系统的总功耗，而总功耗的降低有利于散热系统设计和成本节约，扩大了雷达系统的应用范围。

在其中一个实施例中，划分雷达系统的测距量程为N个连续的子测距范围，遍历N个子测距范围完成一个读取周期，包括：均匀划分雷达系统的测距量程为N个连续的子测距范围，遍历N个子测距范围完成一个读取周期。可以理解，通过将雷达系统的测距量程均匀划分为多个子测距范围，即0-a米、a-2a米、2a-3a米、……、(N-1)a-Na米，其中N可以大于或者等于2，可以简化后续数据处理流程，提高雷达测距方法的执行效率。需要说明的是，本实施例不对雷达系统的测距量程的划分进行限定，在另外一个实施例中，也可以根据探测需求非均匀划分雷达系统的测距量程，得到N个连续且范围不完全相同的子测距范围。

在其中一个实施例中，获取N个子测距范围对应的出射功率，包括：根据雷达系统的初始参数条件，采用雷达方程对雷达系统进行仿真，得到雷达系统的仿真模型。根据仿真模型，计算每个子测距范围对应的出射功率。可以理解，基于雷达方程，光源出射功率可以根据雷达系统的积分时间、探测距离以及视场等初始参数计算得到。在其中一个实施例中，基于雷达方程，可以根据雷达系统所采用的不同类型的探测器参数(如灵敏度)、系统设计所需的视场、光源的性能参数、系统工作环境的背景噪声模型、系统设计的接收镜头参数等建立系统的仿真计算的模型，模拟接收端的信号强度，从而得到雷达系统实现特定探测距离所需的功率。在实际工程中，还可以通过积累大量实测数据，结合仿真计算的结果调整实际所需的光源功率。

在其中一个实施例中，获取N个子测距范围对应的出射功率之后，包括调整N个子测距范围对应的出射功率，以使出射功率的近场饱和盲区小于出射功率对应的子测距范围的最小值。为了实现对远距离视场的探测，远距离处对应的出射功率较大；以任一子测距范围(n-1)a-na米为例(1＜n≤N，n为整数)，若仅以满足探测距离为限制，出射功率Pn仅需确定一最小值Pn,min能够实现探测距离为na米。需要说明的是，出射功率越大，近场饱和盲区越大，因此不能为了提高探测距离一味地增加出射功率；调整出射功率使出射功率对应的近场饱和盲区小于其对应的子测距范围的最小值，使该子测距范围落在该出射功率能够准确探测的距离范围内，由此确定一出射功率Pn的最大值Pn,max。由于在后续获取完整探测数据过程中，不论是选通还是截取，仅选用对应的子测距范围内的部分探测数据进行拼接。由此，可以确定出射功率Pn的取值范围为[Pn,min，Pn,max]。进一步的，为了减小雷达系统的整体功耗，可以在Pn的取值范围内取最小值。

在其中一个实施例中，出射功率P1、P2……PN与其对应的子测距范围的最大值的平方成正比。可以理解，某一读取周期内的第一帧对应的出射功率需保证在0-a米距离范围内具有足够的信噪比，满足探测所需的测距距离和探测精度；同理，第二帧对应的出射功率需保证在a-2a米距离范围内具有足够的信噪比；以此类推。而第二帧至第N帧所对应的光源的出射功率可以与其对应的子测距范围的最大值的平方成正比，具体数值可以为a的整数倍，也可以不为a的整数倍，满足每个出射功率在对应的子测距范围内进行探测时满足探测距离和探测精度的要求即可，具体数值可以根据flash激光雷达的具体系统性能参数及实际应用需求重新确定，本申请对此不作限定。可以理解，雷达系统可以通过多个子测距范围的拼接实现较高的动态范围，故光源出射功率依次增加的规律只需要满足各个子测距范围的最远距离的探测即可。

在其中一个实施例中，雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据，包括：雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率，按照时间顺序依次向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据。可以理解，N个子测距范围对应的出射功率的出射激光可以按照时间顺序依次出射，最后将得到多帧全范围探测数据进行截取、拼接后得到一帧完整的探测数据。N个出射功率不同的出射激光依次出射，能够降低系统的最大功率，提高效率；接收端也能够依次接收反射激光，降低接收端对器件性能的要求；不同子测距范围依次进行探测，能够减少相互干扰；雷达系统仅需设置一套光源和发射镜头即可实现上述探测方法，简化系统设计和降低成本。在另外一个实施例中，N个子测距范围对应的出射功率的出射激光可以同时出射，将光源划分为多个区域，每个区域分别设计视场角相同的发射镜头，每个区域对应一个子探测范围的最大值，最后再将得到的多帧全范围探测数据进行截取、拼接后得到一帧完整的探测数据。N个出射功率不同的出射激光同时出射，能够提高系统的探测频率；但系统设计复杂，冗余较大，成本也高。需要说明的是，雷达系统接收端需要与发射端进行适配，并根据发射方式的不同选择合适的后端的数据处理方式。

在其中一个实施例中，雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据；拼接N帧探测数据，获得一帧完整探测数据；包括：雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧全范围探测数据。根据每个全范围探测数据所对应的子测距范围，截取全范围探测数据中位于子测距范围内的部分探测数据。拼接N帧部分探测数据，获得一帧完整探测数据。

由于光源出射功率可以连续增大，故相邻两帧探测数据之间可能存在重叠区，即部分区域会出现饱和，此时可以按照帧序依次截取全范围探测数据对应的子测距范围内的部分探测数据。N帧全范围探测数据的获取与前述flash激光雷达的原理可以相同。由于需要拼接N个部分探测数据，故可以针对N帧探测数据，如N帧全范围探测数据或N帧部分探测数据，分别进行校准补偿；并将校准补偿后的N帧探测数据进行拼接。校准补偿一般是通过采集大量数据后建立数据矩阵，并通过查表拟合的方式进行。

在拼接N个部分探测数据时，还可以包括相邻两个部分探测数据边界处的数据合并，如点云数据的合并；通过边缘检测、数据判断、聚类识别、噪点滤除以及数据合并等算法，校正垂直于探测方向平面内的偏差，避免同一个物体在相邻两个子测距范围对应的点云数据中位于不同的距离平面内，从而矫正该个区域内的点云分布。由于物体的形貌体现依赖点云分布，故进行相邻两个部分探测数据边界区域点云融合可以避免目标的形貌失真。在本实施例中，点云数据拼接和边界融合均可以通过后端数据处理算法进行实现，可以包括空间坐标系的变换和平移等。

在其中一个实施例中，获取N帧探测数据，包括：采用双积分模式或多积分模式采集至少1帧探测数据。可以理解，由于积分时间越长积累的光电子越多或者雷达系统采集到的信号强度越强，越容易产生饱和现象。为了实现尽可能大的有效测量范围(近场盲区至最远探测距离之间的距离)，需要压缩近场盲区同时增大最远测距。因此，为了保证在单帧时间内尽可能大的动态范围，每一帧内可采用双积分时间模式或多积分时间模式，即分为长短不同的两个积分时间。近场使用较小的积分时间，远场使用较大的积分时间，可以有利于提高测距能力的同时降低近场的盲区，扩大雷达系统的动态范围。当然，在动态范围满足要求的前提下，也整个采样时间内系统也可以采用相同的积分时间。

在其中一个实施例中，雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据；拼接N帧探测数据，获得一帧完整探测数据；包括：雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率向外发射出射激光进行探测，并根据时间选通获取子测距范围内的部分探测数据；拼接N帧部分探测数据，获得一帧完整探测数据。

在本实施例中，雷达系统在测量不同子测距范围对应的部分探测数据时可以设置选通门，即在对应的时间区域内打开，以采集每个子测距范围对应的特定距离范围内的部分探测数据，最后拼接融合N个部分探测数据即可完成雷达测距。如前述实施例，N个部分探测数据的边缘区域需要剔除错误点或者插值，若雷达系统采用拼接的方案，则需要坐标系校正(变换)。

请一并参见图3，基于同一发明构思，本申请还提供一种雷达测距方法，包括：

步骤S20，在读取周期内，获取N个子测距范围对应的激光调制频率，N个子测距范围由小至大对应的激光调制频率依次为F1、F2……FN，激光调制频率F1、F2……FN依次递减；

步骤S30，雷达系统根据N个子测距范围对应的激光调制频率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据；

步骤S40，拼接N个帧探测数据，获得一帧完整探测数据。

可以理解，在本实施例中，步骤S10和步骤S40的技术特征可为上述实施例中任一步骤S10和步骤S40中的技术特征，在此不再赘述。在本实施例中，光源的发射功率可以保持不变，也可以根据实际测距需要进行调整。需要说明的是，由于flash激光雷达的测距绝对精度与信号的调制频率成正比，与系统回波信号的信噪比呈正相关，同一读取周期内的连续变化帧的调制频率是不断降低，故同一测距位置不同子测距范围的测距精度不相同。

在步骤S20和步骤S30中，在同一读取周期内，可以依次采用频率不断降低的调制信号调制光源。其中，调制信号的周期选择可以根据实际系统需要实现的最大量程和测距精度等按照理论公式计算得到，本申请并不作限定。在其中一个实施例中，在同一读取周期内，第一帧调制频率可以为F1、第二帧调制频率可以为F2、第三帧调制频率可以为F3....，且F1＞F2＞F3＞.....。在其中一个实施例中，激光调制频率F1、F2……FN随其对应的子测距范围的最大值的增加按照预设倍率降低。示例性的，激光雷达的探测量程为0-Nb米，将其从小到大均匀划分为N个子测距范围，依次为0-b米、b-2b米、……、(N-1)b-Nb米。调制频率f_K对应的测量范围为Kb-(K+1)b，调制频率f_K+1对应的测量范围为(k+1)b-(k+2)b；f_K/f_K+1＝X，X为预设倍率，X＞1。其中，b的取值与系统设计有关，可以根据仿真计算或者通过实际的测试经验数据进行设定。可以理解，为了保证激光雷达光源在连续的N个读取周期内可以被不同调制频率的驱动信号调制，可以采用调制频率范围较大的光源类型，同时可以采用芯片分频或者外部时钟设置时钟信号，从而快速改变输出的光源调制频率。

本实施例提出的雷达测距方法可以在提高其动态范围的同时，提高近场测距精度。在本实施例通过在同一读取周期中，划分多个子测距范围，并使不同子测距范围采用不同调制频率，且调制频率随子测距范围的增大依次递减，可以在近场采用较高的调制频率，保证近场测距精度，在远场采用较低的调制频率，增加探测距离以提高动态范围。因此，本实施例提供的雷达测距方法可以在不增加光源总功率的前提下(限制系统总功率和成本)，利用调制频率减小对抗信噪比下降，提高雷达系统的动态范围的同时，提高系统的近场测距精度。

在其中一个实施例中，获取N帧探测数据，包括：采用双积分模式或多积分模式采集至少1帧探测数据。可以理解，由于积分时间越长积累的光电子越多或者说雷达系统采集到的反射激光的信号强度越强，越容易产生饱和现象。为了实现尽可能大的有效测量范围(近场盲区至最远探测距离之间的距离)，需要压缩近场盲区同时增大最远测距。因此，为了保证在单帧时间内尽可能大的动态范围，每一帧内可采用双积分时间模式或多积分时间模式，即分为长短不同的两个积分时间。近场使用较小的积分时间，远场使用较大的积分时间，可以有利于提高测距能力的同时降低近场的盲区，扩大雷达系统的动态范围。当然，在动态范围满足要求的前提下，也可以采用相同的积分时间。

在其中一个实施例中，本申请提供一种雷达测距方法，包括：

步骤S30，在读取周期内，确定N个子测距范围对应的激光调制频率，子测距范围由小至大对应的激光调制频率依次为F1、F2……FN，激光调制频率F1、F2……FN依次递减；

步骤S40，雷达系统根据N个子测距范围对应的出射功率和激光调制频率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据；

步骤S50，拼接N帧探测数据，获得一帧完整探测数据。

在本实施例中，步骤S10、步骤S20以及步骤S50可以为上述实施例中任一所述步骤S10、步骤S20和步骤S50。

在步骤S30和步骤S40中，为了进一步提高近场的测距精度，可以在获取N帧探测数据之前，确定N个子测距范围对应的激光调制频率，子测距范围由小至大对应的激光调制频率依次为F1、F2……FN，激光调制频率F1、F2……FN依次递减，并根据N个子测距范围对应的出射功率和激光调制频率向外发射出射激光进行探测。由于激光调制频率F1、F2……FN依次递减，即在近场采用较大的调制频率，提高测距精度，在远场采用较小的调制频率，提高测距范围以增大动态范围。结合出射功率P1、P2……PN依次递增，即在近场采用较小的光源出射功率，可以减小近场饱和盲区，提高测距精度；在远场采用较大的光源出射功率，可以提高探测距离，而近场饱和盲区减小以及远场探测距离增加可以提高雷达系统的动态范围。因此，针对由小至大的子测距范围，依次设置逐渐增大的出射功率以及逐渐减小的激光调制频率，可以在提高雷达系统动态范围的同时提高测距精度。

在其中一个实施例中，在读取周期内，N个子测距范围对应的激光调制频率F1、F2……FN也可以分组递减；将N个子测距范围分为z组(z＜N)，每组包括若干个连续的子测距范围，每个组内的激光调制频率相同，每个组的激光调制频率按1、2、……、z组的顺序依次递减。示例性的，将N个子测距范围分为2组，第一组包括第一子测距范围和第二子测距范围，第二组包括第三子测距范围……第N子测距范围；可以使用两种高低不同的调制频率，即在第一组的两个子测距范围对应的工作时间内，光源采用较高的调制频率，而在第二组的其余子测距范围对应的工作时间内，光源采用较低的调制频率。需要说明的是，本实施例中精度提高方法可以在由小至大的子测距范围对应的出射功率逐渐增大的前提下使用，可以在保证动态范围和测距量程的前提下，提高测距精度，适用于连续波相位法的面阵激光雷达。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种雷达测距方法，其特征在于，包括：

拼接N帧所述探测数据，获得一帧完整探测数据。

2.根据权利要求1所述的雷达测距方法，其特征在于，所述划分雷达系统的测距量程为N个连续的子测距范围，遍历N个所述子测距范围完成一个读取周期，包括：

均匀划分所述雷达系统的测距量程为N个连续的所述子测距范围，遍历N个所述子测距范围完成一个所述读取周期。

3.根据权利要求1所述的雷达测距方法，其特征在于，获取N个所述子测距范围对应的出射功率，包括：

根据雷达系统的初始参数条件，采用雷达方程对所述雷达系统进行仿真，得到所述雷达系统的仿真模型；

根据所述仿真模型，计算每个所述子测距范围对应的所述出射功率。

4.根据权利要求3所述的雷达测距方法，其特征在于，获取N个所述子测距范围对应的出射功率之后，包括：

调整N个所述子测距范围对应的所述出射功率，以使所述出射功率的近场饱和盲区小于所述出射功率对应的所述子测距范围的最小值。

5.根据权利要求1所述的雷达测距方法，其特征在于，所述出射功率P1、P2……PN与其对应的所述子测距范围的最大值的平方成正比。

6.根据权利要求1所述的雷达测距方法，其特征在于，所述雷达系统根据N个所述子测距范围对应的所述出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据，包括：

所述雷达系统根据N个所述子测距范围对应的所述出射功率，按照时间顺序依次向外发射出射激光进行探测，并获取N帧所述探测数据。

7.根据权利要求1所述的雷达测距方法，其特征在于，所述雷达系统根据N个所述子测距范围对应的所述出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据；拼接N帧所述探测数据，获得一帧完整探测数据；包括：

所述雷达系统根据N个所述子测距范围对应的所述出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧全范围探测数据；

根据每个所述全范围探测数据所对应的所述子测距范围，截取所述全范围探测数据中位于所述子测距范围内的部分探测数据；

拼接N帧所述部分探测数据，获得一帧完整探测数据。

8.根据权利要求1所述的雷达测距方法，其特征在于，所述雷达系统根据N个所述子测距范围对应的所述出射功率向外发射出射激光进行探测，并获取N帧探测数据；拼接N帧所述探测数据，获得一帧完整探测数据；包括：

所述雷达系统根据N个所述子测距范围对应的所述出射功率向外发射出射激光进行探测，并根据时间选通获取所述子测距范围内的部分探测数据；

拼接N帧所述部分探测数据，获得一帧完整探测数据。

9.根据权利要求1所述的雷达测距方法，其特征在于，获取N个全范围探测数据之前，包括：

确定N个所述子测距范围对应的激光调制频率，所述子测距范围由小至大对应的所述激光调制频率依次为F1、F2……FN，所述激光调制频率F1、F2……FN依次递减。

10.根据权利要求1所述的雷达测距方法，其特征在于，所述获取N帧探测数据，包括：

采用双积分模式或多积分模式采集至少1帧所述探测数据。

11.一种雷达测距方法，其特征在于，包括：

拼接N帧所述探测数据，获得一帧完整探测数据。

12.根据权利要求11所述的雷达测距方法，其特征在于，所述获取N个全范围探测数据，包括：

采用双积分模式或多积分模式采集至少1帧所述探测数据。

13.根据权利要求11所述的雷达测距方法，其特征在于，所述激光调制频率F1、F2……FN随其对应的所述子测距范围的最大值的增加按照预设倍率降低。