CN113945941A - 一种激光雷达测距方法、装置、激光雷达及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供的一种激光雷达测距方法、装置、激光雷达及存储介质，涉及激光雷达测距技术领域，能够使得激光雷达在整个探测量程范围内均有良好的测距性能，同时提高激光雷达的最大测量频率。所述方法包括：控制发射器向被测目标发射激光探测信号；在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制第一接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制第二接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号。

Description

一种激光雷达测距方法、装置、激光雷达及存储介质

技术领域

本发明涉及激光雷达测距技术领域 ，尤其涉及一种激光雷达测距方法、装置、激光雷达及存储介质。

背景技术

激光雷达根据不同的实现原理，可以分为三角测距激光雷达和TOF（Time OfFlight，飞行时间）激光雷达。TOF激光雷达首先发射一个激光探测信号，并由计时器记录下出射时间，激光回波信号经激光雷达接收，并由计时器记录下返回的时间。两个时间相减即得到了光的飞行时间，而光速是一定的，因此在已知速度和飞行时间后可计算出距离。

但是，激光回波信号的强度与测量距离的平方近似成反比，测量距离越远，接收到的信号光越微弱，对TOF激光雷达中的接收器的灵敏度有很高要求；测量距离越近，接收到的信号光越强，TOF激光雷达中的回波信号接收器模块过曝的可能性越大。而在现有技术中TOF激光雷达中的回波信号接收器无法同时在具有高灵敏度的同时，具有较高的测量上限值。由此可见，由于TOF激光雷达本身的性能所限，TOF激光雷达无法在测量远近距离时都具有良好的测距性能。

此外，对于传统的TOF激光雷达而言，如图1所示，接收器在硬件复位过程中无法接收激光回波信号，激光雷达的最小测量周期为最大飞行时间与硬件复位时间之和，中长距TOF激光雷达回波信号接收器的硬件复位时间更长，因此硬件复位时间对中长距TOF激光雷达的最大测量频率的影响更为显著。由此造成了TOF激光雷达最大测量频率偏低，并进而影响激光雷达的分辨率和帧频等性能，无法满足实际应用需求。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种激光雷达测距方法、装置、激光雷达及存储介质，通过使用双接收器的设计，使得激光雷达在整个探测量程范围内均有良好的测距性能，同时通过消除激光雷达接收模块硬件复位时间对最小测量周期的影响，能够提高激光雷达的最大测量频率。

第一方面，本发明实施例提供一种激光雷达测距方法，包括：

控制发射器向被测目标发射激光探测信号；

在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制第一接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制第二接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

其中，所述第一预设距离阈值大于或者等于所述第二预设距离阈值；

所述第一接收器的性能参数与所述第一接收器对应的测距范围相关，所述第二接收器的性能参数与所述第二接收器对应的测距范围相关。

可选的，所述在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制第一接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制第二接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，包括：

在所述激光探测信号发出后，按照预设时序控制所述第一接收器与所述第二接收器交替处于使能状态，以便在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制所述第一接收器接收所述激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制所述第二接收器接收所述激光回波信号。

可选的，所述按照预设时序控制所述第一接收器与所述第二接收器交替处于使能状态包括：

根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第一预设距离阈值及光速，确定第一时刻；

根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第二预设距离阈值及光速，确定第二时刻；

根据所述激光探测信号的发射时刻、激光雷达的最大探测距离以及光速，确定第三时刻；

在所述激光探测信号的发射时刻起至所述第一时刻止，控制所述第一接收器处于使能状态；

在所述第二时刻起至所述第三时刻止，控制所述第二接收器处于使能状态。

可选的，所述控制发射器向被测目标发射激光探测信号，包括：

间隔预设时长控制所述发射器发射一次激光探测信号，所述预设时长t0大于或等于T+t1+t2-t4，其中，T为所述激光探测信号的发射时刻至所述第三时刻的时间间隔，t1为所述第二接收器的硬件复位时间，t2为所述第一时刻与所述第二时刻的时间间隔，t4为所述激光探测信号的发射时刻至所述第一时刻的时间间隔；

其中，t4大于t1+t2。

可选的，所述性能参数包括以下参数中的至少一种：感光阈值，感光上限值，以及增益值。

第二方面，本发明的实施例还提供一种激光雷达测距装置，所述装置包括：

发射控制模块，用于控制发射器向被测目标发射激光探测信号；

接收控制模块，用于在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制第一接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制第二接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

其中，所述第一预设距离阈值大于或者等于所述第二预设距离阈值；

所述第一接收器的性能参数与所述第一接收器对应的测距范围相关，所述第二接收器的性能参数与所述第二接收器对应的测距范围相关。

可选的，所述接收控制模块具体用于：在所述激光探测信号发出后，按照预设时序控制所述第一接收器与所述第二接收器交替处于使能状态，以便在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制所述第一接收器接收所述激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制所述第二接收器接收所述激光回波信号。

可选的，所述接收控制模块具体用于：

根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第一预设距离阈值及光速，确定第一时刻；

根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第二预设距离阈值及光速，确定第二时刻；

根据所述激光探测信号的发射时刻、激光雷达的最大探测距离以及光速，确定第三时刻；

在所述激光探测信号的发射时刻起至所述第一时刻止，控制所述第一接收器处于使能状态；

在所述第二时刻起至所述第三时刻止，控制所述第二接收器处于使能状态。

可选的，所述发射控制模块具体用于：间隔预设时长控制所述发射器发射一次激光探测信号，所述预设时长t0大于或等于T+t1+t2-t4，其中，T为所述激光探测信号的发射时刻至所述第三时刻的时间间隔，t1为所述第二接收器的硬件复位时间，t2为所述第一时刻与所述第二时刻的时间间隔，t4为所述激光探测信号的发射时刻至所述第一时刻的时间间隔；

其中，t4大于t1+t2。

可选的，所述性能参数包括以下参数中的至少一种：感光阈值，感光上限值，以及增益值。

第三方面，本发明的实施例还提供一种激光雷达，包括：发射器、第一接收器、第二接收器和控制器；

所述发射器，与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下，向被测目标发射激光探测信号；

所述第一接收器，与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下，接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

所述第二接收器，与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下，接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

所述控制器，用于控制所述发射器、所述第一接收器以及所述第二接收器，执行本发明实施例提供的任一种激光雷达测距方法。

可选的，所述发射器发出的激光探测信号以及所述被测目标返回的所述激光回波信号，通过导光机构和扫描机构在所述激光雷达中传播。

可选的，所述导光机构包括以下至少一种：带孔反射镜、固定透过率的镀膜反射镜。

第四方面，本发明的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存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现本发明实施例提供的任一种激光雷达测距方法。

本发明实施例提供的激光雷达测距方法、装置、激光雷达及存储介质，通过将整个测量范围划分为近距离测量范围和远距离测量范围，通过控制器使得第一接收器用于进行近距离测量，第二接收器用于进行远距离测量，同时将第一接收器的性能参数设计为与近距离测量范围相适应，将第二接收器的性能参数设计为与远距离测量范围相适应，从而能够使得激光雷达在整个测量范围内都具有良好的测距性能。本发明实施例中采用的两个接收器分别负责在近距离测量范围和远距离测量范围进行测距，两个接收器均可在其非使能的时间段内进行硬件复位操作，而无需单独占用最大飞行时间之外的时间进行硬件复位。因此采用本发明实施例时，最小测量周期为最大飞行时间，相比于现有的单接收器结构的激光雷达而言，能够减小最小测量周期，有效提高激光雷达的最大测量频率，进而提升了激光雷达的分辨率和帧频等性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为现有技术中单发射单接收器激光雷达的信号时序图。

图2为本发明的实施例提供的一种激光雷达内部结构示意图。

图3为本发明的实施例提供的又一种激光雷达内部结构示意图。

图4为本发明的实施例提供一种激光雷达测距方法的流程图。

图5为本发明的实施例提供的一种激光雷达测距方法的信号时序图。

图6为本发明的实施例提供的又一种激光雷达测距方法的信号时序图。

图7为本发明的实施例提供一种激光雷达测距装置的结构示意图。

图8为本发明的实施例提供一种激光雷达的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。

应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

为了方便理解，下面对本发明实施例中涉及的名词进行说明。

激光雷达是集激光、全球定位系统、和惯性测量装置三种技术于一身的系统，相比普通雷达，激光雷达具有分辨率高，隐蔽性好、抗干扰能力更强等优势。随着科技的不断发展，激光雷达的越来越广泛应用于机器人、无人驾驶、无人车等领域。

按照功能用途进行划分，激光雷达可用于激光测速，激光测距，激光成像等领域。其中，本发明实施例主要应用于激光测距领域，按照测距原理的不同，可以分为三角测距激光雷达和TOF（Time Of Flight，飞行时间）激光雷达。在下文中，将TOF激光雷达简称为激光雷达。

图2和图3示出了激光雷达内部结构示意图，发射器发射的激光探测信号通过导光机构入射到扫描机构，通过调整扫描机构的扫描方向可以将激光探测信号出射角调整为不同的角度。在正常工作过程中，扫描机构的扫描角度处于动态变化之中，因此激光雷达能够对周围的各个方向发射激光探测信号。激光探测信号打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，一部分激光回波信号会返回到激光雷达的扫描机构上，然后通过导光机构反射至接收器上，根据激光探测信号的发射时刻和接收时刻的时间差，即可确定被测物体与激光雷达之间的距离。

按照扫描机构的不同工作原理进行划分，激光雷达可以分为MEMS （Micro-Electro-Mechanical System，微机电系统）型激光雷达，Flash型激光雷达，相控阵激光雷达以及机械旋转式激光雷达。本发明实施例可以采用任意一种扫描方式。

MEMS 型激光雷达可以动态调整自己的扫描模式，以此来聚焦特殊物体，采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别，这是传统机械激光雷达无法实现的。MEMS整套系统只需一个很小的反射镜就能引导固定的激光束射向不同方向。由于反射镜很小，因此其惯性力矩并不大，可以快速移动，速度快到可以在不到一秒时间里跟踪到二维扫描模式。

Flash型激光雷达

Flash型激光雷达能快速记录整个场景，避免了扫描过程中目标或激光雷达移动带来的各种麻烦，它运行起来比较像摄像头。激光束会直接向各个方向漫射，因此只要一次快闪就能照亮整个场景。随后，系统利用微型传感器阵列采集不同方向反射回来的激光束。Flash型激光雷达有它的优势，当然也存在一定的缺陷。当像素越大，需要处理的信号就会越多，如果将海量像素塞进光电探测器，必然会带来各种干扰，其结果就是精度的下降。

相控阵激光雷达

相控阵激光雷达搭载的一排发射器可以通过调整信号的相对相位来改变激光束的发射方向。目前大多数相控阵激光雷达停留在实验室里阶段，而现在应用最广泛的雷达仍为旋转式或 MEMS 激光雷达。

机械旋转式激光雷达

机械旋转式激光雷达是发展比较早的激光雷达，目前技术比较成熟，但机械旋转式激光雷达系统结构十分复杂，且各核心组件价格也都颇为昂贵，其中主要包括激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、接收IC（Integrated Circuit Chip，集成电路）以及位置和导航器件等。

按照发射的激光探测信号进行分类：连续型激光雷达和脉冲型激光雷达。从原理来看，连续激光就是一直有光出来，就像打开手电筒的开关，它的光会一直亮着。连续激光是依靠持续亮光到待测高度，进行某个高度下数据采集。脉冲激光输出的激光是不连续的，而是一闪一闪的。脉冲激光的原理是发射几万个的激光粒子，从激光的特性来看，脉冲激光要比连续激光测量的点位多几十倍。本发明实施例发射的激光探测信号可以为上述任意一种。

第一方面，本发明实施例提供一种激光雷达测距方法，能够使得激光雷达在测量远近距离时都具有良好的测距性能，并提高激光雷达的最大测量频率。

如图4所示，本发明的实施例提供一种激光雷达测距方法，包括：

S11，控制发射器向被测目标发射激光探测信号；

具体而言，与微波雷达相比，激光雷达采用激光作为探测信号具有如下优点：激光光束发散角小，能量集中，探测灵敏度和分辨率高；多普勒频移大，可以探测从低速到高速的目标；天线和系统的尺寸可以做得很小；利用不同分子对特定波长的激光吸收、散射或荧光特性，可以探测不同的物质成分。

激光雷达发射器的种类主要有半导体激光器、半导体泵浦的固体激光器和气体激光器等。

半导体激光器是以直接带隙半导体材料构成的PN结或PIN结为工作物质的一种小型化激光器。半导体激光器工作物质有几十种，目前已制成激光器的半导体材料有砷化镓、砷化铟、锑化钢、硫化镉、碲化镉、硒化铅、碲化铅等。半导体激光器的激励方式主要有电注入式、光泵式和高能电子束激励式。绝大多数半导体激光器的激励方式是电注入，即给PN结加正向电压，以使在结平面区域产生受激发射，也就是说是个正向偏置的二极管。

S12，在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制第一接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制第二接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

其中，所述第一预设距离阈值大于或者等于所述第二预设距离阈值；

所述第一接收器的性能参数与所述第一接收器对应的测距范围相关，所述第二接收器的性能参数与所述第二接收器对应的测距范围相关。

具体而言，激光雷达发射器发射的激光探测信号在强度一定的情况下，激光回波信号的强度与测量距离的平方近似成反比，测量距离越近，接收到的激光回波信号越强，反之，测量距离越远，接收到的激光回波信号越微弱。

相比于传统激光雷达中仅有一个激光回波信号接收器的设计方式，本发明实施例采用两个不同的激光回波信号接收器，其中第一接收器的性能参数与第一接收器对应的测距范围（即从零至第一预设距离阈值的测距范围，且第一预设距离阈值小于最大探测距离）相关，即第一接收器的性能参数被设计为在从零至第一预设距离测量范围（下文简称为近距离测量范围）内具有良好的测距性能。更具体的，可以根据第一接收器在近距离测量范围内可能接收到的激光回波信号的最大/小强度值，对第一接收器的感光上限值/下限值（感光阈值）进行设计。这样第一接收器接收到近距离测距范围内的被测物体返回的强度较高的激光回波信号时，就不会出现过曝现象，因而激光雷达在测量近距离测量范围时具有良好的测距性能。

另一方面，本发明实施例采用的第二接收器的性能参数与第二接收器对应的测距范围相关，即第二接收器用于接收从第二预设距离阈值至最大探测距离范围内的物体返回的激光回波信号，即第二接收器的性能参数被设计为在从第二预设距离阈值至最大探测距离范围内（下文简称为远距离测量范围）具有良好的测距性能。更具体的，可以根据第二接收器在远距离测量范围内可能接收到的激光回波信号的最大/小强度值，对第二接收器的感光上限值/下限值（感光阈值）进行设定。这样第二接收器接收到远距离测量范围内的被测物体返回的微弱激光回波信号时，就不会出现感光阈值过高，检测灵敏度不足的现象，因而激光雷达在测量远距离测量范围时具有良好的测距性能。

总而言之，通过将整个测量量程划分为近距离测量范围和远距离测量范围，通过控制器使得第一接收器负责进行近距离测量，第二接收器负责进行远距离测量，而在研发阶段将第一接收器的性能参数设计为与近距离测量相适应，将第二接收器的性能参数设计为与远距离测量相适应，从而能够使得激光雷达在整个测量量程范围内都具有良好的测距性能。

另外的，激光雷达接收器在可接收状态下接收到激光回波信号之后，立即跳变为不可接收激光回波的状态，为了使得接收器从不可接收状态转变回可接收状态，则需要进行硬件复位，此过程耗费的时间称为硬件复位时间。

如图1所示，目前，相关技术中的雷达测距系统采用单接收器的设计方式，接收器在硬件复位的时间段无法接收到激光回波信号，因此激光雷达的最小测量周期为最大飞行时间与硬件复位时间之和。

具体举例而言，中长距激光雷达的硬件复位时间为100ns左右，而最大飞行时间由最远探测距离决定。若最远探测距离为L0，光速为c，则激光探测信号往返的飞行时间为T=L0×2÷c，例如L0=500m，则T=3.33us，一般硬件系统复位时间为100-500ns，即使不考虑其他时间损失，仅硬件复位时间和飞行时间这两类条件限制下的激光雷达的最大测量频率约为280kHz。在实际应用中，上述最大测量频率值偏低，进而会影响激光雷达的分辨率和帧频等性能，导致无法满足实际的应用需要。

如图5示出了在本发明实施例中第一预设距离阈值等于第二距离预设阈值的信号时序图，可以看出第一接收器和第二接收器处于交替使能状态，因此两个接收器均可在其非使能的时间段内进行硬件复位操作，而无需单独占用最大飞行时间段之外的时间进行硬件复位。因此采用本发明实施例时，最小测量周期为最大飞行时间，相比于现有的单接收器结构的激光雷达而言，能够减小测量周期，有效提高激光雷达的最大测量频率，进而提升了激光雷达的分辨率和帧频等性能。同理，在第一预设距离阈值大于第二距离预设阈值时，同样可以实现以上技术效果，在此不再赘述。

可选的，在本发明的一个实施例中，在所述激光探测信号发出后，控制器按照预设时序控制所述第一接收器与所述第二接收器交替处于使能状态，以便在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制第一接收器接收所述激光回波信号，在所述被测目标与发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制第二接收器接收所述激光回波信号。

具体的，第一接收器与第二接收器都可以通过控制器产生的电子控制信号进行开关控制，以使得第一接收器在接收到近距离测量范围内返回的激光回波信号时处于使能状态，同时使得第二接收器在接收近距离测量范围内的激光回波信号处于非使能状态，这样激光雷达就能够通过第一接收器对近距离测量范围内返回的激光回波信号进行接收以及后续的处理。同理，通过电子控制信号可以使得第二接收器在接收到远距离测量范围内返回的激光回波信号时处于使能状态，同时使得第一接收器在接收远距离测量范围内的激光回波信号处于非使能状态，这样激光雷达就能够通过第二接收器对远距离测量范围内返回的激光回波信号进行接收以及后续的处理。

可选的，在本发明的一个实施例中，可以根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第一预设距离阈值及光速，确定第一时刻；根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第二预设距离阈值及光速，确定第二时刻；根据所述激光探测信号的发射时刻、激光雷达的最大探测距离以及光速，确定第三时刻；在所述激光探测信号的发射时刻起至所述第一时刻止，控制所述第一接收器处于使能状态；在所述第二时刻起至所述第三时刻止，控制所述第二接收器处于使能状态。

具体的，例如第一预设距离阈值为100米，则可以计算出激光来回飞行100米所耗费的时间为0.67us，即确定第一时刻为0.67us。通过控制第一接收器在0 us（激光探测信号的发射时刻）至0.67us的时间段内处于使能状态，即可保证处于0至100米范围内的物体所反射的激光回波会被第一接收器接收到，以便于第一接收器对近距离测量范围返回的激光回波信号进行接收以及后续处理。同理，若第二预设距离阈值同样为100米，且最大探测距离为500米，则第二时刻为0.67us，第三时刻来回飞行500米距离所需的3.33us，在0.67 us至3.33us的时间段内，第二接收器处于使能状态，而第一接收器处于非使能状态，则可以保证距离发射器在100米至500米范围内的物体反射的激光回波会被第二接收器接收到，而无法被第一接收器接收到。

如果将第二预设距离阈值与第一预设距离阈值均设定为相同数值，例如100米，则第一接收器的关闭时刻和第二接收器的开启时刻均为0.67us。由于误差是普遍存在的，因此激光雷达在控制接收器开启和关闭使能状态时同样不可避免地存在误差。举例而言，若第一接收器的关闭时刻为0.66 us，而第二接收器的开启时刻为0.68 us，那么在0.66 us至0.68us时间区间内，如果激光回波信号进入到激光雷达内，则两个接收器都无法接收到，这也意味着在这个测量周期中激光雷达无法对特定范围的距离值进行有效测量。

在第二预设距离阈值小于第一预设距离阈值时，例如第二预设距离阈值为80米，则第二接收器处于使能状态的时间段为0.53 us至3.33us，在0.53us至0.67 us的时间段内，第一接收器和第二接收器处于使能状态，都可以接收到激光回波信号。则即使两个接收器的开启和关闭时刻存在一定误差，激光雷达仍能够正常接收激光回波信号，因而增强了激光雷达的可靠性和稳定性。换角度而言，采用本设计方式，对接收器的时序控制的误差有较大的接受范围，意味着在产品制造中可以降低产品的成本。

可选的，在本发明的一个实施例中，如图6所示，间隔预设时长控制所述发射器发射一次激光探测信号，所述预设时长t0大于或等于T+t1+t2-t4，其中，T为所述激光探测信号的发射时刻至所述第三时刻的时间间隔，t1为所述第二接收器的硬件复位时间，t2为所述第一时刻与所述第二时刻的时间间隔，t4为所述激光探测信号的发射时刻至所述第一时刻的时间间隔；其中，t4大于t1+t2。

具体而言，t2为所述第一时刻与所述第二时刻的时间间隔，表征了第一接收器和第二接收器使能状态的重叠时段长度，可以根据激光雷达的时序控制存在的最大误差，对t2的长度值进行确定。t2应该大于第一接收器时间最大误差与第二接收器时间最大误差之和，以使得即使在最坏的情况下，第一接收器和第二接收器中至少一个可以接收到激光回波信号，以避免出现激光回波信号不能被激光雷达接收到的情形。

t4表征了第一接收器处于使能状态的时间长度，为了进一步缩短激光雷达的测量周期，可以将测量周期从最大飞行时间T缩短为大于等于T+t1+t2-t4的任一数值，即在上一测量周期中最大飞行时间尚未结束的情况下，即可发出本测量周期的使能信号，如图6所示。在T+t1+t2-t4至T的时间段内，第一接收器和第二接收器都处于使能状态，如果激光回波信号在该时间段内返回至两个接收器当中，为了区分接收到的激光回波信号是由上一个测量周期还是本测量周期发射的激光探测信号反射形成，可以通过激光回波信号的强度进行区分，进而能够对测量距离进行区分而不会引起混淆，可见采用上述设计方式能够在整个量程范围内对距离进行测量。可见本发明实施例采用上述设计方式，对最小测量周期进行了进一步缩短，也相应提高了激光雷达的最大测量频率。

可选的，在本发明的一个实施例中，所述性能参数包括以下参数中的至少一种：感光阈值，感光上限值，以及增益值。

具体而言，感光阈值表征接收器能够检测到的最小激光回波信号强度，感光上限值表征接收器能够检测到的最大激光回波信号强度，增益值表征激光回波信号返回至接收器之后，通过光学系统时的增益值，以及通过光学系统并转化为电信号之后，对电信号的增益值。

可选的，在本发明的一个实施例中，第一接收器用于接收较强的激光回波信号，第二接收器用于接收较弱的激光回波信号，可以将第一接收器设计为具有较低的增益值，较高的感光阈值以及感光上限值，将第二接收器设计为具有较高的增益值，较低的感光阈值以及感光上限值。当然，这并非是唯一的实现方式，任何通过对感光阈值，感光上限值，以及增益值进行计算和设计，以达到使得两个接收器在远近测距范围达到良好测距性能的实现方式均属于本发明的保护范围。

第二方面，本发明实施例提供一种激光雷达测距装置，能够使得激光雷达在整个探测量程范围内均有良好的测距性能，同时能够提高激光雷达的最大测量频率。

如图7所示，本发明的实施例提供的激光雷达测距装置1，包括：

发射控制模块11，用于控制发射器向被测目标发射激光探测信号；

接收控制模块12，用于在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制第一接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制第二接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

其中，所述第一预设距离阈值大于或者等于所述第二预设距离阈值；

所述第一接收器的性能参数与所述第一接收器对应的测距范围相关，所述第二接收器的性能参数与所述第二接收器对应的测距范围相关。

本发明的实施例提供的激光雷达测距装置，通过将整个测量范围划分为近距离测量范围和远距离测量范围，通过控制器使得第一接收器用于进行近距离测量，第二接收器用于进行远距离测量，同时将第一接收器的性能参数设计为与近距离测量范围相适应，将第二接收器的性能参数设计为与远距离测量范围相适应，从而能够使得激光雷达在整个测量范围内都具有良好的测距性能。本发明实施例中采用的两个接收器分别负责在近距离测量范围和远距离测量范围进行测距，两个接收器均可在其非使能的时间段内进行硬件复位操作，而无需单独占用最大飞行时间之外的时间进行硬件复位。因此采用本发明实施例时，最小测量周期为最大飞行时间，相比于现有的单接收器结构的激光雷达而言，能够减小最小测量周期，有效提高激光雷达的最大测量频率，进而提升了激光雷达的分辨率和帧频等性能。

可选的，接收控制模块12具体用于：在所述激光探测信号发出后，按照预设时序控制所述第一接收器与所述第二接收器交替处于使能状态，以便在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制所述第一接收器接收所述激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制所述第二接收器接收所述激光回波信号。

可选的，接收控制模块12具体用于：

根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第一预设距离阈值及光速，确定第一时刻；

根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第二预设距离阈值及光速，确定第二时刻；

根据所述激光探测信号的发射时刻、激光雷达的最大探测距离以及光速，确定第三时刻；

在所述激光探测信号的发射时刻起至所述第一时刻止，控制所述第一接收器处于使能状态；

在所述第二时刻起至所述第三时刻止，控制所述第二接收器处于使能状态。

可选的，发射控制模块11具体用于：间隔预设时长控制所述发射器发射一次激光探测信号，所述预设时长t0大于或等于T+t1+t2-t4，其中，T为所述激光探测信号的发射时刻至所述第三时刻的时间间隔，t1为所述第二接收器的硬件复位时间，t2为所述第一时刻与所述第二时刻的时间间隔，t4为所述激光探测信号的发射时刻至所述第一时刻的时间间隔；

其中，t4大于t1+t2。

可选的，所述性能参数包括以下参数中的至少一种：感光阈值，感光上限值，以及增益值。

第三方面，本发明实施例提供一种激光雷达，能够使得激光雷达在整个探测量程范围内均有良好的测距性能，并能够提高激光雷达的最大测量频率。

如图8所示，本发明的实施例提供的一种激光雷达，可以包括：发射器21、控制器22、第一接收器23和第一接收器24，其中，发射器21，与控制器22电连接，用于在控制器22的控制下，向被测目标发射激光探测信号；

第一接收器23，与控制器22电连接，用于在控制器22的控制下，接收被测目标对激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

第二接收器24，与控制器22电连接，用于在控制器22的控制下，接收所述被测目标对激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

控制器22，用于控制发射器21、第一接收器22以及第二接收器23，执行前述任一实施例所述的激光雷达测距方法。

可选的，发射器21发出的激光探测信号以及所述被测目标返回的所述激光回波信号，通过导光机构和扫描机构在所述激光雷达中传播。

具体而言，激光雷达发射器发射的激光探测信号通过导光机构和扫描机构向各个方向的目标物体进行发射。其中，如图2所示，扫描机构有两种工作方式，在第一种工作方式中，扫描机构在激光探测信号的发射以及接收测量周期中保持静止，在测量周期结束之后再进行转动，因此激光探测信号与激光回波信号可以完全同轴，能够保证激光回波信号进入到第一接收器22和第二接收器23中；在第二种工作方式中，扫描机构一直处于转动状态，在一个测量周期之中，转动角度较小，激光回波信号的光轴与出射的激光探测信号的光轴之间仅有微小差异，激光回波信号仍能入射到导光机构的反射面上，从而进入第一接收器22和第二接收器23中。

可选的，所述导光机构包括以下至少一种：带孔反射镜、固定透过率的镀膜反射镜。

具体而言，为了实现激光探测信号的出射以及激光回波信号能够返回至两个接收器中，需要导光机构同时具有透光功能以及反射功能，具体的，导光机构可以采用带孔反射镜或者固定透过率的镀膜反射镜。当导光机构为带孔反射镜时，激光探测信号通过带孔反射镜上设置的小孔出射至扫描机构，激光回波信号也可以通过带孔反射镜上设置的小孔以及带孔反射镜的反射功能入射至第一接收器22和第二接收器23中。同样的，当导光机构为固定透过率的镀膜反射镜时，激光探测信号可以通过固定透过率的镀膜反射镜出射到扫描机构，激光回波信号也可以通过固定透过率的镀膜反射镜的透光性能和折射性能反射到第一接收器22和第二接收器23中。

第四方面，本发明的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存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现前述实施例提供的任一种激光雷达测距方法，因此也能实现相应的技术效果，前文已经进行了详细说明，此处不再赘述。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。

尤其，对于装置实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

为了描述的方便，描述以上装置是以功能分为各种单元/模块分别描述。当然，在实施本发明时可以把各单元/模块的功能在同一个或多个软件和/或硬件中实现。

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，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一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的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体（Read-Only Memory，ROM）或随机存储记忆体（Random AccessMemory，RAM）等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种激光雷达测距方法，其特征在于，包括：

控制发射器向被测目标发射激光探测信号；

在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制第一接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制第二接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

其中，所述第一预设距离阈值大于或者等于所述第二预设距离阈值；

所述第一接收器的性能参数与所述第一接收器对应的测距范围相关，所述第二接收器的性能参数与所述第二接收器对应的测距范围相关。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制第一接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制第二接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，包括：

在所述激光探测信号发出后，按照预设时序控制所述第一接收器与所述第二接收器交替处于使能状态，以便在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制所述第一接收器接收所述激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制所述第二接收器接收所述激光回波信号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述按照预设时序控制所述第一接收器与所述第二接收器交替处于使能状态包括：

根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第一预设距离阈值及光速，确定第一时刻；

根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第二预设距离阈值及光速，确定第二时刻；

根据所述激光探测信号的发射时刻、激光雷达的最大探测距离以及光速，确定第三时刻；

在所述激光探测信号的发射时刻起至所述第一时刻止，控制所述第一接收器处于使能状态；

在所述第二时刻起至所述第三时刻止，控制所述第二接收器处于使能状态。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述控制发射器向被测目标发射激光探测信号，包括：

间隔预设时长控制所述发射器发射一次激光探测信号，所述预设时长t0大于或等于T+t1+t2-t4，其中，T为所述激光探测信号的发射时刻至所述第三时刻的时间间隔，t1为所述第二接收器的硬件复位时间，t2为所述第一时刻与所述第二时刻的时间间隔，t4为所述激光探测信号的发射时刻至所述第一时刻的时间间隔；

其中，t4大于t1+t2。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，

所述性能参数包括以下参数中的至少一种：感光阈值，感光上限值，以及增益值。

6.一种激光雷达测距装置，其特征在于，包括：

发射控制模块，用于控制发射器向被测目标发射激光探测信号；

接收控制模块，用于在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制第一接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制第二接收器接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

其中，所述第一预设距离阈值大于或者等于所述第二预设距离阈值；

所述第一接收器的性能参数与所述第一接收器对应的测距范围相关，所述第二接收器的性能参数与所述第二接收器对应的测距范围相关。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述接收控制模块具体用于：在所述激光探测信号发出后，按照预设时序控制所述第一接收器与所述第二接收器交替处于使能状态，以便在所述被测目标与所述发射器之间的距离小于第一预设距离阈值的情况下，控制所述第一接收器接收所述激光回波信号，在所述被测目标与所述发射器之间的距离大于或等于第二预设距离阈值的情况下，控制所述第二接收器接收所述激光回波信号。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述接收控制模块具体用于：

根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第一预设距离阈值及光速，确定第一时刻；

根据所述激光探测信号的发射时刻、所述第二预设距离阈值及光速，确定第二时刻；

根据所述激光探测信号的发射时刻、激光雷达的最大探测距离以及光速，确定第三时刻；

在所述激光探测信号的发射时刻起至所述第一时刻止，控制所述第一接收器处于使能状态；

在所述第二时刻起至所述第三时刻止，控制所述第二接收器处于使能状态。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，

所述发射控制模块具体用于：间隔预设时长控制所述发射器发射一次激光探测信号，所述预设时长t0大于或等于T+t1+t2-t4，其中，T为所述激光探测信号的发射时刻至所述第三时刻的时间间隔，t1为所述第二接收器的硬件复位时间，t2为所述第一时刻与所述第二时刻的时间间隔，t4为所述激光探测信号的发射时刻至所述第一时刻的时间间隔；

其中，t4大于t1+t2。

10.根据权利要求6至9中任一项所述的装置，其特征在于，

所述性能参数包括以下参数中的至少一种：感光阈值，感光上限值，以及增益值。

11.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：发射器、第一接收器、第二接收器和控制器；

所述发射器，与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下，向被测目标发射激光探测信号；

所述第一接收器，与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下，接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

所述第二接收器，与所述控制器电连接，用于在所述控制器的控制下，接收所述被测目标对所述激光探测信号反射所形成的激光回波信号；

所述控制器，用于控制所述发射器、所述第一接收器以及所述第二接收器，执行权利要求1至5中任一项所述的激光雷达测距方法。

12.根据权利要求11所述的激光雷达，其特征在于，所述发射器发出的激光探测信号以及所述被测目标返回的所述激光回波信号，通过导光机构和扫描机构在所述激光雷达中传播。

13.根据权利要求12所述的激光雷达，其特征在于，所述导光机构包括以下至少一种：带孔反射镜、固定透过率的镀膜反射镜。

14.一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存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现权利要求1至5中任一项所述的激光雷达测距方法。

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