CN114019520A - 激光雷达的信号处理方法、激光雷达及其探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种激光雷达的信号处理方法，包括：发射探测信号，所述探测信号包括以时间间隔编码的N个探测脉冲，发射所述N个探测脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN‑1，其中N为整数，且N≥2；接收雷达回波作为参考波形，所述雷达回波中包括与所述N个探测脉冲对应的回波脉冲；将所述参考波形依次延迟TN‑1、TN‑2……T1，得到N‑1个延迟波形；按照预设条件，将所述参考波形和所述第N‑1个延迟波形在时域进行消除处理或叠加处理，得到甄别波形；根据所述甄别波形，获得所述雷达回波的接收时间。

Description

激光雷达的信号处理方法、激光雷达及其探测方法
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种延迟叠加的信号处理方法，使用该信号处理方法的激光雷达，及其探测方法。
背景技术
激光雷达是一种使用光学方法精准测距的装置，可应用于障碍监测、地质建模、位置获取及机器人、无人车等领域。其根本原理简单，通过测量发射光经反射物返回雷达的飞行时间计算反射物距离，通过扫描手段覆盖不同方位从而获取一系列距离点，感知周围环境。此类激光雷达的主要结构一般包括激光发射与接收器及其光学系统、信号处理器、控制器、扫描结构及其他机械结构。信号处理是十分重要的部分，其与硬件设计共同决定了激光雷达的测远性能、测距精度等重要指标。在实际应用中，信号处理主要面对两方面的挑战，一是环境光噪声，二是其他雷达干扰或者雷达自身不同通道之间的干扰。前者要求在噪声中对信号的甄别能力，后者要求一定的编码加密特性。信号处理算法将直接影响雷达点云的像素数、噪声数等点云质量指标。
公开的技术中常用的方法有：一、使用滤波器降低噪声，并通过滤波器的特殊编码降低滤波产生的噪音，实现信号甄别。比如采用Barker Code编码，一方面，为了实现BarkerCode编码，必须出现负脉冲。对于激光器来说，无法直接实现负脉冲发射，只能通过多次测量结果的加权叠加实现，需要负加权系数。这显然增大了单次距离信息获取所需要的测量时间，降低帧率、增大功耗。另一方面，想要较好的实现Barker Code编码的正负相消去噪音，对脉冲间隔有很强的限制，否则无法实现正负相消，而且Barker Code编码间距是个定值，且都相等，那编码的数量可选择的非常有限。这就大大降低了多脉冲编码的特异性，使得抗干扰性能大大降低。
二、对激光脉冲进行多脉冲间隔、脉冲宽度、脉冲幅度等调制，使得雷达每个通道每次发射的激光脉冲都具有一定的特异性，配合信号处理端的符合判断从而减弱信号干扰。但脉宽调制对激光器硬件要求更高，而且由于存在宽脉冲，噪声的影响增大，脉冲的定位误差也会增大，这就会牺牲一定的测距精度。而幅度调制和多脉冲编码则降低了脉冲峰值功率，因而牺牲了一定的测远性能。编码还会造成测距精度降低。
发明内容
有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种激光雷达的信号处理方法，通过脉冲时间间隔编码保证误码率，同时通过去噪与多脉冲叠加的方式提升信噪比，优化测远及测距精度；具体地，该信号处理方法直接在时域中对信号进行处理，采用多脉冲信号的时间间隔作为延迟时间，通过延迟链电路对信号进行时间延迟，并在时域中对延迟后的信号和原信号根据预设条件进行信号处理。
本发明提供一种激光雷达的信号处理方法，包括：
发射探测信号，所述探测信号包括以时间间隔编码的N个探测脉冲，发射所述N个探测脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2；
接收雷达回波，作为参考波形，所述雷达回波中包括与所述N个探测脉冲对应的回波脉冲，所述回波脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2；
将所述参考波形依次延迟TN-1、TN-2……T1，得到N-1个延迟波形；
按照预设条件，将所述参考波形和所述第N-1个延迟波形在时域进行消除处理或叠加处理，得到甄别波形；和
根据所述甄别波形，获得所述雷达回波的接收时间。
根据本发明的一个方面，其中所述预设条件包括：
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；
当所述参考波形的信号幅度小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理；和
当所述参考波形的信号幅度小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理。
根据本发明的一个方面，其中所述预设条件还包括：当所述叠加处理后的信号不小于第二阈值时，输出所述叠加处理后的信号；当所述叠加处理后的信号小于所述第二阈值时，禁止输出所述叠加处理后的信号，所述第二阈值大于所述第一阈值。
根据本发明的一个方面，其中所述预设条件还包括：
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，判断是否对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理：
当所述参考波形和所述延迟波形中一个信号幅度小于第三阈值，且所述参考波形和所述延迟波形中另一个信号幅度不小于第四阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理；
在其余情况，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；其中所述第四阈值大于所述第三阈值，所述第三和第四阈值在所述第一和第二阈值之间。
根据本发明的一个方面，所述信号处理方法还包括：
根据所述回波脉冲对应的发射脉冲，获得飞行时间TOF；
根据所述飞行时间TOF，计算目标物的距离。
本发明还提供一种激光雷达，包括：
发射单元，配置成发射探测信号，所述探测信号包括以时间间隔编码的N个探测脉冲，发射所述N个探测脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2；
接收单元，配置成接收雷达回波，作为参考波形，所述雷达回波中包括与所述N个探测脉冲对应的回波脉冲，所述回波脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2；
处理单元，配置成将所述参考波形依次延迟TN-1、TN-2……T1，得到N-1个延迟波形；按照预设条件，将所述参考波形和所述第N-1个延迟波形在时域进行消除处理或叠加处理，得到甄别波形；根据所述甄别波形，获得所述雷达回波的接收时间。
根据本发明的另一个方面，其中所述预设条件包括：
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；
当所述参考波形的信号幅度小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理；和
当所述参考波形的信号幅度小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理。
根据本发明的另一个方面，其中所述的预设条件还包括：
当所述叠加处理后的信号不小于第二阈值时，输出所述叠加处理后的信号；当所述叠加处理后的信号小于所述第二阈值时，禁止输出所述叠加处理后的信号，所述第二阈值大于所述第一阈值。
根据本发明的另一个方面，其中所述的预设条件还包括：
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，判断是否对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理：
当所述参考波形和所述延迟波形中一个信号幅度小于第三阈值，且所述参考波形和所述延迟波形中另一个信号幅度不小于第四阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理；
在其余情况，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；其中所述第四阈值大于所述第三阈值，所述第三和第四阈值在所述第一和第二阈值之间。
根据本发明的另一个方面，其中所述处理单元还包括延迟链电路，所述延迟链电路配置成可获取所述参考波形中的N个所述回波脉冲，并对N个所述回波脉冲依次延迟TN-1、TN-2……T1。
根据本发明的另一个方面，其中所述处理单元配置成：
根据所述回波脉冲对应的发射脉冲，获得飞行时间TOF；
根据所述飞行时间TOF，计算目标物的距离。
本发明还提供一种使用如上所述的激光雷达进行探测的方法，包括：
向所述激光雷达的外部发射探测光束；
接收所述探测光束被目标物反射的回波光束；
通过处理单元对所述回波光束进行处理，得到甄别波形；
从所述甄别波形上提取处理后的回波信息；和
根据所述回波信息计算目标物的距离。
本发明的优选实施例提供了一种延迟叠加的信号处理方法，通过将发射信号进行时间间隔编码，避免了不同雷达、雷达自身不同通道之间的信号串扰；再利用光子散粒噪声的概率分布特性，通过将回波信号作为参考波形，延迟后得到延迟波形，将参考波形和延迟波形叠加，根据符合探测原理进行处理，有效地滤除了大部分噪声，提高了信噪比，使得以抗干扰为目的的多脉冲编码设计中的脉冲能量得以充分利用，去除噪声并增强了雷达的测远性能。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达的信号处理方法；
图2a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的发射信号波形、回波信号波形；
图2b示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的延迟处理后的回波信号波形；
图2c示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的叠加处理后的波形；
图2d示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的噪声信号波形；
图2e示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的延迟处理后的噪声信号波形；
图2f示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例的消除处理后的噪声信号波形；
图3a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例根据预设条件进行消除处理和叠加处理的回波信号波形；
图3b示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例根据预设条件进行消除处理和叠加处理的延迟信号波形；
图3c示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例根据预设条件进行消除处理和叠加处理的甄别波形；
图4a示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例根据预设条件进行消除处理和叠加处理的回波信号波形；
图4b示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例根据预设条件进行消除处理和叠加处理的延迟信号波形；
图4c示意性地示出了根据本发明的一个优选实施例根据预设条件进行消除处理和叠加处理的甄别波形；
图5示出了延迟链电路的基本结构；
图6示出了根据本发明的一个优选实施例的激光雷达的探测方法。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
以下结合附图对本发明的实施例进行说明，应当理解，此处所描述的实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
为了消除或者降低噪声，本发明利用了光子散粒噪声的概率分布特性，使得以抗干扰为目的的多脉冲编码设计中的脉冲能量得以充分利用，有效提升了信噪比。散粒噪声因为其符合泊松分布，又称为泊松噪声，泊松噪声随着光强增大，平均噪声也增大。光子散粒噪声N服从泊松分布P(λ)，其中λ是单位时间内产生离散光子的平均数量，泊松分布的期望和方差均为λ，光子散粒噪声的幅度标准差为：
Figure BDA0002590425050000081
将单次测量的结果(回波波形)延迟叠加，则信号叠加后的幅度期望为E(Xadd)＝2E(X)。信号延迟不会改变噪声的随机性，则叠加后的光子散粒噪声Nadd服从泊松分布P(2λ)，则
Figure BDA0002590425050000082
叠加前后信噪比分别为：
Figure BDA0002590425050000083
因此，通过单次测量信号的延迟叠加可以提升信噪比，进而提升测远性能，并且降低了测量时间。
根据本发明的一个优选实施例，本发明提供一种激光雷达的信号处理方法，该方法直接从时域操作信号，以实现滤波器难以实现的细节处理。下面参考附图详细描述。
如图1所示，根据本发明的一个优选实施例，本发明提供一种激光雷达的信号处理方法10，包括：
在步骤S101中，发射探测信号，所述探测信号包括以时间间隔编码的N个探测脉冲，发射所述N个探测脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2。
激光雷达在进行探测时，通常采用脉冲间隔编码的方式增强抗干扰能力。例如对于一个激光器，其在一次探测过程中可发射多个脉冲，相邻脉冲之间的间隔可以进行编码，因此激光雷达的接收端可以根据回波的脉冲间隔来区分所接收的回波是否对应于本激光雷达发射的脉冲，从而可以避免或者减轻相邻激光雷达之间的相互干扰。
在步骤S102中，接收雷达回波，作为参考波形。与激光雷达发射的N个探测脉冲相对应的，所述雷达回波中也包括与所述N个探测脉冲对应的回波脉冲，所述回波脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2。
在步骤S103中，将所述参考波形依次延迟TN-1、TN-2……T1，得到N-1个延迟波形。
在步骤S104中，按照预设条件，将所述参考波形和所述第N-1个延迟波形在时域进行消除处理或叠加处理，得到甄别波形。
在步骤S105中，根据所述甄别波形，获得所述雷达回波的接收时间。
下面参考图2a-2f，以双脉冲信号为例对上述的信号处理方法10进行详细说明。图2a-2c示出了通过上述的信号处理方法10，有效回波信号得到了增强；图2d-2f示出了通过上述的信号处理方法10，噪声被极大减弱。
如图2a所示，根据本发明的一个优选实施例，在进行一次探测时，激光雷达的一个激光器发射时间间隔为T的双脉冲信号201，雷达回波也是时间间隔为T的双脉冲信号202(但由于环境光以及其他因素的影响，回波中包含较多噪声信号，图中未示出)。如图2b所示，将回波信号202作为参考波形，延迟时间T，得到延迟波形203。
其中延迟时间设置为T，与发射时间间隔相同，用于在双脉冲信号(即参考信号)中的第一个脉冲延迟后的时间点正好与延迟前的双脉冲信号的第二个脉冲的时间点相同，从而将两者叠加能够形成相对幅度高的信号，便于信号甄别和处理。
如图2c所示，按照预设条件，将参考波形202和延迟波形203在时域进行消除处理或叠加处理(后文将进一步阐释其原理)，得到甄别波形204。
其中叠加处理是将符合预设条件的对应同一时间的参考波形和延迟波形进行叠加并显示在甄别波形中，具体地，可以通过加法器实现；消除处理是将符合预设条件的对应同一时间的参考波形和延迟波形进行抹平并显示在甄别波形中，即在甄别波形中对应时间的信号强度变为0。
根据上述理论分析可知，单次测量信号的延迟叠加本身就提高了信噪比。如图2d所示，分离出雷达回波中的干扰信号(散粒噪声)205，由于干扰信号(散粒噪声)205具有随机性，因而干扰信号之间的间隔恰好为T的概率很低。如图2e所示，将干扰信号延迟时间T后得到延迟干扰信号206，如图2f所示，干扰信号波形205与延迟干扰信号波形206进行消除处理，得到接近于抹平的噪声信号波形207。按照预设条件，在时域进行消除处理，则进一步去除了回波信号中的毛刺，使得以抗干扰为目的的多脉冲编码设计中的脉冲能量得以充分利用，去除噪声并增强了雷达的测远性能。
本领域技术人员可以理解，上述信号处理方法也可以推广到多脉冲的情况，例如发射以时间间隔编码的三脉冲激光信号(间隔时间依次为T1、T2)，将接收到的回波信号作为参考波形，需要做两次延迟处理:第一次延迟的时间为第二个脉冲和第三个脉冲之间的间隔，即T2；第二次延迟的时间为第一个脉冲和第二个脉冲之间的间隔，即T1。按照预设条件，将最终的延迟波形和参考波形在时域上进行消除处理或叠加处理来得到甄别波形。或者，将接收到的回波信号作为参考波形，做两次延迟处理：第一次延迟的时间为第一个脉冲和第二个脉冲之间的间隔，即T1，第二次延迟的时间为第二个脉冲和第三个脉冲之间的间隔，即T2，按照预设条件，将最终的延迟波形和参考波形在时域上进行消除处理或叠加处理来得到甄别波形。
其他以时间间隔编码的多脉冲信号处理方法以此类推。因此，发射多个以时间间隔编码的脉冲信号，接收该多脉冲发射信号的雷达回波，进行多次延迟处理，得到多个延迟波形，按照预设条件，将最终的延迟波形和参考波形在时域上进行消除处理或叠加处理来得到甄别波形的技术方案，亦在本发明的保护范围之内。
根据本发明的一个优选实施例，按照预设条件，将所述参考波形和所述第N-1个延迟波形在时域进行消除处理或叠加处理，得到甄别波形的步骤包括：
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；
当所述参考波形的信号幅度小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理；和
当所述参考波形的信号幅度小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理。
其中通过将对应同一时间点的参考波形的信号幅度和延迟波形的信号幅度分别与第一阈值比较，能够提取所需的信号并过滤掉噪声信号，比如对于双脉冲信号中的第一个脉冲延迟后的时间点正好与延迟前的双脉冲信号的第二个脉冲的时间点相同，从而将两者叠加能够形成相对幅度高的信号；并且当噪声信号在参考波形的信号幅度超过第一阈值时，而在同一时间点上对应的延迟波形的信号幅度小于第一阈值，则进行消除处理，从而过滤掉噪声信号，特别是强噪声信号。
通过对上述参考波形和延迟波形在时域进行信号处理，提高了信噪比，由此提升了激光雷达系统的测远能力，具体地，采用多脉冲信号的时间间隔作为延迟时间，通过延迟链电路对信号进行时间延迟，并在时域中对延迟后的信号和原信号根据预设条件进行叠加处理或消除处理。
下面结合附图进行说明。仍然以发射时间间隔为T的双脉冲信号的情况为例，根据本发明的一个优选实施例，如图3a所示，接收信号301为包含噪声毛刺的双脉冲信号，如图3b所示，以接收信号301为参考波形，延迟时间间隔T后得到延迟波形302，如图3c所示，对参考波形301和延迟波形302按照预设条件进行消除处理或叠加处理：当参考波形301和延迟波形302在时域上的幅度值均不小于第一阈值303的时候，如图中的时间点306处，此时说明这个波形是障碍物的回波信号，因为相对噪音来说，回波信号的幅度较大，那么将参考波形301与延迟波形302进行叠加；叠加后能够形成相对幅度高的信号，并显示在甄别波形中，便于信号甄别和提取，从而解决了原波形存在强噪声时不易甄别以及易误识别的问题。此外，当参考波形301和延迟波形302在时域上的幅度值均小于第一阈值303的时候，对两个波形进行叠加处理，如图中的时间点307处；当参考波形301在时域上的幅度值不小于第一阈值303，延迟波形302在时域上的幅度值小于第一阈值303的时候，或者，当参考波形301在时域上的幅度值小于第一阈值303，延迟波形302在时域上的幅度值不小于第一阈值303的时候，如图中的时间点308处，对参考波形301和延迟波形302进行消除处理；消除后会将噪声信号(参考波形中时间点308对应脉冲)进行抹平并显示在甄别波形中，即在甄别波形中对应时间的信号强度变为0，通过消除处理能够有效去除噪声，特别是强噪声，来提高信噪比。
根据本发明的一个优选实施例，按照预设条件，将所述参考波形和所述第N-1个延迟波形在时域进行消除处理或叠加处理，得到甄别波形的步骤还包括：
当所述叠加处理后的信号不小于第二阈值时，输出所述叠加处理后的信号；当所述叠加处理后的信号小于所述第二阈值时，禁止输出所述叠加处理后的信号，所述第二阈值大于所述第一阈值。
通过设置第二阈值来决定叠加处理后的信号是否输出，从而能有效避免噪声叠加后的信号输出，来提高信噪比。
如图3c所示，叠加后的波形为波形304，再根据第二阈值305进行过滤，禁止输出幅度小于第二阈值305的信号波形。设置第二阈值305可进一步滤除波形中的毛刺。因此通过第二阈值305过滤后，在叠加的波形中仅保留时间点306处的波形，其对应于接收信号301中第二个回波脉冲，绝大部分的噪声都被有效过滤。
根据本发明的另一个优选实施例，按照预设条件，当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，判断是否对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理的步骤包括：
当所述参考波形和所述延迟波形中一个信号幅度小于第三阈值，且所述参考波形和所述延迟波形中另一个信号幅度不小于第四阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理；
在其余情况，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；其中所述第四阈值大于所述第三阈值，所述第三和第四阈值在所述第一和第二阈值之间。
由此，在根据第一阈值和第二阈值进行叠加处理并决定叠加后的信号是否输出的基础上，进一步在所述第一和第二阈值之间设置第三阈值和第四阈值，用于避免在噪声很强时(噪声信号强度超过第一阈值时)误将噪声信号与延迟信号进行叠加处理后的信号输出，从而进一步提高信噪比。
如图4a-4c所示，仍然以发射时间间隔为T的双脉冲信号进行说明，根据本发明的一个优选实施例，如图4a所示，接收信号301为包含噪声毛刺的双脉冲信号，如图4b所示，以接收信号301为参考波形，延迟时间间隔T后得到延迟波形302，如图4c所示，对参考波形301和延迟波形302按照预设条件进行消除处理或叠加处理：当参考波形301和延迟波形302在时域上的幅度值均不小于第一阈值303的时候，如图中的时间点311上，此时可以初步判定时域上的这个点是障碍物的回波信号，因为相对噪音来说，回波信号的幅度较大。为了避免出现误将噪声信号与延迟信号进行叠加处理后的信号输出的情况，进一步设置两个阈值，分别为第三阈值310和第四阈值309，其中第四阈值309大于第三阈值310,第四阈值309和第三阈值310介于第一阈值303和第二阈值305之间。当参考波形301和延迟波形302在时域上的幅度值存在分别位于第四阈值309以上和第三阈值310以下的情况时，对参考波形301上该时间点的信号与延迟波形302上该时间点的信号做消除处理，如图中的时间点311处。最终得到甄别波形304，设置第三阈值310和第四阈值309可进一步滤除噪声。
根据本发明的一个优选实施例，如上所述的信号处理方法还包括：
根据所述回波脉冲对应的发射脉冲，获得飞行时间TOF；
根据所述飞行时间TOF，计算目标物的距离。
其中飞行时间使用如上所述的甄别波形中的脉冲峰值的时间点进行计算。
根据本发明的一个优选实施例，本发明还提供一种激光雷达，包括：
发射单元，配置成发射探测信号，所述探测信号包括以时间间隔编码的N个探测脉冲，发射所述N个探测脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2；
接收单元，配置成接收雷达回波，作为参考波形，所述雷达回波中包括与所述N个探测脉冲对应的回波脉冲，所述回波脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2；
处理单元，配置成将所述参考波形依次延迟TN-1、TN-2……T1，得到N-1个延迟波形；按照预设条件，将所述参考波形和所述第N-1个延迟波形在时域进行消除处理或叠加处理，得到甄别波形；根据所述甄别波形，获得所述雷达回波的接收时间。
其中所述预设条件与上述信号处理方法的各个优选实施例中所阐述的相同，在此不再赘述。
在具体实现中，可以将回波的多脉冲信号进行脉冲信号提取处理，以便于处理单元后续根据预设条件进行比较，来进行消除处理或叠加处理。根据本发明的一个优选实施例，如图5所示，处理单元还包括延迟链电路(TDC)，其功能是将两个信号之间的时间间隔转换为数字量。如图5所示，数字延迟链TDC包括串联的N个延迟单元(buffer)以及对每一个延迟单元输出采样的触发器DFF。图中每个延迟单元对输入信号Start的延迟时间例如分别为T0、T1，T2……TN-1。每个延迟单元对输入信号进行相应的延迟，然后通过所对应的触发器DFF对延迟后的信号进行采样输出，采样输出信号例如分别为Q0、Q1，Q2……QN-1。
根据本发明的一个优选实施例，如上所述的处理单元配置成：
根据所述回波脉冲对应的发射脉冲，获得飞行时间TOF；
根据所述飞行时间TOF，计算目标物的距离。
根据本发明的一个优选实施例，如图6所示，本发明还提供一种使用如上所述的激光雷达进行探测的方法60，包括：
在步骤S601中，向所述激光雷达的外部发射探测光束；
在步骤S602中，接收所述探测光束被目标物反射的回波光束；
在步骤S603中，通过处理单元对所述回波光束进行处理，得到甄别波形；
在步骤S604中，从所述甄别波形上提取处理后的回波信息；
在步骤S605中，根据所述回波信息计算目标物的距离。
公开的技术中抗干扰的加密编码会造成一定的测远性能或测距精度的降低，因此，本发明的优选实施例通过脉冲时间间隔编码保证误码率，同时，通过符合降噪与多脉冲叠加的方式提升信噪比，优化测远性能。本领域技术人员能够理解，编码的加密强度一定的条件下，可以调整脉冲间隔编码与脉宽及幅度调制编码的“占比”，以得到最优的测远及测距精度性能。
本发明的优选实施例提供了一种延迟叠加的信号处理方法，通过将发射信号进行时间间隔编码，避免了不同雷达、雷达自身不同通道之间的信号串扰；再利用光子散粒噪声的概率分布特性，通过将回波信号作为参考波形，延迟后得到延迟波形，将参考波形和延迟波形叠加，根据符合探测原理进行处理，有效地滤除了大部分噪声，提高了信噪比，使得以抗干扰为目的的多脉冲编码设计中的脉冲能量得以充分利用，去除噪声并增强了雷达的测远性能。
本发明的优选实施例中，发射以时间间隔编码的激光脉冲，接收与发射信号相对应的回波信号，从而避免了不同雷达、雷达自身不同通道之间的信号串扰。另外，根据符合探测原理，将回波信号作为参考波形，进行延迟处理，得到至少一个延迟波形，将参考波形和延迟波形根据多个设定阈值进行比较，进一步滤噪。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种激光雷达的信号处理方法，包括：
发射探测信号，所述探测信号包括以时间间隔编码的N个探测脉冲，发射所述N个探测脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2；
接收雷达回波，作为参考波形，所述雷达回波中包括与所述N个探测脉冲对应的回波脉冲，所述回波脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2；
将所述参考波形依次延迟TN-1、TN-2……T1，得到N-1个延迟波形；
按照预设条件，将所述参考波形和所述第N-1个延迟波形在时域进行消除处理或叠加处理，得到甄别波形；和
根据所述甄别波形，获得所述雷达回波的接收时间。
2.如权利要求1所述的信号处理方法，其中所述预设条件包括：
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；
当所述参考波形的信号幅度小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理；和
当所述参考波形的信号幅度小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理。
3.如权利要求2所述的信号处理方法，其中所述预设条件还包括：当所述叠加处理后的信号不小于第二阈值时，输出所述叠加处理后的信号；当所述叠加处理后的信号小于所述第二阈值时，禁止输出所述叠加处理后的信号，所述第二阈值大于所述第一阈值。
4.如权利要求2所述的信号处理方法，其中所述预设条件还包括：
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，判断是否对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理：
当所述参考波形和所述延迟波形中一个信号幅度小于第三阈值，且所述参考波形和所述延迟波形中另一个信号幅度不小于第四阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理；
在其余情况，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；其中所述第四阈值大于所述第三阈值，所述第三和第四阈值在所述第一和第二阈值之间。
5.如权利要求1-4中任一项所述的信号处理方法，还包括：
根据所述回波脉冲对应的发射脉冲，获得飞行时间TOF；
根据所述飞行时间TOF，计算目标物的距离。
6.一种激光雷达，包括：
发射单元，配置成发射探测信号，所述探测信号包括以时间间隔编码的N个探测脉冲，发射所述N个探测脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2；
接收单元，配置成接收雷达回波，作为参考波形，所述雷达回波中包括与所述N个探测脉冲对应的回波脉冲，所述回波脉冲的时间间隔依次为：T1，T2……TN-1，其中N为整数，且N≥2；
处理单元，配置成将所述参考波形依次延迟TN-1、TN-2……T1，得到N-1个延迟波形；按照预设条件，将所述参考波形和所述第N-1个延迟波形在时域进行消除处理或叠加处理，得到甄别波形；根据所述甄别波形，获得所述雷达回波的接收时间。
7.如权利要求6所述的激光雷达，其中所述预设条件包括：
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；
当所述参考波形的信号幅度小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理；和
当所述参考波形的信号幅度小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理。
8.如权利要求7所述的激光雷达，其中所述的预设条件还包括：
当所述叠加处理后的信号不小于第二阈值时，输出所述叠加处理后的信号；当所述叠加处理后的信号小于所述第二阈值时，禁止输出所述叠加处理后的信号，所述第二阈值大于所述第一阈值。
9.如权利要求8所述的激光雷达，其中所述的预设条件还包括：
当所述参考波形的信号幅度不小于第一阈值，且所述延迟波形的信号幅度不小于第一阈值时，判断是否对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理：
当所述参考波形和所述延迟波形中一个信号幅度小于第三阈值，且所述参考波形和所述延迟波形中另一个信号幅度不小于第四阈值时，对所述参考波形和延迟波形进行消除处理；
在其余情况，对所述参考波形和延迟波形进行叠加处理；其中所述第四阈值大于所述第三阈值，所述第三和第四阈值在所述第一和第二阈值之间。
10.如权利要求6-9中任一项所述的激光雷达，其中所述处理单元还包括延迟链电路，所述延迟链电路配置成可获取所述参考波形中的N个所述回波脉冲，并对N个所述回波脉冲依次延迟TN-1、TN-2……T1。
11.如权利要求6-9中任一项所述的激光雷达，其中所述处理单元配置成：
根据所述回波脉冲对应的发射脉冲，获得飞行时间TOF；
根据所述飞行时间TOF，计算目标物的距离。
12.一种使用权利要求6-11中任一项所述的激光雷达进行探测的方法，包括：
向所述激光雷达的外部发射探测光束；
接收所述探测光束被目标物反射的回波光束；
通过处理单元对所述回波光束进行处理，得到甄别波形；
从所述甄别波形上提取处理后的回波信息；和
根据所述回波信息计算目标物的距离。
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