CN114556152A - 用于分析处理光学接收信号的方法、计算机程序、电子存储介质和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于分析处理光学接收信号(401)的方法(900)：‑发射(901)多个光学发送信号，所述多个光学发送信号用于作为光学接收信号(401)被接收，其中，以等距变化的方式发射相应的发送信号；‑接收(902)光学接收信号(401)；‑将相应的接收到的光学接收信号(401)分配给所述多个光学发送信号；‑根据所分配的光学接收信号(401)的相应的最大值(402)分析处理(904)接收到的光学接收信号(401)。

Description

用于分析处理光学接收信号的方法、计算机程序、电子存储介 质和设备

背景技术

在未来几年内，激光雷达传感器将在高自动化驾驶功能的实现方面建立。为了覆盖在150°与360°之间的大的水平检测角度，目前仅已知机械式激光扫描仪。在第一构型中，在最大检测范围局限于大约120°的旋转镜激光扫描仪中，只有马达驱动式偏转镜旋转。对于直至360°的更大的检测范围，所有电子光学部件都位于马达驱动式旋转盘或者转子上。

已知具有多脉冲的激光雷达系统。在文献中主要描述如下系统：所述系统在一个测量内使用这样的多脉冲。在此，一个测量理解为发射预确定数量的激光脉冲。该数量为3至6个脉冲，有时高达20个脉冲，尤其是12个脉冲。该方案具有多个缺点。

如果在一个测量内使用多脉冲，则需要保证以非常小的间距发射激光脉冲，所述间距典型地在纳秒范围中、尤其是直至几十纳秒。为此，需要明显更复杂的用于激光器的充电电路，因为脉冲之间的时间不足以为下一个发射(Schuss)重新充电。虽然可以借助直流电源绕开这个问题，然而这样的源具有如下问题：在功能性故障的情况下能够产生非常高的激光器功率，由此眼睛安全性变成问题。在此，需要非常昂贵的安全机制。

附加地，这样的系统具有如下问题：由于典型地低数量的脉冲(典型地为3至6个，有时高达20个，尤其是12个)，对于测量产生非常差的统计数据。由此出现如下问题：在非常低的信号的情况下能够跳跃所求取的距离。

作为最后一个缺点要提到的是，在这样的系统中，对信号的分析处理是非常昂贵的。需要覆盖多脉冲的整个时间范围的滤波器。

由此得到非常长的滤波器，这样的分析处理的计算工作由此是非常大的。

实现这样的多脉冲系统的另一可能性是，使用在测量范围的间距中的脉冲。例如如果想要测量高达300米的距离，则时间间距为2微秒。该时间足以将当前的充电电路重新充电用于下一个激光脉冲。由此，能够使用简单的充电电路并且能够借助简单的手段可靠地遵守对眼睛安全性的要求。

此外已知的是，将在发射一激光脉冲之后接收到的信号聚集在直方图中。在发射一个测量的所有激光脉冲之后，能够通过简单的方式方法对聚集的直方图进行分析处理。在此，能够例如将接收到的所有信号相加成一个信号，并且能够借助简单的滤波器对该信号进行分析。

这样的系统的基本问题通过有限的单值性范围(Eindeutigkeitsbereich)给定。该单值性范围通过脉冲的时间间距确定。

有限的单值性范围导致幽灵回波(Geisterechos)的出现。幽灵回波是不期望的检测假象(Erfassungsartefakte)。

幽灵回波应理解为接收到的信号，所述接收到的信号位于系统的单值性范围之外。这能够例如通过下述方式产生：在激光雷达系统的情况下所发射的激光束在对象上被反射，该对象比系统的识别范围更远。当接收到经反射的信号时，可能导致接收到的信号不能够分配给正确的所发射的信号。由此能够产生对信号传播时间的错误计算，并且因此能够产生对与对象的距离的错误求取。

此外，外来传感器的信号是不期望的检测假象。

发明内容

在这种背景下，本发明应有助于消除检测假象，例如所提到的幽灵回波或者外来传感器的信号。

为此，本发明提出一种用于分析处理光学接收信号的方法。该方法具有下述步骤。

发射多个光学发送信号，所述多个光学发送信号用于作为光学接收信号被接收。本发明的方法的突出之处主要在于，以等距变化的方式发射相应的发送信号。

接收光学接收信号。

将相应的接收到的光学接收信号分配给所述多个光学发送信号。

在当前情况下，“以等距变化的方式发射光学发送信号”应理解为，各个脉冲(光学发送信号)以彼此具有时间间距的方式发射，该时间间距取决于该系统的预确定的单值性范围并且因此是等距的。为了能够更容易辨认幽灵回波和外来传感器的信号，等距间距这样变化，使得一方面不显著地影响单值性范围的大小，另一方面能够更容易辨认幽灵回波。这意味着，与时间间距相比，该变化显现得小。例如如果在给定的300米的单值性范围的情况下该时间间距为2微秒，则该变化能够处在高达100纳秒的范围中、尤其是在10纳秒与40纳秒之间的范围中。

在当前情况下，光学发送信号能够理解为多脉冲激光雷达系统的激光脉冲。

在当前情况下，光学接收信号能够理解为由于光学发送信号的反射而被激光雷达系统的探测器检测到的信号。此外，光学接收信号还应理解为外来传感器的被激光雷达系统的探测器意外检测到的信号。此外，光学接收信号能够理解为在激光雷达系统的探测器中导致背景噪声的信号。这主要包括背景光和热噪声。原则上，这应理解为被激光雷达系统的探测器检测到的每个信号。

该方法的突出之处在于分析处理的步骤，根据该步骤，根据所分配的光学接收信号的相应的最大值对接收到的光学接收信号进行分析处理。

在当前情况下，分析处理一方面能够理解为从接收信号中提取出信号，另一方面能够理解为这样处理接收信号，使得能够更容易或者更可靠地进行信息提取。这例如包含对不期望的检测假象的去除。在此，待提取的信号一般而言主要是对象的存在，具体而言主要是该对象的距离。

根据一种实施方式，在分析处理的步骤中，根据用于相应的最大值的阈值进行分析处理。

根据该实施方式，在对光学接收信号进行分析处理时，能够根据高于阈值的最大值对接收信号进行分析处理。这导致，在将相应的最大值排除在分析处理之外的情况下，仅仍然排除如下最大值：所述最大值以近似肯定概率由不期望的检测假象所产生。由此，整体上将较少的或仅干扰性的信息分量排除在分析处理之外。这导致更准确的分析处理结果。

根据本发明的方法的一种实施方式，该方法具有附加的在接收光学接收信号的步骤之后的预滤波的步骤。

本发明的另一方面是一种计算机程序，该计算机程序设置用于实施本发明的方法的实施方式中的一种实施方式的所有步骤。

本发明的另一方面是一种电子存储介质，在该电子存储介质上存储有根据本发明的一方面的计算机程序。

本发明的另一方面是一种设备，该设备设置用于实施本发明的方法的实施方式中的一种实施方式的所有步骤。这样设备能够构造成所谓的专用集成电路(英语：application specific integrated circuit；ASIC)。

附图说明

在下文中，根据绘图更详细地阐述本发明的实施方式。

附图示出：

图1示出一个测量的示范性的时间变化曲线；

图2示出探测器中的一个测量的示范性的时间变化曲线；

图3示出光学接收信号的分析处理的直方图；

图4示出本发明的一种实施方式的方框图；

图5示出本发明的另一实施方式的方框图；

图6示出本发明的另一实施方式的方框图；

图7示出本发明的另一实施方式的方框图；

图8示出本发明的另一实施方式的方框图；

图9示出本发明的方法的一种实施方式的流程图。

具体实施方式

图1示范性地示出一个测量的时间变化曲线。

在左图中，在时间轴上绘制一个测量的6个激光脉冲，该时间轴根据激光束的传播时间再现以米为单位的距离。

由激光脉冲的时间点能够看出，单值性范围是300米。这从以下事实能够看出：激光脉冲以彼此具有时间间距的方式发射，该时间间距相应于激光束的300米的传播时间。

在右图中，示范性地绘制在同一时间段中在探测器中的测量。在相应于180米的传播时间的时间之后首次出现摆幅，然后该摆幅定期地分别在相应于300米的传播时间的时间之后出现，并且因此准确地在如下时间之后出现：在该时间之后分别发射另外的激光脉冲，根据该摆幅能够看出，识别到位于大致180米距离的对象。

图2示范性地示出在探测器中的测量，当识别到位于单值性范围之外的对象时，产生该测量。

在所示测量中，识别到位于大致350米距离的对象。在仅300米的单值性范围的情况下，如果没有相应的对策，则对于该对象而言，由于例如幽灵回波的检测而求取仅50米的距离。

这种类型的错误测量可能导致巨大的问题。

为此，本发明提出相应的对策。

图3示范性地示出在使用本发明的情况下产生的测量数据。

第一直方图示出检测到的信号的幅度在相应于单值性范围的时间区域中的聚集。该聚集基本上相应于对检测到的信号(包括噪声分量在内)的相加。

第二直方图示出每个时间单位的最高发射的幅度(Max.Hold Histogramm，最大值保持直方图)，由于激光束的传播时间，该时间单位相应于相应的距离。

现在，能够根据第二直方图分析处理第一直方图。分析处理例如能够在于，从第一直方图的值中扣除第二直方图的值。借此将所有仅由唯一的发射产生的信号消除。因此，能够可靠地消除幽灵回波或者外来传感器的信号。由此，避免由于这些检测假象造成的错误分析处理。

图3中的第三直方图示出本发明的一种实施方式的结果，根据该实施方式，在分析处理的步骤中根据用于相应的最大值的阈值进行分析处理。

这具体意味着，在分析处理接收信号时仅考虑最大值保持直方图的如下信号：所述信号高于预确定的阈值。在第二直方图中，这是各个强摆幅。

如第三直方图所示，由此能够非常可靠地消除检测假象，例如幽灵回波和外来传感器的信号，而同时不消除另外的信息，例如低阈值的背景噪声。由此，对接收信号的分析处理能够更准确且更详细。

尤其是，通过该实施方式有效地防止扣除“真正的信号分量”并且因此损害该系统的作用范围。

图4示出根据本发明的一种实施方式的方框图。

该实施方式基于如下内容：提供接收信号401和所分配的光学接收信号的相应的最大值402用于分析处理。此外，提供用于相应的最大值402的阈值403用于分析处理。阈值。

以直方图的形式提供接收信号401以及最大值402。在直方图中，在单值性范围中绘制接收信号401以及分配给所述接收信号的最大值。接收信号401在此分别分配给一发送信号。在此，持续时间在每个发射发送信号之后开始。因此，能够将接收信号上下相叠地绘制(参见图3，第一直方图)。此外，对于每个时间单位，在所分配的发送信号之后绘制相应的时间单位的最大值(参见图3，第二直方图)。

然后，在方框400中，根据所分配的光学接收信号的相应的最大值且根据用于最大值保持直方图402的相应的最大值的阈值对接收信号进行分析处理。

这意味着，从接收信号中扣除相应的时间单位的相应的最大值402。由此能够有效且高效地消除检测假象。为了消除尽可能少的信息，根据该实施方式，只有当时间单位的相应的最大值402高于所提供的用于相应的最大值的阈值403时，才扣除相应的最大值402。由此，所消除的信息能够减少为如下方面：所述方面能够以高概率归因于检测假象。

能够求取检测到的对象的距离作为分析处理的结果。

图5示出根据本发明的另一实施方式的另外的方框图。

在该实施方式中，也根据所分配的光学接收信号401的相应的最大值402并且根据用于相应的最大值402的阈值403对接收信号401进行分析处理。

附加地，根据所示实施方式，对最大值402进行预滤波，用以平滑。该滤波能够例如应用于最大值的直方图(参见图3，第二直方图)。在此，本领域技术人员已知的方法可以考虑用作滤波方法，主要是匹配滤波(Matched Filter)或顶端滤波(Top Head Filter)。

根据该实施方式，当相应的经滤波的最大值高于阈值403时，从接收信号401中扣除相应的最大值402。

该实施方式的优点能够在于，通过这种类型的预滤波在分析处理下游的滤波时能够减少或避免不期望的效应。

图6示出根据本发明的另一实施方式的方框图。

根据该实施方式，根据用于接收信号的相应的最大值402对接收信号401进行分析处理400。在此，在方框605中检查接收信号401是否小于相应的最大值402。

相应的最大值402在此能够借助预确定的因数来调整。该因数一般能够是应用因数，该应用因数在建立相应的系统时在考虑相关已知条件的情况下确定。通常在考虑使用相应的启发方法(Heuristik)的情况下确定。

如果在方框605中检查的条件适用，则在方框400中根据最大值402对接收信号401进行分析处理。该分析处理的一方面在此能够是从接收信号401中减去最大值402。此外，在预给定数量的时间单位内进行这种考虑。这通过方框606代表，在方框605的条件适用的情况下，该方框在预给定数量的时间单位内向方框400提供启用信号。

该实施方式通过简单的方式借助消除干扰性检测假象(例如幽灵回波和外来传感器的信号)来实现对接收信号401的分析处理。

简单的实施导致，可能从接收信号401中消除包含有信息的信号分量。然而，这对总体性能、即对确定检测到的对象的距离的能力没有显著影响。

这种实施方式特别适合用于在低资源的环境中实施，例如用于嵌入式应用(英语：embedded applications)。

图7示出根据本发明的另一实施方式的方框图。

根据该实施方式，附加地根据背景噪声701的平均值且根据最大值702的平均值对接收信号401进行分析处理400。

根据该实施方式，分析处理的这种依赖性体现在该分析处理的如下部分：该部分导致决定：是否需要在分析处理400时从接收信号401中扣除相应的最大值402。

为了该决定，求取接收信号401的平均值701。该值基本上表征背景噪声对接收信号401的影响。

此外，求取相应的最大值402的平均值702。

在方框605中，将清除了背景噪声影响的接收信号作为决定605的基础：决定是否在分析处理400时从接收信号401中扣除相应的最大值402。

在该方框中，进行与清除了最大值402的平均值702的值705的比较。

根据该实施方式，为了清除最大值402，分别借助因数703、704不仅调整最大值402、还调整平均值702。

该实施方式基于如下认识：只有当相应的位置上的接收信号401仅由激光脉冲产生时，才从接收信号401中扣除相应位置上的最大值402。换言之，当接收信号401的直方图中的信号水平(参见图3，第一直方图)在有关的位置上具有来自别的激光脉冲的附加信号时。只有当不是这种情况时，才扣除相应位置的最大值402。

这种方案导致，在接收强信号时、即在接收具有高幅度的接收信号401时扣除接收到的第一个信号，因为该信号以错误的方式如同幽灵回波或对于外来传感器的信号那样被处理，即像检测假象那样被处理。

图8示出根据本发明的另一实施方式的方框图。

从根据图7的实施方式出发。附加地，为了决定605是否需要从接收信号401中扣除最大值402，考虑阈值403并且根据图5的实施方式对最大值402进行预滤波504。

根据该实施方式，能够消除背景噪声中的信号峰值(英语：Peaks)。这些信号峰值的消除不是必需的。同时，所述信号峰值的消除对该实施方式的性能、即对检测到的对象的距离的确定没有显著影响。

图9示出本发明的方法的一种实施方式的流程图。

在步骤901中，发射多个光学发送信号，所述多个光学发送信号用于作为光学接收信号401被接收。根据本发明，发射的步骤901的突出之处在于，以等距变化的方式发射所述光学发送信号。

在步骤902中，接收光学接收信号401。光学接收信号401在此能够是响应于光学发送信号的发射被接收的。这种情况例如是，光学发送信号击中一对象并且被该对象反射。然后，光学接收信号是先前发射的光学发送信号的反射物。此外，光学接收信号能够是所谓的光学背景噪声。这通常存在并且由自然电磁源或者人工电磁源(例如自然光源或者人工光源)的反射所产生。此外，光学背景噪声能够由在探测器中或者在探测器的情况下所使用的构件的热噪声所产生。

在步骤903中，将光学接收信号分配给光学发送信号。根据该分配，例如能够确定光学发送信号的传播时间并且能够通过该传播时间求取检测到的对象的距离。

在此，一种分配方案能够是，将在发射一发送信号之后且在发射另外的发送信号之前接收到的所有接收信号分配给该发送信号。

在步骤904中，根据所分配的接收信号的相应的最大值对接收到的光学接收信号进行分析处理。

这种分析处理在此例如能够通过分析处理直方图来实现。在此，将第一直方图中的在单值性范围的持续时间内的接收信号相加。在第二直方图中，在相同的持续时间内保持相应的最大值(最大值保持直方图，英语：Max.Hold Histogram)。

通过根据相应的最大值对接收信号的分析处理904，能够借助本发明消除不期望的检测假象，例如幽灵回波和外来传感器的信号。

能够例如通过下述方式进行这种消除：从接收值中扣除相应位置上的最大值。

本发明的其他实施方式能够在对接收信号的分析处理904的步骤的范畴中通过更简单的方式方法提供部分更准确的信号分析处理。

Claims (7)

1.一种用于分析处理光学接收信号(401)的方法(900)：

-发射(901)多个光学发送信号，所述多个光学发送信号用于作为光学接收信号(401)被接收，其中，以等距变化的方式发射相应的发送信号；

-接收(902)光学接收信号(401)；

-将相应的所接收的光学接收信号(401)分配(903)给所述多个光学发送信号；

-根据所分配的光学接收信号(401)的相应的最大值(402)分析处理(904)所接收的光学接收信号(401)。

2.根据权利要求1所述的方法(900)，其中，在所述分析处理的步骤中，根据用于所述相应的最大值(402)的阈值(403)进行分析处理。

3.根据权利要求1或2所述的方法(900)，所述方法具有附加的对所述相应的最大值(402)进行预滤波的步骤，其中，尤其根据所述相应的最大值(402)，根据将所述阈值(403)应用到经滤波的最大值(402)上，进行所述分析处理。

4.根据上述权利要求中任一项所述的方法(900)，其中，在所述分析处理的步骤中，根据用于所述相应的最大值(402)的因数进行所述分析处理。

5.一种计算机程序，所述计算机程序设置用于实施根据上述权利要求中任一项所述的方法(900)的所有步骤。

6.一种电子存储介质，在所述电子存储介质上存储有根据权利要求5所述的计算机程序。

7.一种设备、尤其是专用集成电路，所述设备设置用于实施根据权利要求1至4中任一项所述的方法(900)的所有步骤。

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