CN115079145B - 一种提高激光雷达抗干扰能力的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光探测技术领域，提供了一种提高激光雷达抗干扰能力的方法和装置。其中获取主激光雷达的检测结果，若出现一轮发射的第一探测光在接收侧探测的持续时间大于等于第一预设阈值，则判断当前所处探测环境可能存在外物干扰，启动辅激光雷达发射携带预设编码的第二探测光；在接收到一轮或者多轮第一探测光和多轮第二探测光后，根据各自的接收时间建立相互之间的信号映射关系，并依据第二探测光的预设编码规则，结合接收解析出的相应轮第二探测光编码，分析掺入到一轮第二探测光中的干扰编码的目标位置；使用目标位置来校对相应接收时间上关联的第一探测光。本发明利用主激光雷达和辅激光雷达的配合工作达到了校正过程中的伪实时效果。
Description
技术领域
本发明涉及激光探测技术领域，特别是涉及一种提高激光雷达抗干扰能力的方法和装置。
背景技术
激光雷达在实际使用时会面临各种复杂的应用环境，有的是雨雪，有的是雾霾等，还有的是各个激光雷达之间的光串扰。激光雷达属于工业应用产品，对可靠性要求很高，因此要尽量去除环境参数的影响，进而实现长时间的稳定工作。针对上述环境参数的干扰，业界的普遍方法是采用点云滤波的算法，具体又分为实时处理和后期处理两种技术方法。其中，实时处理是激光雷达在进行探测的时候，实时对所获得的点云数据进行算法判断和滤波，主要去除干扰特征很明显的点云数据，并将滤波之后的数据传输给后续处理系统。后期处理是在点云数据处理系统完成，处理系统在收到激光雷达探测到并进行第一次滤波之后的点云数据后，根据设定的二次滤波规则再次对点云数据进行算法处理，去除掉不必要的干扰点，并基于插值算法增加一些必要的点云数据点，提高目标识别的完整度。
但上述两种方法均存在一定的技术缺陷，实时处理方法是只通过算法滤波进行抗干扰识别，没有进行对应的设备光学和硬件改进，仅能滤除干扰特征明显的点云数据，而无法识别并滤除快速变化且干扰特征不明显的点云数据点，存在较大的应用限制。后期处理方法主要是后期点云滤波，在点云后期处理中将干扰点排除掉，此种技术方法的缺陷就是不能实时判断，去除实时的环境干扰；激光雷达有很多实时探测的应用场景，如果采用这种技术方法，则无法满足实时探测应用的要求。
鉴于此，克服该现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是实时处理方法是只通过算法滤波进行抗干扰识别，没有进行对应的设备光学和硬件改进，仅能滤除干扰特征明显的点云数据，而无法识别并滤除快速变化且干扰特征不明显的点云数据点，存在较大的应用限制。后期处理方法主要是后期点云滤波，在点云后期处理中将干扰点排除掉，此种技术方法的缺陷就是不能实时判断，去除实时的环境干扰；激光雷达有很多实时探测的应用场景，如果采用这种技术方法，则无法满足实时探测应用的要求。
本发明采用如下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种提高激光雷达抗干扰能力的方法，包括主激光雷达和辅激光雷达，其中，主激光雷达和辅激光雷达设置在同一云台机构上，主激光雷达发射普通的第一探测光，辅激光雷达发射携带预设编码的第二探测光，方法包括：
获取主激光雷达的检测结果，若出现一轮发射的第一探测光在接收侧探测的持续时间大于等于第一预设阈值，则判断当前所处探测环境可能存在外物干扰，启动所述辅激光雷达发射携带预设编码的第二探测光；
其中，一轮第一探测光的发射节点和接收节点构成的第一时长等于一轮第二探测光的发射节点和接收节点构成的第二时长，并且，一轮第二探测光内由多个bit按照预设编码构成；
在接收到第一探测光和第二探测光后，根据各自的接收时间建立相互之间的信号映射关系，并依据第二探测光的预设编码规则，结合接收解析出的相应轮第二探测光编码，分析掺入到一轮第二探测光中的干扰编码的目标位置；
使用所述目标位置来校对相应接收时间上关联的第一探测光。
优选的，使用所述目标位置来校对相应接收时间上关联的第一探测光，具体包括：
只针对出现一轮发射的第一探测光在接收侧探测的持续时间大于等于第一预设阈值的第一探测光才执行所述校对；而对于一轮发射的第一探测光在接收侧探测的持续时间小于第一预设阈值的，则不作为校对对象。
优选的，所述预设编码规则，包括针对下雨、下雪、雾天和冰雹四种天气；
其中，下雨天和冰雹天气因为相应水滴和冰块造成的反射干扰较强，相应的预设编码规则表现为连续数量高电平和连续数量的低电平，从而使得相应连续数量高电平和连续数量的低电平各自的脉冲宽度时间可以精确预估；
其中，下雪和雾天气因为相应雪和雾气造成的反射干扰较弱，相应的预设编码规则表现为小间隔周期高低电平构成，从而使得相应校对过程中能够提供更多的第二探测光选择，使得校对的准确性和效率得到提升。
优选的，在每一种天气之下又会根据其强烈程度呈现出编码内容形式上的差异，具体包括：
在分析相应编码解码准确率达到预设值的一个或者多个目标编码之间的间隔相差超过预设时长时，则相应的增长编码之中连续高低电平的数量；其中，相应编码解码准确率达到预设值的一个或者多个目标编码之间的间隔相差超过预设时长表明相应天气下的强烈程度超过了当前所采用的预设编码适用范围。
优选的，所述相应的增长编码之中连续高低电平的数量，具体包括:
增加单一编码中所包含的bit数量，表现出的结果还在于增加了编码中高低电平的总时长；或者，
保持单一编码中所包含的bit数量不变，表现出的结果是编码中的高低电平变化次数，因为增长编码之中连续高低电平的数量原因变少了。
优选的，所述主激光雷达的波长采用905nm，所述辅激光雷达的波长采用1550nm。
优选的，主控制器按照一轮第一探测光的发射节点和接收节点构成的第一时长，与一轮第二探测光的发射节点和接收节点构成的第二时长相同的关系，进行所述第一探测光和第二探测光发射信号的发射时钟校对。
优选的，在开始工作时，所述主激光雷达进入正常工作状态，所述辅激光雷达进入待机工作状态。
优选的，在工作过程中，在所述辅激光雷达进入工作状态后，若在预设时间段内确认主激光雷达的检测均未发生需要校对情况，则控制所述辅激光雷达进入待机工作状态。
第二方面，本发明还提供了一种提高激光雷达抗干扰能力的装置，用于实现第一方面所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法，所述装置包括：
至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，用于执行第一方面所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法。
第三方面，本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有计算机可执行指令，该计算机可执行指令被一个或多个处理器执行，用于完成第一方面所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法。
本发明利用主激光雷达和辅激光雷达的配合工作达到了校正过程中的伪实时效果。即相较现有直接对接收到波形进行滤波、调整和计算而言，本发明受限辅激光器的编码探测光的发射和接收时长限制，但是，相较背景技术中丢弃检测点利用插值的方式而言，本发明的校对过程效率更高，并且，最终根据校对后的点数据形成的点云数据的还原性更好。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述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他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种提高激光雷达抗干扰能力的方法流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种提高激光雷达抗干扰能力的探测信号关系示意图；
图3是本发明实施例提供的一种提高激光雷达抗干扰能力的探测信号关系示意图；
图4是本发明实施例提供的一种提高激光雷达抗干扰能力的探测信号关系示意图；
图5是本发明实施例提供的一种提高激光雷达抗干扰能力的装置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”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而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。
此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例1:
本发明实施例1提供了一种提高激光雷达抗干扰能力的方法，包括主激光雷达和辅激光雷达，其中，主激光雷达和辅激光雷达设置在同一云台机构上，主激光雷达发射普通的第一探测光，辅激光雷达发射携带预设编码的第二探测光，在本发明实施例中，主激光雷达和辅激光雷达还可以直接理解为对应的激光器，并且，由主激光雷达和辅激光雷达构成一完整激光雷达，因此，不应该被上述名称限制，局限的理解为主激光雷达和辅激光雷达就是两个独立的激光雷达。如图1所示，方法包括：
在步骤201中，获取主激光雷达的检测结果，若出现一轮发射的第一探测光在接收侧探测的持续时间大于等于第一预设阈值，则判断当前所处探测环境可能存在外物干扰，启动所述辅激光雷达发射携带预设编码的第二探测光。其中，第一预设值根据实际的第一探测光的频宽来决定，其中，频宽越大相应的第一预设值会更大，而频宽越小相应的第一预设值会更小，实际值则根据经验来设定即可。
其中，一轮第一探测光的发射节点和接收节点构成的第一时长等于一轮第二探测光的发射节点和接收节点构成的第二时长，并且，一轮第二探测光内由多个bit按照预设编码构成。
在步骤202中，在接收到第一探测光和第二探测光后，根据各自的接收时间建立相互之间的信号映射关系，并依据第二探测光的预设编码规则，结合接收解析出的相应轮第二探测光编码，分析掺入到一轮第二探测光中的干扰编码的目标位置。
所述预设编码规则，包括针对下雨、下雪、雾天和冰雹四种天气；
其中，下雨天和冰雹天气因为相应水滴和冰块造成的反射干扰较强，相应的预设编码规则表现为连续数量高电平和连续数量的低电平，从而使得相应连续数量高电平和连续数量的低电平各自的脉冲宽度时间可以精确预估。如图2所示，为本发明实施例提供的一种理想情况下，没有收到外界干扰情况下的第一探测光和第二探测光表现出的接收效果示意图，图2中刻意没有去体现接收到的不同探测光之间存在时间上的差异（即被探测物体表面存在差异几何形态）。需要说明的是，图2仅仅是为了示意性表述两者关系的实例呈现，在实际情况中两者的比例关系可以比图2所呈现的要大或者要小，同样以图2为例，其一个预设编码看似只有3个连续的高电平和3个连续的低电平，但是实际上每一个高电平or低电平都是由一个或者多个数字字节bit构成，即在实际情况中相应的bit可以根据实际需求组合成其他特殊的波形结构，而图2中的高电平则是相应连续的内容为1的bit构成的示意图。在实际情况中，构成第二探测光的编码长度，通常是根据激光雷达的扫描速度有关联，在本发明设计中要保证相应的一轮第二探测光的发出过程中，相应的激光雷达的旋转角度要小于0.01°（甚至于更小），从而尽可能的保证一轮第二探测光的发射能够让其内的光都投射到目标物体的同一点位上。
此处的，需要说明的是，本发明实施例上述提出的云台是考虑激光雷达自身是顶点发射雷达情况下提出的，即激光雷达的扫描范围都是依赖云台完成的。但是，实际情况中也涉及激光雷达自身就具备扫描功能，此时，上述云台的概念就可以理解为个激光雷达自身的扫描机构了。
其中，下雪和雾天天气因为相应雪和雾气造成的反射干扰较弱，相应的预设编码规则表现为小间隔周期高低电平构成，从而使得相应校对过程中能够提供更多的第二探测光选择，使得校对的准确性和效率得到提升。
这里考虑的机理是，雨和冰雹的相应透光率较好，一旦形成镜面反射，相应来自雨或冰雹的干扰反射信号，在和正常的目标对象的反射信号同时被激光雷达接收的情况下，就容易产生强干扰，其中，最为明显的就是对于来自目标对象的发射信号的接收起始时间点的判断上。
在本发明实施例中，以图3为例，当第二探测光的两边临界位置都受到干扰无法与编码规则匹配上的时候，则也可以认定当前的这一轮采集到的第二探测光将无法作为校准光。
在步骤203中，使用所述目标位置来校对相应接收时间上关联的第一探测光。
如图4所示，利用了辅激光雷达的窄带宽波长特性，对第一探测光中存在干扰光的位置进行相对清楚的定位，从而在对对应位置的第一探测光进行校对补偿后得到真实的测量值。参考图4中，从两个边界向中间区域进行预设编码匹对的时候，当抵达图4中所示的“第一探测光同样受干扰后此处之间出现高电平bit被展宽了”位置，配合从右侧分析过来就会确认此处出现了干扰，从而明确了目标位置。
本发明实施例利用主激光雷达和辅激光雷达的配合工作达到了校正过程中的伪实时效果。即相较现有直接对接收到波形进行滤波、调整和计算而言，本发明受限辅激光器的编码探测光的发射和接收时长限制，但是，相较背景技术中丢弃检测点利用插值的方式而言，本发明的校对过程效率更高，并且，最终根据校对后的点数据形成的点云数据的还原性更好。
在本发明实施例中，出于对计算资源的占用考虑，以及对整个激光雷达的响应效率考虑，在本发明实施例中所涉及的，使用所述目标位置来校对相应接收时间上关联的第一探测光，具体包括：
只针对出现一轮发射的第一探测光在接收侧探测的持续时间大于等于第一预设阈值的第一探测光才执行所述校对；而对于一轮发射的第一探测光在接收侧探测的持续时间小于第一预设阈值的，则不作为校对对象。
在本发明实施例中，在每一种天气之下又会根据其强烈程度呈现出编码内容形式上的差异，具体包括：
在分析相应编码解码准确率达到预设值的一个或者多个目标编码之间的间隔相差超过预设时长时，则相应的增长编码之中连续高低电平的数量；其中，相应编码解码准确率达到预设值的一个或者多个目标编码之间的间隔相差超过预设时长表明相应天气下的强烈程度超过了当前所采用的预设编码适用范围。
针对上述的增长编码之中连续高低电平的数量，在本发明实施例实现过程中也提供了至少两种可选方式具体包括:
方式一：
增加单一编码中所包含的bit数量，表现出的结果还在于增加了编码中高低电平的总时长。
方式二：
保持单一编码中所包含的bit数量不变，表现出的结果是编码中的高低电平变化次数，因为增长编码之中连续高低电平的数量原因变少了。
其中，在可选方案中所述主激光雷达的波长采用905nm，所述辅激光雷达的波长采用1550nm。这样就能保证尽可能的压缩因为编码带来的两者在各自一轮发射和接收之间时间上的差距，也可以让相应第一探测信号的接收和第二探测信号的接收更容易区别和实现。
在本发明实施例实现过程中，为了保证第一时长的第二时长的倍数关系被电路驱动层面有效的付诸实施，作为给主激光雷达和辅激光雷达发送发射驱动信号的主控制器，在本发明优选的实现方案中还要执行以下内容：主控制器按照一轮第一探测光的发射节点和接收节点构成的第一时长，与一轮第二探测光的发射节点和接收节点构成的第二时长相同的关系，进行所述第一探测光和第二探测光发射信号的发射时钟校对。
作为本发明实施例中，相应辅激光器的一种工作方式的选择，考虑到虽然已经在上面可选方案中将第一探测光和第二探测光的中心波长可以拉开差距，减少两者之间的串扰；但是，毕竟他们在向待探测对象发送光信号的时候，都是向一个位置发送的，最好的发送方式自然是第一探测光和第二探测光合波之后发射，此时，一方面考虑到工作温度会带来波长的漂移，另一方面，介质传输影响也会造成两个探测光之间会有可能相互影响，为此，本发明实施例还提出了一种优选的实现方案：
在开始工作时，所述主激光雷达进入正常工作状态，所述辅激光雷达进入待机工作状态。在工作过程中，在所述辅激光雷达进入工作状态后，若在预设时间段内确认主激光雷达的检测均未发生需要校对情况，则控制所述辅激光雷达进入待机工作状态。
在本发明实施例实现过程中，考虑到接收到的激光信号相比较发射激光雷达信号会产生脉宽的延展，这时候可以依赖本发明实施例提出的从两侧向中间靠拢的解码思路，根据两侧正确原则，对延展程度进行计算和补偿，从而实现对整个接收信号验证结果的精准修正，保证了最终的分析结果的准确性。
实施例2：
如图5所示，是本发明实施例的提高激光雷达抗干扰能力的装置的架构示意图。本实施例的提高激光雷达抗干扰能力的装置包括一个或多个处理器21以及存储器22。其中，图5中以一个处理器21为例。
处理器21和存储器22可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
存储器22作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序和非易失性计算机可执行程序，如实施例1中的提高激光雷达抗干扰能力的方法。处理器21通过运行存储在存储器22中的非易失性软件程序和指令，从而执行提高激光雷达抗干扰能力的方法。
存储器22可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器22可选包括相对于处理器21远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器21。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
所述程序指令/模块存储在所述存储器22中，当被所述一个或者多个处理器21执行时，执行上述实施例1中的提高激光雷达抗干扰能力的方法，例如，执行以上描述的图1所示的各个步骤。
值得说明的是，上述装置和系统内的模块、单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明的处理方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器（ROM，Read Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random AccessMemory）、磁盘或光盘等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种提高激光雷达抗干扰能力的方法，其特征在于，包括主激光雷达和辅激光雷达，其中，主激光雷达和辅激光雷达设置在同一云台机构上，主激光雷达发射普通的第一探测光，辅激光雷达发射携带预设编码的第二探测光，方法包括：
获取主激光雷达的检测结果，若出现一轮发射的第一探测光在接收侧探测的持续时间大于等于第一预设阈值，则判断当前所处探测环境可能存在外物干扰，启动所述辅激光雷达发射携带预设编码的第二探测光；
其中，一轮第一探测光的发射节点和接收节点构成的第一时长等于一轮第二探测光的发射节点和接收节点构成的第二时长，并且，一轮第二探测光内由多个bit按照预设编码构成；
在接收到第一探测光和第二探测光后，根据各自的接收时间建立相互之间的信号映射关系，并依据第二探测光的预设编码规则，结合接收解析出的相应轮第二探测光编码，分析掺入到一轮第二探测光中的干扰编码的目标位置；
使用所述目标位置来校对相应接收时间上关联的第一探测光。
2.根据权利要求1所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法，其特征在于，使用所述目标位置来校对相应接收时间上关联的第一探测光，具体包括：
只针对出现一轮发射的第一探测光在接收侧探测的持续时间大于等于第一预设阈值的第一探测光才执行所述校对；而对于一轮发射的第一探测光在接收侧探测的持续时间小于第一预设阈值的，则不作为校对对象。
3.根据权利要求1所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法，其特征在于，所述预设编码规则，包括针对下雨、下雪、雾天和冰雹四种天气；
其中，下雨天和冰雹天气因为相应水滴和冰块造成的反射干扰较强，相应的预设编码规则表现为连续数量高电平和连续数量的低电平，从而使得相应连续数量高电平和连续数量的低电平各自的脉冲宽度时间可以精确预估；
其中，下雪和雾天气因为相应雪和雾气造成的反射干扰较弱，相应的预设编码规则表现为小间隔周期高低电平构成，从而使得相应校对过程中能够提供更多的第二探测光选择，使得校对的准确性和效率得到提升。
4.根据权利要求3所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法，其特征在于，在每一种天气之下又会根据其强烈程度呈现出编码内容形式上的差异，具体包括：
在分析相应编码解码准确率达到预设值的一个或者多个目标编码之间的间隔相差超过预设时长时，则相应的增长编码之中连续高低电平的数量；其中，相应编码解码准确率达到预设值的一个或者多个目标编码之间的间隔相差超过预设时长表明相应天气下的强烈程度超过了当前所采用的预设编码适用范围。
5.根据权利要求4所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法，其特征在于，所述相应的增长编码之中连续高低电平的数量，具体包括:
增加单一编码中所包含的bit数量，表现出的结果还在于增加了编码中高低电平的总时长；或者，
保持单一编码中所包含的bit数量不变，表现出的结果是编码中的高低电平变化次数，因为增长编码之中连续高低电平的数量原因变少了。
6.根据权利要求1-5任一所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法，其特征在于，所述主激光雷达的波长采用905nm，所述辅激光雷达的波长采用1550nm。
7.根据权利要求1-5任一所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法，其特征在于，主控制器按照一轮第一探测光的发射节点和接收节点构成的第一时长，与一轮第二探测光的发射节点和接收节点构成的第二时长相同的关系，进行所述第一探测光和第二探测光发射信号的发射时钟校对。
8.根据权利要求1-5任一所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法，其特征在于，在开始工作时，所述主激光雷达进入正常工作状态，所述辅激光雷达进入待机工作状态。
9.根据权利要求8所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法，其特征在于，在工作过程中，在所述辅激光雷达进入工作状态后，若在预设时间段内确认主激光雷达的检测均未发生需要校对情况，则控制所述辅激光雷达进入待机工作状态。
10.一种提高激光雷达抗干扰能力的装置，其特征在于，所述装置包括：
至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述处理器执行，用于执行权利要求1-9任一所述的提高激光雷达抗干扰能力的方法。
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