CN115616595B - 激光探测装置的探测方法、激光探测装置及存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及激光探测领域,公开了激光探测装置的探测方法、激光探测装置及存储介质。该方法包括:控制第一激光器生成扫频斜率大小为第一斜率的第一三角波信号;控制第二激光器生成扫频斜率大小为第二斜率的第二三角波信号;控制光电探测模块接收第一本振信号、第一回波信号、第二本振信及第二回波信号;获取第一频率与第二频率;获取第三频率与第四频率;根据第一至第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。该方法通过同一光电探测模块接收两激光器的本振信号和回波信号,并根据上述参数确定上述距离与速度,可简化激光探测装置的结构设计与器件堆积。
Description
技术领域
本申请属于调频连续波(FrequencyModulated Continuous Wave,FMCW)激光雷达(Light detectionand range,LiDAR)技术领域,尤其涉及一种激光探测装置的探测方法、激光探测装置及存储介质。
背景技术
调频连续波激光雷达能同时测距和测速,广泛应用在智慧交通、无人驾驶等领域中,能够为自动驾驶或辅助驾驶提供更加安全可靠的距离和速度信息。相对于单独利用飞行时间(Time Of Flight,TOF)测距技术,调频连续波激光雷达能够检测出目标物体的距离和速度,从而能够更快的识别目标物体,便于提前作出避险操作。
发明内容
当前,可以在调频连续波激光雷达的同一通道内设置双激光器,使双激光器按照相同光路进行探测,理论上可以实现更高分辨率的探测。相应地,光电探测模组中包括多个光电探测模块;每一光电探测模块与一个激光器对应设置,用于接收与该激光器所对应的本振信号与回波信号。这种设置方式虽然可以获得更高的分辨率,但是,其导致调频连续波激光雷达的器件较多且结构设计也更为复杂。
有鉴于此,本申请实施例提供了一种激光探测装置的探测方法、激光探测装置及存储介质,以改善当前双激光器探测方案器件较多的现状。
本申请实施例的第一方面提供了一种激光探测装置的探测方法,包括:
控制第一激光器在每个扫频周期生成第一三角波信号,其中,所述第一三角波信号的扫频斜率大小为第一斜率,所述扫频周期包括顺次连接的第一扫频时间与第二扫频时间;
控制第二激光器在每个所述扫频周期生成第二三角波信号,其中,所述第二三角波信号与所述第一三角波信号的扫频方向相反,所述第二三角波信号的扫频斜率大小为第二斜率,所述第二斜率小于所述第一斜率;
控制光电探测模块接收第一本振信号、第一探测信号经目标物体反射形成的第一回波信号、第二本振信号,以及第二探测信号经目标物体反射形成的第二回波信号,其中,所述第一本振信号与所述第一探测信号为所述第一三角波信号分束形成的两信号,所述第一本振信号包括位于所述第一扫频时间的第一上扫本振信号与位于所述第二扫频时间的第二下扫本振信号,所述第一回波信号包括位于所述第一扫频时间的第一上扫回波信号与位于所述第二扫频时间的第二下扫回波信号,所述第二本振信号与所述第二探测信号为所述第二三角波信号分束形成的两信号,第二本振信号包括位于所述第一扫频时间的第一下扫本振信号与位于所述第二扫频时间的第二上扫本振信号,所述第二回波信号包括位于所述第一扫频时间的第一下扫回波信号与位于所述第二扫频时间的第二上扫回波信号;
获取第一频率与第二频率,其中,所述第一频率为第一拍频信号的频率与第二拍频信号的频率中较高的一个,所述第二频率为所述第一拍频信号的频率与所述第二拍频信号的频率中较低的一个,所述第一拍频信号为所述第一上扫本振信号与所述第一上扫回波信号的拍频信号,所述第二拍频信号为所述第一下扫本振信号与所述第一下扫回波信号的拍频信号;
获取第三频率与第四频率,其中,所述第三频率为第三拍频信号的频率与第四拍频信号的频率中较高的一个,所述第四频率为所述第三拍频信号的频率与所述第四拍频信号的频率中较低的一个,所述第三拍频信号为所述第二下扫本振信号与所述第二下扫回波信号的拍频信号,所述第四拍频信号为所述第二上扫本振信号与所述第二上扫回波信号的拍频信号;
根据所述第一频率、所述第二频率、所述第三频率、所述第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度。
本申请实施例的第二方面提供了一种激光探测装置,包括:
第一激光发射单元,用于控制第一激光器在每个扫频周期生成第一三角波信号,其中,所述第一三角波信号的扫频斜率大小为第一斜率,所述扫频周期包括顺次连接的第一扫频时间与第二扫频时间;
第二激光发射单元,用于控制第二激光器在每个所述扫频周期生成第二三角波信号,其中,所述第二三角波信号与所述第一三角波信号的扫频方向相反,所述第二三角波信号的扫频斜率大小为第二斜率,所述第二斜率小于所述第一斜率;
光电转换单元,用于控制光电探测模块接收第一本振信号、第一探测信号经目标物体反射形成的第一回波信号、第二本振信号,以及第二探测信号经目标物体反射形成的第二回波信号,其中,所述第一本振信号与所述第一探测信号为所述第一三角波信号分束形成的两信号,所述第一本振信号包括位于所述第一扫频时间的第一上扫本振信号与位于所述第二扫频时间的第二下扫本振信号,所述第一回波信号包括位于所述第一扫频时间的第一上扫回波信号与位于所述第二扫频时间的第二下扫回波信号,所述第二本振信号与所述第二探测信号为所述第二三角波信号分束形成的两信号,第二本振信号包括位于所述第一扫频时间的第一下扫本振信号与位于所述第二扫频时间的第二上扫本振信号,所述第二回波信号包括位于所述第一扫频时间的第一下扫回波信号与位于所述第二扫频时间的第二上扫回波信号;
第一频率获取单元,用于获取第一频率与第二频率,其中,所述第一频率为第一拍频信号的频率与第二拍频信号的频率中较高的一个,所述第二频率为所述第一拍频信号的频率与所述第二拍频信号的频率中较低的一个,所述第一拍频信号为所述第一上扫本振信号与所述第一上扫回波信号的拍频信号,所述第二拍频信号为所述第一下扫本振信号与所述第一下扫回波信号的拍频信号;
第二频率获取单元,用于获取第三频率与第四频率,其中,所述第三频率为第三拍频信号的频率与第四拍频信号的频率中较高的一个,所述第四频率为所述第三拍频信号的频率与所述第四拍频信号的频率中较低的一个,所述第三拍频信号为所述第二下扫本振信号与所述第二下扫回波信号的拍频信号,所述第四拍频信号为所述第二上扫本振信号与所述第二上扫回波信号的拍频信号;
距离与速度确定单元,用于根据所述第一频率、所述第二频率、所述第三频率、所述第四频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度。
本申请实施例的第三方面提供了一种激光探测装置,包括:
处理器;以及
存储器,与所述处理器通信连接,所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序,所述处理器用于运行所述程序,以使所述激光探测装置执行所述的激光探测装置的探测方法的步骤。
本申请实施例的第四方面提供了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计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现上述激光探测装置的探测方法的步骤。
本申请实施例提供的激光探测装置的探测方法,通过同一光电探测模块接收两激光器的本振信号和回波信号,并根据第一频率至第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波和/第二三角波信号的中心频率,确定出目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。与当前市场上激光探测装置通过每一光电探测模块接收一激光器的本振信号与回波信号相比,本申请实施例提供的探测方法可以在保证相同分辨率的基础上,简化激光探测装置的结构设计与器件堆积,进而可以降低激光探测装置的成本。
可以理解的是,上述第二方面至第四方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述,在此不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案,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申请的一些实施例,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为本申请实施例提供的激光探测装置的探测方法的程示意图;
图2为目标物体远离激光探测装置时, fv介于区间(0,] 情况下的拍频原理图与频谱图;
图3为目标物体远离激光探测装置时, fv介于区间(,frd]情况下的拍频原理图与频谱图;
图4为目标物体远离激光探测装置时, fv介于区间(frd ]情况下的拍频原理图与频谱图;
图5为目标物体远离激光探测装置时,fv介于区间(,fru]情况下的拍频原理图与频谱图;
图6为目标物体远离激光探测装置时,fv大于fru情况下的拍频原理图与频谱图;
图7为目标物体靠近激光探测装置时,fv介于区间(0,] 情况下的拍频原理图与频谱图;
图8为目标物体靠近激光探测装置时,fv介于区间(,frd]情况下的拍频原理图与频谱图;
图9为目标物体靠近激光探测装置时,fv介于区间(frd ]情况下的拍频原理图与频谱图;
图10为目标物体靠近激光探测装置时,fv介于区间(,fru]情况下的拍频原理图与频谱图;
图11为目标物体靠近激光探测装置时,fv大于fru情况下的拍频原理图与频谱图;
图12为目标物体相对于激光探测装置静止情况下的拍频原理与频谱图;
图13为本申请一些实施例中步骤S600的子流程示意图;
图14为本申请一些实施例中步骤S630的子流程示意图;
图15为本申请一些实施例中步骤S632的子流程示意图;
图16为本申请一些实施例中步骤S6321的子流程示意图;
图17为本申请一些实施例中步骤S633的子流程示意图;
图18为本申请其中一些实施例中步骤S6331的子流程示意图;
图19为本申请其中一些实施例中步骤S6332的子流程示意图;
图20为本申请一些实施例中步骤S6335的子流程示意图;
图21为本申请一些实施例中步骤S633的子流程示意图;
图22为本申请一些实施例中步骤600的流程示意图;
图23为本申请另一些实施例中步骤S600的子流程示意图;
图24为本申请又一些实施例中步骤S600的子流程示意图;
图25为本申请其中一实施例提供的激光探测装置的示意图;
图26为本申请其中另一实施例提供的激光探测装置的示意图;
图27为本申请其中又一实施例提供的激光探测装置的示意图。
具体实施方式
以下描述中,为了说明而不是为了限定,提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节,以便透彻理解本发明实施例。然而,本领域的技术人员应当清楚,在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中,省略对众所周知的系统、装置、电路及方法的详细说明,以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
应当理解,当在本发明说明书和所附权利要求书中使用时,术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在,但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解,在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合及所有可能组合,并且包括这些组合。
如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样,术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地,短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
另外,在本发明说明书和所附权利要求书的描述中,术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对于重要性。
在本发明说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本发明的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此,在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例,而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”,除非是以其他方法另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”,除非是以其他方法另外特别强调。术语“多个”及其变形都意味着“至少两个”。
本申请实施例提供一种激光探测装置的探测方法,可以由激光探测装置的处理器在运行具有相应功能的计算机程序时执行,通过分别控制两个发射功率不同的激光器在同一扫频周期向目标物体发射扫频斜率大小不等、扫频方向相反的三角波信号;然后通过同一光电探测模块接收两个激光器的本振信号以及目标物体反射探测信号形成的回波信号;再根据各本振信号与对应的回波信号的拍频信号的频率,确定目标物体相对于激光探测装置的运动方向、距离及速度。该探测方法能够改善当前采用双激光器、双光电探测模块探测所导致的激光探测装置器件较多、结构复杂的现状。
在应用中,本申请实施例提供的探测方法不仅能适用于对近距离目标进行快速、高效、准确的测距和测速,也适用于对远距离目标进行快速、高效、准确的测距和测速,可以应用于智慧交通、航空航天、资源勘探、城市规划、农业开发、水利工程、土地利用、环境监测、冶金制造、纺织制造等任意需要进行测距和测速的领域,具体的,可以应用于无人驾驶车辆、无人机、机器人、定位系统、导航系统、装卸和搬运设备、冶金过程控制设备、非接触式测量设备等。本申请实施例提供的探测方法用于对近距离目标进行测距和测速时,能够实现距离和速度的解耦,从而有效提升测距和测速的分辨率和占空比。近距离可以为0m~100m中的任意距离,例如,10m、20m、50m等。
在应用中,激光探测装置可以是激光雷达,也可以是激光雷达中的信号处理设备,或者,任意具有测距测速功能的设备,例如,测距测速传感器、测距测速仪。激光探测装置可以包括第一激光器、第二激光器、光分束器、光复用器、扫描系统、光电探测模块及信号处理设备,还可以包括光放大器、光耦合器、光环形器、光准直器、光合束器、干涉仪、电源模块、通信模块等。激光探测装置的具体结构可以根据实际需要进行设置,本申请实施例对激光探测装置的具体结构不作任何限制。
在应用中,第一激光器和第二激光器可以通过任意能够在线性调频模式下发射线性扫频光信号的激光器实现,例如,分布式布拉格反射(Distributed Bragg Reflector,DBR)激光器、分布式反馈(DistributedFeedback Laser,DFB)激光器等半导体激光器。激光雷达也可以包括两个以上激光器,其中一部分激光器用于实现第一激光器的功能,剩余激光器用于实现第二激光器的功能。
在应用中,光分束器可以是任意能够实现对光进行分束的器件,以将第一激光器/第二激光器生成的信号按照预设的分光比分束为对应的本振信号与探测信号。例如,光分束器可以为光耦合器、分光镜等元件。
在应用中,光电探测模块可以是任意能够接收两激光器对应的本振信号,以及两激光器对应的探测信号经目标物体反射形成的回波信号,并输出与第一激光器的本振信号对应的拍频信号相关的电信号,以及与第二激光器的本振信号对应的拍频信号相关的电信号,以便于信号处理设备根据上述电信号获取上述两拍频信号的频率的器件。例如,光电探测模块可以包括光电探测器;此时,光电探测器在接收上述本振信号与回波信号的过程中,本振信号与回波信号通过自由空间光信号拍频的方式进行拍频,光电探测器对拍频信号进行光电转换,从而得到与拍频信号相关的电信号。例如,光电探测模块亦可以包括光混频器与平衡光电探测器(Balanced Photo Detector,BPD);此时,光混频器用于接收上述本振信号与回波信号,以使本振信号与回波信号在其内进行拍频,平衡光电探测器用于对拍频信号进行平衡探测,从而得到与拍频信号相关的电信号。
在应用中,光放大器可以是光纤放大器,例如掺铒光纤放大器(Erbium DopedFiber Application Amplifier,EDFA);此外,光放大器亦可以是半导体光放大器。
在应用中,光耦合器可以通过光纤阵列或平面光波导(Planar LightwaveCircuit,PLC)阵列实现。
在应用中,干涉仪可以是马赫-曾德尔干涉仪。
在应用中,信号处理设备可以包括处理器,还可以包括至少一级放大电路、模数转换器(Analog-to-Digital Converter,ADC)、时间数字转换器(Time-to-DigitalConvertor,TDC)、存储器等,处理器也可以自带内部存储空间和模数转换功能以替代模数转换器和存储器。
在应用中,处理器是可以是中央处理单元(Central Processing Unit,CPU),还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor,DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者任何常规的处理器等。
在应用中,存储器在一些实施例中可以是激光探测装置的内部存储单元,例如激光探测装置的硬盘或内存。存储器在另一些实施例中也可以是激光探测装置的外部存储设备,例如,激光探测装置上配备的插接式硬盘,智能存储卡(Smart Media Card,SMC),安全数字(Secure Digital,SD)卡,闪存卡(Flash Card)等。进一步地,存储器还可以既包括激光探测装置的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储操作系统、应用程序、引导装载程序(Boot Loader)、数据及其他程序等,例如计算机程序的程序代码等。存储器还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
在应用中,放大电路可以通过跨阻放大器(Trans-Impedance Amplifier,TIA)实现。
在应用中,电源模块可以包括电源管理器件、电源接口等。
在应用中,通信模块可以根据实际需要设置为任意能够直接或间接于其他设备进行有线或无线通信的器件,例如,通信模块可以提供应用在网络设备上的包括通信接口(例如,通用串行总线接口(Universal Serial Bus,USB))、有线局域网(Local AreaNetworks,LAN)、无线局域网(WirelessLocal Area Networks,WLAN)(例如、Wi-Fi网络),蓝牙,Zigbee,移动通信网络,全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System,GNSS),调频(Frequency Modulation,FM),近距离无线通信技术(Near Field Communication,NFC),红外技术(Infrared,IR)等通信的解决方案。通信模块可以包括天线,天线可以只有一个阵元,也可以是包括多个阵元的天线阵列。通信模块可以通过天线接收电磁波,将电磁波信号调频及滤波处理,将处理后的信号发送到处理器。通信模块还可以从处理器接收待发送的信号,对其进行调频、放大,经天线转为电磁波辐射出去。
如图1所示,本申请实施例提供的探测方法,包括如下步骤S100至S600:
步骤S100、控制第一激光器在每个扫频周期生成第一三角波信号,进入步骤S300。
在应用中,信号处理设备控制第一激光器在每个扫频周期内发射第一三角波信号,第一三角波信号为线性扫频信号。扫频周期包括顺次连接的第一扫频时间和第二扫频时间,第一扫频时间和第二扫频时间相等且可以根据实际需要设置为任意时长。
在应用中,第一三角波信号被光分束器分束为第一本振信号与第一探测信号,第一本振信号将传输至光电探测模块以作本地参考,第一探测信号传输至目标物体以用于探测目标物体,并由目标物体反射而形成第一回波信号。其中,第一本振信号包括位于第一扫频时间的第一上扫本振信号以及位于第二扫频时间的第二下扫本振信号,第一探测信号包括位于第一扫频时间的第一上扫探测信号以及位于第二扫频时间的第二下扫探测信号。第一回波信号包括与第一上扫本振信号对应的第一上扫回波信号,以及与第二下扫本振信号对应的第二下扫回波信号。在第一探测信号有效的探测行程内,第一探测信号的飞行时间很短,因此第一回波信号则相对于第一本振信号在时域上具有微量的位移,第一上扫回波信号大部分位于第一扫频时间,第二下扫回波信号大部分位于第二扫频时间。第一上扫本振信号、第二下扫本振信号、第一上扫回波信号以及第二下扫回波信号均为线性扫频信号。第一上扫本振信号与第一上扫回波信号的扫频斜率为正且大小相等,第二下扫本振信号与第二下扫回波信号的扫频斜率为负且大小相等,第一上扫本振信号与第二下扫本振信号的扫频斜率大小相等。为便于说明,本申请文件将第一三角波信号的扫频斜率大小定义为第一斜率ku,则上述第一上扫本振信号、第二下扫本振信号、第一上扫回波信号以及第二下扫回波信号的扫频斜率大小均为第一斜率ku。
在应用中,第一上扫本振信号与第一上扫探测信号的频率在第一扫频时间内从第一初始频率到第一终止频率之间线性变化,其频率的变化率(也即扫频斜率)为正且在第一扫频时间内固定不变;第二下扫本振信号与第二下扫探测信号的频率在第二扫频时间内从第一终止频率到第一初始频率之间线性变化,其频率的变化率为负且在第二扫频时间内固定不变。第一初始频率与第一终止频率的均值即为第一激光器的中心频率f01,第一激光器的中心频率f01可以根据实际需要进行设置。第一终止频率等于正的第一扫频时间与第一上扫探测信号的扫频斜率大小的乘积加第一初始频率。
步骤S200、控制第二激光器在每个扫频周期生成第二三角波信号,进入步骤S300。
在应用中,信号处理设备控制第二激光器在每个扫频周期内发射第二三角波信号;第二三角波信号为线性扫频信号,且其扫频方向与第一三角波信号相反。
在应用中,第二三角波信号被光分束器分束为第二本振信号与第二探测信号,第二本振信号传输至光电探测模块以作本地参考,第二探测信号传输至目标物体以用于对目标物体进行探测,并由目标物体反射而形成第二回波信号。第二本振信号包括位于第一扫频时间的第一下扫本振信号以及位于第二扫频时间的第二上扫本振信号,第二探测信号包括位于第一扫频时间的第一下扫探测信号以及位于第二扫频时间的第二上扫探测信号。第二回波信号包括与第一下扫本振信号对应的第一下扫回波信号,以及与第二上扫本振信号对应的第二上扫回波信号。在第一探测信号有效的探测行程内,第二探测信号的飞行时间很短,因此第二回波信号则相对于第二本振信号在时域上具有微量的位移,第一下扫回波信号大部分位于第一扫频时间,第二上扫回波信号大部分位于第二扫频时间。第一下扫本振信号、第二上扫本振信号、第一下回波测信号以及第二上扫回波信号均为线性扫频信号。第一下扫本振信号与第一下扫回波信号的扫频斜率为负且大小相等,第二上扫本振信号与第二上扫回波信号的扫频斜率为正且大小相等。
为便于说明,本申请文件将第二三角波信号的扫频斜率大小定义为第二斜率kd,则上述第一下扫本振信号、第二上扫本振信号、第一下扫回波信号以及第二上扫回波信号的扫频斜率大小均为第二斜率kd。将第二斜率与第一斜率的比值定义为第一系数α,则其满足;第一三角波信号的扫频斜率大小与第二三角波信号扫频斜率大小不同,二者之间的大小关系可以根据实际需要进行设置。例如,在一些实施例中,第二斜率kd小于第一斜率ku,即0<α<1。
在应用中,第一下扫本振信号与第一下扫探测信号的频率在第一扫频时间内从第二初始频率到第二终止频率之间线性变化,其频率的变化率(也即扫频斜率)为负且在第一扫频时间内固定不变;第二上扫本振信号与第二上扫探测信号的频率在第二扫频时间内从第二终止频率到第二初始频率之间线性变化,其频率的变化率为正且在第二扫频时间内固定不变。第二初始频率与第二终止频率的均值即为第二激光器的中心频率f02,第二激光器的中心频率f02可以根据实际需要进行设置。第二终止频率等于负的第二扫频时间与第一下扫探测信号的扫频斜率大小的乘积加第二初始频率。值得一提的是,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率接近,即是两者的差值相较于上述任意一者的中心频率的比值均是较小的,例如,该比值小于千分之一;例如两信号均为1550nm波长段的信号,两者的波长差为0.05nm~0.8nm。
在应用中,在第一扫频时间,第一上扫探测信号和第一下扫探测信号发射至目标物体的同一位置,定义为第一位置,以探测目标物体的第一位置在第一扫频时间相对于激光探测装置的第一测量距离与第一测量速度;同理,在第二扫频时间,第二下扫探测信号和第二上扫探测信号发射至目标物体的同一位置,定义为第二位置,以探测目标物体的第二位置在第二扫频时间相对于激光探测装置的第二测量距离与第二测量速度。其中,控制第一探测信号与第二探测信号发射至同一目标物体的同一位置的方式可以是使第一探测信号与第二探测信号通过相同的光路出射探测;基于此,第一探测信号与第二探测信号的回波信号也可以通过相同的光路进入光电探测模块。
在应用中,由于目标物体在运动过程中相对于激光探测装置的位置会发生变化,并不能保证激光探测装置发射的激光信号每次都能照射在目标物体的同一位置,因此,第一位置和第二位置可能是同一位置或不同位置。
步骤S300、控制光电探测模块接收第一本振信号、第一探测信号经目标物体发射形成的第一回波信号,第二本振信号与第二探测信号经目标物体反射形成的第二回波信号,进入步骤S400与S500。
在应用中,第一光分束器与第一激光器连接,其用于将第一三角波信号分束为第一本振信号与第一探测信号。第一本振信号通过光波导和/或自由空间光路等光路进入光电探测模块。第一探测信号出射至目标物体表面,其经由目标物体反射以形成相应的第一回波信号,并经由自由空间光路和/或光波导等光路进入光电探测模块。第二光分束器与第二激光器连接,其用于将第二三角波信号分束为第二本振信号与第二探测信号。第二本振信号通过光波导和/或自由空间光路等光路进入光电探测模块。第二探测信号出射至目标物体表面,其经由目标物体反射以形成相应的第二回波信号,并经由自由空间光路和/或光波导等光路进入光电探测模块。
光电探测模块接收第一本振信号、第一回波信号、第二本振信号与第二回波信号的过程中,第一本振信号与第一回波信号会发生拍频;其中,第一上扫本振信号与第一上扫回波信号在第一扫频时间形成第一拍频信号,第二下扫本振信号与第二下扫回波信号在第二扫频时间形成第三拍频信号,光电探测模块可以将上述第一拍频信号与第三拍频信号转换为相应的电信号,从而便于信号处理设备根据该电信号获取第一拍频信号与第三拍频信号的频率。光电探测模块接收第一本振信号、第一探测信号的回波信号、第二本振信号与第二探测信号的回波信号的过程中,第二本振信号与第二回波信号会发生拍频;其中,第一下扫本振信号与第一下扫回波信号在第一扫频时间形成第二拍频信号,第二上扫本振信号与第二上扫回波信号在第二扫频时间形成第四拍频信号,光电探测模块可以将上述第二拍频信号与第四拍频信号转换为相应的电信号,从而便于信号处理设备根据该电信号获取第二拍频信号与第三拍频信号的频率。
步骤S400、获取第一频率与第二频率,进入步骤S600。
为便于更好地理解第一频率与第二频率,以下先对图2至图12作出说明。请结合图2至图12,图2至图6分别示出了目标物体远离激光探测装置时,两本振信号对应的速度拍频频率相对于两本振信号对应的距离拍频频率处于不同区间的五种拍频原理图与频谱图,图7至图11分别示出了目标物体靠近激光探测装置时,两本振信号对应的速度拍频频率相对于两本振信号对应的距离拍频频率处于不同区间的五种拍频原理图与频谱图,图12示出了目标物体相对于激光探测装置静止时的拍频原理图与频谱图。
具体来说,图2示出了目标物体远离激光探测装置时,fv介于区间(0,] 情况下的拍频原理图与频谱图;图3示出了目标物体远离激光探测装置时,fv介于区间(,frd]情况下的拍频原理图与频谱图;图4示出了目标物体远离激光探测装置时,fv介于区间(frd ]情况下的拍频原理图与频谱图;图5示出了目标物体远离激光探测装置时,fv介于区间(,fru]情况下的拍频原理图与频谱图;图6示出了目标物体远离激光探测装置时,fv大于fru情况下的拍频原理图与频谱图;图7示出了目标物体靠近激光探测装置时,fv介于区间(0,] 情况下的拍频原理图与频谱图;图8示出了目标物体靠近激光探测装置时,fv介于区间(,frd]情况下的拍频原理图与频谱图;图9示出了目标物体靠近激光探测装置时,fv介于区间(frd ]情况下的拍频原理图与频谱图;图10示出了目标物体靠近激光探测装置时,fv介于区间(,fru]情况下的拍频原理图与频谱图;图11示出了目标物体靠近激光探测装置时,fv大于fru情况下的拍频原理图与频谱图;图12示出了目标物体相对于激光探测装置静止情况下,即fv为0时的拍频原理与频谱图。其中,fv为第一本振信号对应的拍频信号的速度拍频频率,fru为第一本振信号对应的拍频信号的距离拍频频率,frd为第二本振信号对应的频信号的距离拍频频率。
上述各图中,上部的黑色实线表示第一本振信号,上部黑色宽间距虚线表示参考信号,其具体表示目标物体相对激光探测装置静止时第一回波信号,其与第一本振信号之间仅在时间轴(t)上具有相对位移,上部黑色的窄间距点线表示第一回波信号,其与参考信号之间在频率轴(f)上具有相对位移,t0(时间轴的起始位置)~ t1(时间轴的第二条虚线位置)之间的时间表示第一扫频时间,第一扫频时间的持续时长等于t1减去t0;同理,下部的黑色实线表示第二本振信号,下部黑色宽间距虚线表示参考信号,其具体表示目标物体相对激光探测装置静止时第二回波信号,其与第二本振信号之间仅在时间轴(t)上具有相对位移,下部黑色的窄间距点线表示第二回波信号,其与参考信号之间在频率轴(f)上具有相对位移,t1~t2(时间轴的第四条虚线位置)之间的时间表示第二扫频时间,第二扫频时间的持续时长等于t2减去t1。其中,第一上扫本振信号与第一上扫回波信号的拍频信号为第一拍频信号,第一下扫本振信号与第一下扫回波信号的拍频信号为第二拍频信号,第二下扫本振信号与第二下扫回波信号的拍频信号为第三拍频信号,第二上扫本振信号与第二上扫回波信号的拍频信号为第四拍频信号。
在应用中,第一频率f+1为第一拍频信号的频率与第二拍频信号的频率中较高的一个,第二频率f-1为第一拍频信号的频率与第二拍频信号的频率中较低的一个。在第一扫频时间,光电探测模块接收第一上扫本振信号与第一上扫回波信号,二者进行拍频生成第一拍频信号;同时,光电探测模块接收第一下扫本振信号与第一下扫回波信号,二者拍频生成第二拍频信号。光电探测模块将第一拍频信号与第二拍频信号转换为第一电信号与第二电信号,并发送给信号处理设备。信号处理设备对第一电信号与第二电信号进行分析处理,如通过傅里叶变换处理以及峰值寻找,即可获得频率较高的第一频率f+1与较低第二频率f-1;即,第一频率f+1为第一拍频信号的频率与第二拍频信号的频率中较高的一个,第二频率f-1为第一拍频信号的频率与第二拍频信号的频率中较低的一个。
步骤S500、获取第三频率与第四频率,进入步骤S600。
在应用中,第三频率f+2为第三拍频信号的频率与第四拍频信号的频率中较高的一个,第四频率f-2为第三拍频信号的频率与第四拍频信号的频率中较低的一个。在第二扫频时间,光电探测模块接收第二下扫本振信号与第二下扫回波信号,二者进行拍频生成第三拍频信号;同时,光电探测模块接收第二上扫本振信号与第二上扫回波信号,二者拍频生成第四拍频信号。光电探测模块将第三拍频信号与第四拍频信号转换为第三电信号与第四电信号,然后发送给信号处理设备。信号处理设备对第三电信号与第四电信号进行分析处理,如通过傅里叶变换处理以及峰值寻找,即可获得频率较高的第三频率f+2与较低第四频率f-2;即,第三频率f+2为第三拍频信号的频率与第四拍频信号的频率中较高的一个,第四频率f-2为第三拍频信号的频率与第四拍频信号的频率中较低的一个。
步骤S600、根据第一频率、第二频率、第三频率、第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。
在应用中,信号处理设备获取上述第一频率至第四频率之后,进一步根据拍频信号的频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波和/或第二三角波的中心频率,确定目标物体在每个扫频周期相对于激光探测装置的距离与速度。值得说明的是,本申请文件所述的“根据运第一频率、第二频率、第三频率、第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度”是指,在对目标物体的相对距离与速度进行求解时,需要用到第一频率、第二频率、第三频率、第四频率、第一斜率、第二斜率等参数,另外,还需要用到第一三角波信号的中心频率与第二三角波信号的中心频率中的至少一个。
值得说明的是,激光探测装置探测产生的本振信号与回波信号的拍频频率实则是距离拍频频率与速度拍频频的耦合。其中,距离拍频频率是因探测信号在飞行时间内相对于本振信号位移,进而在探测信号与本振信号拍频过程中引起的差频;其大小等于探测信号的扫频斜率与探测信号的飞行时间的乘积,其仅与飞行时间有关,而与目标物体的速度无关。其中,速度拍频频率是因目标物体的速度而引发的多普勒频移效应,进而在探测信号与本振信号拍频过程中引起的差频;其大小等于目标物体相对于激光探测装置的径向速度的两倍与探测信号波长的商值。由此可知,距离拍频频率,速度拍频频率为,本振信号与回波信号的拍频频率为;其中,为探测信号的飞行时间,v为目标物体相对于激光探测装置的径向速度,为探测信号的波长(中心波长),c为光速,f0为探测信号的中心频率,k为扫频斜率。
为便于说明,本申请文件将第一拍频信号的距离拍频频率记为fru1,速度拍频频率记为fv1;第二拍频信号的距离拍频频率记为frd1,速度拍频频率记为fv1;第三拍频信号的距离拍频频率记为fru2,速度拍频频率记为fv2;第四拍频信号的距离拍频频率记为frd2,速度拍频频率记为fv2。其中,因为速度拍频频率仅与目标物体的相对径向速度和探测信号的中心频率(或中心波长)相关,而第一三角波信号与第二三角波信号的频率差相对于各自的频率(波长)本身是极小的,例如,两信号的波长差为0.1~0.3nm,因此可以将第一拍频信号与第二拍频信号的速度拍频频率视为一致,将第三拍频信号与第四拍频信号的速度拍频频率视为一致。
另外,结合图2至图12可知,图2与图7对应的具体场景的区别在于目标物体的运动方向,两者的速度所处的区间情况相同。为便于说明,本申请文件将速度拍频频率满足相同条件的情况统一为同一场景,具体定义如下。
将满足条件:的场景定义为第一场景,该第一场景对应上述附图中的图2与图7;
将满足条件:的场景定义为第二场景,该第二场景对应上述附图中的图3与图8;
将满足条件:的场景定义为第三场景,该第三场景对应上述附图中的图4与图9;
将满足条件:的场景定义为第四场景,该第四场景对应上述附图中的图5与图10;
将满足条件:fru<fv的场景定义为第五场景,该第五场景对应上述附图中的图6与图11;
另外,图12则对应目标物体相对于激光探测装置静止的相对静止场景。
请参阅图13,其示出了本申请一些实施例中步骤S600的子流程示意图,上述步骤S600包括:
步骤S610:判断第一频率与第三频率的大小关系;
步骤S620:若第一频率大于第三频率,则确定第一频率为第一预设频率,第二频率为第二预设频率,第三频率为第三预设频率,第四频率为第四预设频率,若第一频率小于第三频率,则确定第三频率为第一预设频率,第四频率为第二预设频率,第一频率为第三预设频率,第二频率为第四预设频率;
步骤S630:根据相关参数,确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度,其中,相关参数包括:第一预设频率、第二预设频率、第三预设频率、第四预设频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率。
在应用中,首先根据第一频率f+1与第三频率f+2的大小关系,判断出目标物体相对于激光探测装置处于相对远离、相对靠近或相对静止中的何种状态。具体地,结合图2至图11可知,若第一频率f+1大于第三频率f+2,则可以确定目标物体远离激光探测装置;若第一频率f+1小于第三频率f+2,则可以确定目标物体靠近激光探测装置;若第一频率f+1等于第三频率f+2,则可以确定目标物体相对激光探测装置静止。因此,目标物体相对于激光探测装置远离和靠近两种状态时,第一频率f+1与第三频率f+2的大小关系恰好相反。
同时,结合图2与图7(图3~图6,与图8~图11同理)可知,两图之间第一频率与第三频率的耦合计算方式恰好相反,第二频率与第四频率的耦合计算方式恰好相反。例如,图2中第一频率f+1等于第一本振信号对应的距离拍频频率与速度拍频频率的和值,第二频率f-1等于第二本振信号对应的距离拍频频率与速度拍频频率的差值,第三频率f+2等于第一本振信号对应的距离拍频频率与速度拍频频率的差值,第四频率f-2等于第二本振信号对应的距离拍频频率与速度拍频频率的和值;图7中第一频率f+1等于第一本振信号对应的距离拍频频率与速度拍频频率的差值,第二频率f-1等于第二本振信号对应的距离拍频频率与速度拍频频率的和值,第三频率f+2等于第一本振信号对应的距离拍频频率与速度拍频频率的和值,第四频率f-2等于第二本振信号对应的距离拍频频率与速度拍频频率的差值。由此,本实施例中步骤S620的设置,使得将第一预设频率赋予由相同频率耦合方式得到的频率,有利于后续解算距离与速度时,将图2与图7(图3~图6,与图8~图11同理)对应的场景统一为均可以由同一种解算算法计算。如此,在确定目标物体相对于激光探测装置处于第一场景或其他场景后,可以根据上述相关参数,并通过相同的算法对两种更细化具体的子场景,进行目标物体相对距离与相对速度的解算,而无需通过两种独立的算法实现解算。由于第一至第五场景均各自包括两种子场景,因此上述设置可以在一定程度上简化算法的难度。其中,本申请文件中所述的“相关参数”包括:第一预设频率fA、第二预设频率fB、第三预设频率fC、第四预设频率fD、第一斜率ku、第二斜率kd,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率。
请参阅图14,其示出了本申请一些实施例中步骤S630的子流程示意图,上述步骤S630包括以下步骤S631至步骤S633。
步骤S631:确定目标物体与激光探测装置之间的相对距离估值。具体地,可以根据上述相关参数中的若干个参数确定出目标物体与激光探测装置之间的相对距离估值;该相对距离估值是与距离相关的量,其可以是距离值,亦可以是距离拍频值,因为两者可以实现换算,具体换算方式会在后文详述。一般地,当目标物体与激光探测装置之间的距离较大时,目标物体相对于激光探测装置所处的场景相对简单;具体来说,在上述情况下,速度拍频频率较大概率小于距离拍频,即是目标物体相对于激光探测装置可能处于第一场景或第二场景。而当目标物体于激光探测装置之间的距离较小时,目标物体相对于激光探测装置所处的场景则相对复杂,其既可能是上述的第一场景或第二场景,亦有可能是第三至第五场景。因此,可以通过确定目标物体于激光探测装置之间的相对距离估值,来大致判断目标物体与激光探测装置之间的距离是较大或较小;若较大,者仅需采用能够解算其中部分场景,如解算第一场景与第二场景的算法来解算目标物体相对于激光探测装置的距离与速度;若较小,则需要采用能够解算所有场景的算法进行解算目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。
在一些实施方式中,上述步骤S631包括:根据第一估值算法确定第一拍频信号的距离拍频频率与第二拍频信号的距离拍频频率的加和值,并将所确定的加和值确定为相对距离估值;其中,第一估值算法配置为可针对第一场景集,计算第一拍频信号的距离拍频频率与第二拍频信号的距离拍频频率的加和值的算法。其中,第一场景集包括上述第一场景与第二场景;第一估值算法则是可以基于第一场景与第二场景,来计算第一拍频信号与第二拍频信号的距离拍频频率的和值的算法。例如,第一估值算法可以包括如下公式获取第一距离估值fer1:+。由于第一拍频信号与第二拍频信号的距离拍频频率的加和值是与距离相关的拍频,其与距离之间是可以相互换算的,因此其可以用于与预设的阈值比较,进而判断目标物体相对于激光探测装置距离是近或远。其中,上述第一距离估值fer1与距离l的换算方式如下:
l 。
应当理解,即使本实施例是以第一拍频信号与第二拍频信号的距离拍频频率的加和值作为相对距离估值,但在本申请并不局限于此。例如,在本申请其他的一些实施例中,还可以将根据第一估值算法确定的第一拍频信号的距离拍频fru1作为相对距离估值,此时,第一估值算法则被配置为可以可针对第一场景集,计算所述第一拍频信号的距离拍频频率的算法。例如,在本申请其他的另一些实施例中,还可以将根据第一估值算法确定的第二拍频信号的距离拍频frd1作为相对距离估值,此时,第一估值算法则被配置为可以可针对第一场景集,计算所述第二拍频信号的距离拍频频率的算法。又例如,在本申请其他的又一些实施例中,还可以将根据第一估值算法确定的相对距离作为相对距离估值,此时,第一估值算法则被配置为可以可针对第一场景集,计算目标物体相对于激光探测装置的距离的算法;例如计算方式可以先获取上述的距离拍频和值,然后,根据该和值与第一斜率与第二斜率确定出第一回波信号对应的距离拍频频率,之后,根据上述换算公式即可获取该相对距离估值。
步骤S632:若相对距离估值大于第一阈值,则确定目标物体于激光探测装置处于第一场景集,根据第一算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度;其中,第一场景集包括第一场景与第二场景。
第一阈值fe1是用于与相对距离估值进行判断的值;其可以是一个预设的固定值,如对应实际区分中远距离与近距离的距离值所确定的值;或者是与上述距离值对应的距离拍频频率值,该距离拍频频率值可以通过上述距离与距离拍频换算的方式得到的值;还可以是通过基于上述相关参数,采用算法所确定的一个值。一般地,若相对距离估值为距离值,则第一阈值也为距离值;若相对距离为频率值,则第一阈值也为频率值。当上述相对距离估值大于第一阈值时,则说明目标物体于激光探测装置之间的距离较大,此时目标物体相对于激光探测装置所处的场景较为简单,需要根据能够解算第一场景与第二场景的算法进行解算即可。第一算法配置为可针对第一场景与第二场景,计算所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的算法。
如上文所述,第一阈值的获取方式实则是多样的。在一些实施方式中,上述相对距离估值为上述第一拍频信号与第二拍频信号的距离拍频频率加和值,该第一阈值为最大速度拍频的预设倍数;其中,最大速度拍频为根据激光探测装置可探测的最大速度计算得到的拍频频率,换算公式可以参见上述的多普勒频移公式。例如,激光探测装置的最大可探测速度为200km/h,激光的波长为1550nm,则上述最大速度拍频=71.7MHz。然后将上述最大速度拍频的预设倍数,如2倍(即预设倍数为2)作为第一阈值。由于第一斜率与第二斜率接近,所以上述的相对估值拍频大约为2倍的距离拍频;因此,相对距离估值大于第一阈值的条件,与,距离拍频大于最大速度拍频的条件大致等价。当然,根据激光探测装置的实际工况,如第一斜率与第二斜率的比值的不确定性,预设倍数也可以为其他匹配的倍数,或根据经验选择。
例如,在另一些实施方式中,上述相对距离估值为上述第一拍频信号与第二拍频信号的距离拍频频率加和值,该第一阈值为根据预设距离阈值与第一斜率,计算得到的、与第一三角波信号对应的距离拍频频率的第一预设倍数。具体地,预设距离阈值可以为区分中远距离与近距离的距离值,如50m,100m。然后,结合上述距离拍频与距离的换算公式,将预设距离阈值换算为与第一三角波信号对应的距离拍频;之后,再将该换算得到的距离拍频乘以第一预设倍数,得到第一阈值,以和相对距离估值匹配。第一预设倍数可以为(1+α),也可以是其他经验值。
例如,在另一些实施方式中,上述相对距离估值为上述第一拍频信号与第二拍频信号的距离拍频频率加和值,该第一阈值为根据预设距离阈值与第二斜率,计算得到的、与第二三角波信号对应的距离拍频的第二预设倍数。具体获取方式可以参照上述实施例,在此不赘述。
当上述相对距离估值大于第一阈值时,则说明目标物体于激光探测装置之间的距离较大,此时目标物体相对于激光探测装置所处的场景较为简单,仅包括第一场景与第二场景,根据能够解算第一场景与第二场景的第一算法进行解算即可。第一算法配置为可针对第一场景集,计算所述目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的算法。
步骤S633:若相对距离估值小于第一阈值,则确定目标物体于激光探测装置处于第二场景集,根据第二算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度,第二场景集包括第一场景、第二场景、第三场景、第四场景与第五场景。当上述相对距离估值小于第一阈值时,则说明目标物体与激光探测装置之间的距离较小,此时目标物体相对于激光探测装置所处的场景较为复杂,需要启动能够解算第一场景至第五场景各场景的第二算法进行解算。第二算法配置为可针对第一场景至第五场景各场景,计算所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的算法。
接下来对上述步骤S632作详细说明。请参阅图15,其示出了本申请一些实施例中步骤S632的子流程示意图,上述步骤S632包括以下步骤S6321~S6324。
步骤S6321:确定目标物体相对于激光探测装置所处的具体场景。在确定目标物体相对于激光探测装置处于第一场景集之后,需要进一步确定具体处于何种场景。请结合图16,其示出了本申请一些实施例中步骤S6321的子流程示意图,该步骤S6321包括以下步骤S63211~S63212。
步骤S63211:根据第一判断算法,确定第一绝对值。其中,第一判断算法为与第一场景匹配的算法,其配置为可针对目标物体相对于激光探测装置处于第一场景时,计算第一拍频信号的速度拍频频率与第三拍频信号的速度拍频频率的差值的绝对值,以得到上述第一绝对值的算法。具体地,请结合图2,第一绝对值可以通过以下公式得到:
步骤S63212:若第一绝对值小于第二阈值,则确定目标物体相对于激光探测处于第一场景;若第一绝对值大于第二阈值,则确定目标物体相对于激光探测处于第二场景。若当前目标物体相对于激光探测装置处于第一场景,由于第一扫频时间与第二扫频时间十分接近,因此第一拍频信号的速度拍频频率与第三拍频信号的速度拍频频率也十分接近,即第一绝对值接近于0。若当前目标物体相对于激光探测装置处于第二场景,利用上述公式获得的第一绝对值则并不接近于0。因此,可以设置一个第二阈值fe2,并将该第一绝对值与第二阈值fe2比较,来界定第一绝对值是否接近于0;当第一绝对值小于该第二阈值fe2时,则确第一绝对值定接近于0,进一步确定目标物体相对于激光探测处于第一场景;反之,当第一绝对值大于该第二阈值fe2时,确定目标物体相对于激光探测处于第二场景。
至于第二阈值fe2的选择,其实则是多样的。在一些例子中,第二阈值fe2可以为接近0的非零值,如0.2,0.5等等;亦可以是通过算法计算出的值。
本实施例中,第二阈值fe2通过算法计算得到。具体地,第二阈值为根据第二判断算法确定的第二绝对值。具体地,第二判断算法与第二场景匹配,其配置为针对目标物体相对于激光探测装置处于第二场景时,计算第一拍频信号与第三拍频信号的速度拍频频率的差值的绝对值,以得到上述第二绝对值的算法。第二判断算法可以包括以下公式,即第二阈值fe2可以通过以下公式得到:
当前目标物体相对于激光探测装置处于第二场景,由于第一扫频时间与第二扫频时间十分接近,因此第一拍频信号的速度拍频频率与第三拍频信号的速度拍频频率也十分接近,即第二阈值fe2接近于0。若当前目标物体相对于激光探测装置处于第一场景,利用上述公式获得的第二阈值fe2则并不接近于0。
综上可知,当目标物体相对于激光探测装置处于第一场景时,第一绝对值为接近0的值,第二阈值fe2为不接近0的值;当目标物体相对于激光探测装置处于第二场景时,第一绝对值为不接近0的值,第二阈值fe2为接近0的值。因此,若小于第二阈值fe2,则可以确定目标物体相对于激光探测处于第一场景;若于第二阈值fe2,则可以确定目标物体相对于激光探测处于第二场景。
步骤S6322:若目标物体相对于激光探测装置处于第一场景,则根据第一解耦算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。为方便说明,本申请文件分别对第一距离、第一速度、第二距离与第二速度作出定义。其中,本申请文件所述的“第一距离”意为,于第一预设频率对应的扫频时间(对于图2与图3等远离场景,其为第一扫频时间,对于图7与图8等靠近场景,其为第二扫频时间)内,目标物体相对于激光探测装置的距离;本申请文件所述的“第一速度”意为,于第一预设频率对应的扫频时间内,目标物体相对于激光探测装置的速度;本申请文件中所述的“第二距离”意为,于第三预设频率对应的扫频时间(对于图2与图3等远离场景,其为第二扫频时间,对于图7与图8等靠近场景,其为第一扫频时间)内,目标物体相对于激光探测装置的距离;本申请文件所述的“第二速度”意为,于第三预设频率对应的扫频时间内,目标物体相对于激光探测装置的速度。其中,第一算法配置为可以针对第一场景,计算目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的算法。若确定目标物体相对于激光探测装置处于第一场景,则基于上述相关参数,根据与第一场景匹配的第一算法计算,即可以确定上述第一距离、第一速度、第二距离与第二速度。该步骤S6322中根据第一解耦算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的步骤可以包括以下步骤S63221~ S63224。
步骤S63221:根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率与第二斜率,确定第一距离。具体地,可以先根据第一预设频率fA、第二预设频率fB确定第一回波信号对应的拍频信号与第二回波信号对应的拍频信号的距离拍频频率之和,然后根据上述距离拍频频率之和、第一斜率ku与第二斜率kd,确定第一回波信号对应的拍频信号在对应扫频时间的距离拍频频率fr1;例如可以通过以下公式(1)实现。再根据上述距离拍频频率fr1与第一斜率ku确定第一距离R1,例如可以通过公式(2)实现。当然,在其他的例子中,也可以根据第一预设频率fA、第二预设频率fB、第一斜率ku、第二斜率kd以及公式(2)直接确定第一距离R1。
步骤S63222:根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定第一速度。可以先根据第一预设频率fA、第二预设频率fB、第一斜率ku与第二斜率kd,确定出第一回波信号对应的拍频信号在第一预设频率所对应扫频时间内的速度拍频频率fv1;例如通过以下公式(3)确定。再基于第一回波信号的速度拍频频率,以及,第一三角波信号的中心频率f01(或第二三角波信号的中心频率f02,或,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率的均值f03),确定目标物体的第一速度V1;例如,可以通过以下公式(4)确定。
步骤S63223:根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率与第二斜率,确定第二距离。可以先根据第三预设频率fC、第四预设频率fD确定第一回波信号对应的拍频信号与第二回波信号对应的拍频信号的距离拍频频率之和,根据上述距离拍频频率之和、第一斜率ku与第二斜率kd,确定第一回波信号对应的拍频信号的距离拍频频率fr2;例如可以通过公式(5)实现。再根据上述距离拍频频率fr2与第一斜率ku确定第二距离R2,例如可以通过公式(6)实现。当然,在其他的实施方式中,也可以根据第三预设频率fC、第四预设频率fD、第一斜率ku、第二斜率kd以及公式(6)直接确定第二距离R2。
步骤S63224:根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定第二速度。可以先根据第三预设频率fC、第四预设频率fD、第一斜率ku与第二斜率kd,确定出第一回波信号对应的拍频信号在第三预设频率所对应扫频时间内的速度拍频频率fv2;例如通过以下公式(7)确定。再基于第一回波信号的速度拍频频率,以及,第一三角波信号的中心频率f01(或第二三角波信号的中心频率f02,或,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率的均值f03),确定目标物体的第二速度V2;例如,可以通过以下公式(8)确定。
步骤S6323:若目标物体相对于激光探测装置处于第二场景,则根据第二解耦算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。其中,第二解耦算法配置为可以针对第二场景,计算目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的算法。若确定目标物体相对于激光探测装置处于第二场景,则基于上述相关参数,根据与第二场景匹配的第二解耦算法计算,即可以确定上述第一距离、第一速度、第二距离与第二速度。该步骤S6323中根据第二解耦算法确定目标物体相对于激光探测装置的第一距离、第一速度、第二距离与第二速度的步骤可以包括以下步骤S63231~ S63234。
步骤S63231:根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率与第二斜率,确定第一距离。具体地,可以先根据第一预设频率fA、第二预设频率fB确定第一回波信号对应的拍频信号与第二回波信号对应的拍频信号的距离拍频频率之和,然后根据上述距离拍频频率之和、第一斜率ku与第二斜率kd,确定第一回波信号对应的拍频信号在对应扫频时间的距离拍频频率fr1;例如可以通过以下公式(1)实现。再根据上述距离拍频频率fr1与第一斜率ku确定第一距离R1,例如可以通过公式(2)实现。当然,在其他的例子中,也可以根据第一预设频率fA、第二预设频率fB、第一斜率ku、第二斜率kd以及公式(2)直接确定第一距离R1。
步骤S63232:根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定第一速度。可以先根据第一预设频率fA、第二预设频率fB、第一斜率ku与第二斜率kd,确定出第一回波信号对应的拍频信号在第一预设频率所对应扫频时间内的速度拍频频率fv1;例如通过以下公式(3)确定。再基于第一回波信号的速度拍频频率,以及,第一三角波信号的中心频率f01(或第二三角波信号的中心频率f02,或,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率的均值f03),确定目标物体的第一速度;例如,可以通过以下公式(4)确定。
步骤S63233:根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率与第二斜率,确定第二距离。可以先根据第三预设频率fC、第四预设频率fD确定第一回波信号对应的拍频信号与第二回波信号对应的拍频信号的距离拍频频率之和,根据上述距离拍频频率之和、第一斜率ku与第二斜率kd,确定第一回波信号对应的拍频信号的距离拍频频率fr2;例如可以通过公式(5)实现。再根据上述距离拍频频率fr2与第一斜率ku确定第二距离R2,例如可以通过公式(6)实现。当然,在其他的实施方式中,也可以根据第三预设频率fC、第四预设频率fD、第一斜率ku、第二斜率kd以及公式(6)直接确定第二距离R2。
步骤S63234:根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定第二速度。可以先根据第三预设频率fC、第四预设频率fD、第一斜率ku与第二斜率kd,确定出第一回波信号对应的拍频信号在第三预设频率所对应扫频时间内的速度拍频频率fv2;例如通过以下公式(9)确定。再基于第一回波信号的速度拍频频率,以及,第一三角波信号的中心频率f01(或第二三角波信号的中心频率f02,或,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率的均值f03),确定目标物体的第二速度V2;例如,可以通过以下公式(10)确定。
在一些实施例中,第一算法具体包括以下公式:
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
(6)
(7)
(8)
(9)
(10)
值得一提的是,由于第一场景与第二场景两者中第一距离、第一速度与第二距离可以采用相同的计算方式获取;因此,在计算时序上,第一距离、第一速度与第二距离的计算可在区分第一场景与第二场景的步骤之前,即公式(1)~(6)在时序上位于公式(7)~(10),以及,上述第一绝对值与第一阈值的判断之前,从而简化程序指令。当然,在计算时序上,第一距离、第一速度与第二距离的计算也可在区分第一场景与第二场景的步骤之后。
接下来,再对上述步骤S633作详细说明,请参阅图17,其示出了本申请一些实施例中步骤S633的子流程示意图,上述根据第二算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的步骤具体包括以下步骤S6331~ S6337,具体如下。
步骤S6331:确定目标物体相对于激光探测装置处于第三场景集或第四场景集。其中,第三场景集包括第一场景、第二场景与第三场景,第四场景集包括第四场景与第五场景。在确定目标物体相对于激光探测装置处于第二场景集后,需要继续确定具体处于何种场景或场景集,针对不同的场景采用不同的算法解算上述距离与速度。请参阅图18,其示出了本申请其中一些实施例中步骤S6331的子流程示意图,本申请中,根据第四预设频率与第二预设频率的大小关系,将五种具体场景分为上述两种场景集。具体地说,上述步骤S6331包括步骤S63311~S63313。步骤S63311:判断第四预设频率与第二预设频率的大小关系。步骤S63312:当第四预设频率大于第二预设频率时,则可以确定目标物体相对于激光探测装置处于第三场景集。步骤S63313:当第四预设频率小于第二预设频率时,则可以确定目标物体相对于激光探测装置处于第四场景集。
步骤S6332:若目标物体相对于激光探测装置处于第三场景集,则继续确定目标物体相对于激光探测装置处于第一场景集或第三场景。在确定目标物体相对激光探测装置处于第三场景集后,由于第三场景集包括上述第一场景集和第三场景,所以需要进一步确定目标物体相对于激光探测装置是处于第一场景集,还是第三场景。请参阅图19,其示出了本申请其中一些实施例中步骤S6332的子流程示意图,上述步骤S6332中确定目标物体相对于激光探测装置处于第一场景集或第三场景包括以下步骤S63321~S63323。
步骤S63321:根据第三判断算法,确定第三绝对值;其中,第三算法为与第三场景匹配的算法,其配置为针对目标物体相对于激光探测装置处于第三场景时,计算第一和值与第二和值的差值的绝对值,以得到上述第三绝对值;其中,第一和值为第一拍频信号的距离拍频频率与第二拍频信号的距离拍频频率的和值,第二和值为第三拍频信号的距离拍频频率与第四拍频信号的距离拍频频率的和值,该第一和值与第二和值均是根据第三判断算法匹配第三场景获得的。在一个例子中,第三判断算法可以包括以下公式,即第三绝对值可以通过以下公式确定:
步骤S63322:若第三绝对值小于第三阈值,则确定目标物体相对于激光探测处于第三场景。
步骤S63323:若第三绝对值大于第三阈值,则确定目标物体相对于激光探测处于第一场景集。若当前目标物体相对于激光探测装置处于第三场景,由于第一扫频时间与第二扫频时间的时刻十分接近,因此第一拍频信号及第三拍频信号的距离拍频频率和,会与,第三拍频信号及第四拍频信号的距离拍频频率和十分接近,即第三绝对值接近于0。若当前目标物体相对于激光探测装置处于第一场景或第二场景,利用上述公式获得的则并不接近于0。因此,可以设置一个第三阈值fe3,并将该与该第三阈值fe3比较,来界定是否接近于0;当小于该第三阈值fe3时,则确定接近于0,进一步确定目标物体相对于激光探测处于第三场景;反之,当大于该第三阈值fe3时,确定目标物体相对于激光探测处于第一场景集。
至于第三阈值fe3的选择,其实则是多样的。在一些例子中,第三阈值fe3可以为接近0的非零值,如0.2,0.5等等;亦可以是通过算法计算出的值。
本实施例中,第三阈值fe3通过算法计算得到。具体地,第三阈值fe3为根据第四判断算法确定的第三和值与第四和值的差值的绝对值。第四判断算法与第一场景集匹配,其配置为针对目标物体相对于激光探测装置处于第一场景集时,计算第三和值与第四和值的差值的绝对值;其中,第三和值为第一拍频信号的距离拍频频率与第二拍频信号的距离拍频频率的和值,第四和值为第三拍频信号的距离拍频频率与第四拍频信号的距离拍频频率的和值,该第三和值与第四和值均是根据第四判断算法匹配第一场景集获得的。第四判断算法可以包括以下公式,即第三阈值fe3可以通过以下公式得到:
当前目标物体相对于激光探测装置处于第一场景或第二场景,由于第一扫频时间与第二扫频时间的时刻十分接近,因此第三拍频信号及第四拍频信号的距离拍频频率之和,会与,第一拍频信号及第二拍频信号的距离拍频频率之和十分接近,即第三阈值fe3接近于0。若当前目标物体相对于激光探测装置处于第三场景,利用上述公式获得的第二阈值fe2则并不接近于0。
综上可知,当目标物体相对于激光探测装置处于第三场景时,第二绝对值为接近0的值,第三阈值fe3为不接近0的值;当目标物体相对于激光探测装置处于第一场景或第二场景时,第一绝对值为不接近0的值,第二阈值fe2为接近0的值。因此,若小于第三阈值fe3,则可以确定目标物体相对于激光探测处于第三场景;若于第三阈值fe3,则可以确定目标物体相对于激光探测处于第三场景集。
步骤S6333:若目标物体相对于激光探测装置处于第一场景集,根据第一算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。在确定目标物体相对于激光探测装置处于第一场景集时,则可以采用上述步骤S633中的第一算法来解算目标物体相对于激光探测装置的距离与速度,具体可以参见前文,在此则不赘述。
步骤S6334:若目标物体相对于激光探测装置处于第三场景,根据第三解耦算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。其中,第三解耦算法配置为可针对目标物体相对于激光探测装置处于第三场景时,确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的算法。在确定目标物体相对于激光探测装置处于第三场景时,则需要采用与第三场景匹配的第三解耦算法来确定上述距离与速度。在一个例子中,该步骤S6334中根据第三解耦算法对第三场景,确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的步骤包括以下步骤S63341~ S63344。
步骤S63341:根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率与第二斜率,确定第一距离。具体地,可以先根据第一预设频率fA、第二预设频率fB确定第一回波信号对应的拍频信号与第二回波信号对应的拍频信号的距离拍频频率之和,然后根据上述距离拍频频率之和、第一斜率ku与第二斜率kd,确定第一回波信号对应的拍频信号在对应扫频时间的距离拍频频率fr1;例如可以通过以下公式(11)实现。再根据上述距离拍频频率fr1与第一斜率ku确定第一距离R1,例如可以通过公式(12)实现。当然,在其他的例子中,也可以根据第一预设频率fA、第二预设频率fB、第一斜率ku、第二斜率kd以及公式(12)直接确定第一距离R1。
步骤S63342:根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定第一速度。可以先根据第一预设频率fA、第二预设频率fB、第一斜率ku与第二斜率kd,确定出第一回波信号对应的拍频信号在第一预设频率所对应扫频时间内的速度拍频频率fv1;例如通过以下公式(13)确定。再基于第一回波信号的速度拍频频率,以及,第一三角波信号的中心频率f01(或第二三角波信号的中心频率f02,或,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率的均值f03),确定目标物体的第一速度V1;例如,可以通过以下公式(14)确定。
步骤S63343:根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率与第二斜率,确定第二距离。可以先根据第三预设频率fC、第四预设频率fD确定第一回波信号对应的拍频信号与第二回波信号对应的拍频信号的距离拍频频率之和,根据上述距离拍频频率之和、第一斜率ku与第二斜率kd,确定第一回波信号对应的拍频信号的距离拍频频率fr2;例如可以通过公式(15)实现。再根据上述距离拍频频率fr2与第一斜率ku确定第二距离R2,例如可以通过公式(16)实现。当然,在其他的实施方式中,也可以根据第三预设频率fC、第四预设频率fD、第一斜率ku、第二斜率kd以及公式(16)直接确定第二距离R2。
步骤S63344:根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定第二速度。可以先根据第三预设频率fC、第四预设频率fD、第一斜率ku与第二斜率kd,确定出第一回波信号对应的拍频信号在第三预设频率所对应扫频时间内的速度拍频频率fv2;例如通过以下公式(17)确定。再基于第一回波信号的速度拍频频率,以及,第一三角波信号的中心频率f01(或第二三角波信号的中心频率f02,或,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率的均值f03),确定目标物体的第二速度;例如,可以通过以下公式(18)确定。
值得一提的是,由于第一场景、第二场景与第三场景三者中第二距离可以采用相同的计算方式获取;因此,在计算时序上,第二距离的计算可在区分第一场景集与第三场景的步骤之前,即公式(15)~(16)在时序上位于公式(11)~(14)、(17)~(18)之前,从而简化程序指令。同理,由于对第一场景集中而言,第一距离与第一速度可以采用相同的计算方式获取;因此,在计算时序上,第一距离与第一速度的计算可在区分第一场景与第三场景的步骤之前,即公式(11)~(14)在时序上位于公式(17)~(20)之前,从而简化程序指令。
在一些实施例中,第三解耦算法具体包括以下公式:
(11)
(12)
(13)
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
步骤S6335:若目标物体相对于激光探测装置处于第四场景集,则继续确定目标物体相对于激光探测装置所处的具体场景。在确定目标物体相对于激光探测装置处于第四场景集之后,需要进一步确定具体处于何种场景。请参阅图20,其示出了本申请一些实施例中步骤S6335的子流程示意图,该实施例中通过距离拍频频率与速度拍频频率的大小关系来确定第四场景或第五场景,该步骤S6335具体包括以下步骤S63351~S63352。
步骤S63351:判断第一本振信号对应的拍频信号的距离拍频频率与速度拍频频率的大小关系。由于第四场景中第一本振信号对应的拍频信号的速度拍频频率小于或等于距离拍频频率,第五场景中的第一本振信号对应的拍频信号的速度拍频频率大于距离拍频频率,因此可以通过比较上述第一本振信号对应的拍频信号的速度拍频频率与距离拍频频率的大小,来确定目标物体相对于激光探测装置所处的具体场景。在一个例子中,可以先通过第一预设频率fA与第二预设频率fB确定出第一本振信号所对应的拍频信号在相应扫频时间的距离拍频频率与第二本振信号所对应的拍频信号在相应扫频时间的距离拍频频率之和,再结合上述第一斜率ku与第二斜率kd,进一步确定出第一本振信号对应的拍频信号的距离拍频频率fr;例如,可以通过以下公式(19)获得上述距离拍频频率fr。可以通过第一预设频率、第二预设频率、第一斜率与第二斜率确定出第一本振信号所对应的拍频信号在相应扫频时间的速度拍频频率与第二本振信号所对应的拍频信号在相应扫频时间的速度拍频频率之和,再结合上述第一斜率ku与第二斜率kd,进一步确定出第一本振信号对应的拍频信号的速度拍频频率fv;例如,可以通过以下公式(20)获得上述速度拍频频率fv。然后,比较所获取的第一本振信号对应的拍频信号的距离拍频频率fr与速度拍频频率fv即可。
(19)
(20)
应当理解,即使本实施例是通过第一预设频率与第二预设频率来确定上述第一本振信号对应的拍频信号的速度拍频频率与距离拍频频率,但本申请并不局限于此。在本申请的其他实施例中,由于第一扫频时间与第二扫频时间所处的时刻接近,故可以将两扫频时间内的速度拍频频率视为相同;由此,则可以通过第一预设频率与第三预设频率确定出上述第一本振信号对应的拍频信号的速度拍频频率与距离拍频频率。
步骤S63352:若第一本振信号对应的拍频信号的速度拍频频率小于或等于距离拍频频率,则确定目标物体相对于激光探测装置处于第四场景。
步骤S63353:若第一本振信号对应的拍频信号的速度拍频频率小于或等于距离拍频频率,则确定目标物体相对于激光探测装置处于第五场景。具体判断的对应关系可以参照上文,在此则不赘述。
在确定第四场景集中具体的场景之后,则通过相应的算法计算目标物体相对于激光探测装置的距离与速度,具体详见以下步骤S6336~ S6337。
步骤S6336:若确定目标物体相对于激光探测装置处于第四场景,则根据第四解耦算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。其中,第四解耦算法配置为可以针对第四场景,计算目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的算法。在确定目标物体相对于激光探测装置处于第四场景,基于上述相关参数,根据与第四场景匹配的第四解耦算法计算,即可以确定上述第一距离、第一速度、第二距离与第二速度。在一个例子中,上述根据第四解耦算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的步骤包括以下步骤S63361~S63364。
步骤S63361:根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率与第二斜率,确定上述第一距离。
具体地,可以先根据第一预设频率、第二预设频率确定第一回波信号与第二回波信号的距离拍频频率之和,然后根据上述距离拍频频率之和、第一斜率与第二斜率,确定第一回波信号在对应扫频时间的距离拍频频率;例如可以通过公式(21)实现。再根据上述距离拍频频率与第一斜率确定第一距离,例如可以通过公式(22)实现。当然,在其他的例子中,也可以根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率、第二斜率以及公式(22)直接确定第一距离。
步骤S63362:根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率与第二斜率,确定上述第一速度。具体地,可以先根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率与第二斜率,确定出第一回波信号在第一预设频率所对应扫频时间内的速度拍频频率;例如通过以下公式(23)确定。然后,基于第一回波信号的速度拍频频率,以及,第一三角波信号的中心频率f01(或第二三角波信号的中心频率f02,或,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率的均值f03),确定目标物体的第一速度;例如,可以通过以下公式(24)确定。
步骤S63363:根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率与第二斜率,确定第二距离。具体地,可以先根据第三预设频率、第四预设频率确定第一回波信号与第二回波信号的距离拍频频率之和,然后根据上述距离拍频频率之和、第一斜率与第二斜率,确定第一回波信号在对应扫频时间的距离拍频频率;例如可以通过公式(25)实现。再根据上述距离拍频频率与第一斜率确定第二距离,例如可以通过公式(26)实现。当然,在其他的例子中,也可以根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率、第二斜率以及公式(26)直接确定第一距离。
步骤S63364:根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率与第二斜率,确定上述第二速度。例如,可以先根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率与第二斜率,确定出第一回波信号在第三预设频率所对应扫频时间内的速度拍频频率;例如可以通过以下公式(27)确定。然后,基于第一回波信号的速度拍频频率,以及,第一三角波信号的中心频率f01(或第二三角波信号的中心频率f02,或,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率的均值f03),确定目标物体的第一速度;例如,可以通过以下公式(28)确定。
步骤S6337:若确定目标物体相对于激光探测装置处于第五场景,则根据第五解耦算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。其中,第五解耦算法配置为可以针对第五场景,计算目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的算法。在确定目标物体相对于激光探测装置处于第五场景之后,基于上述相关参数,根据与第五场景匹配的第五解耦算法计算,即可以确定上述第一距离、第一速度、第二距离与第二速度。
在一个例子中,上述根据第五解耦算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的步骤包括以下步骤S63371~S63374。
步骤S63371:根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率与第二斜率,确定上述第一距离。具体地,可以先根据第一预设频率、第二预设频率确定第一回波信号与第二回波信号的距离拍频频率之和,然后根据上述距离拍频频率之和、第一斜率与第二斜率,确定第一回波信号在对应扫频时间的距离拍频频率;例如可以通过公式(21)实现。再根据上述距离拍频频率与第一斜率确定第一距离,例如可以通过公式(22)实现。当然,在其他的例子中,也可以根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率、第二斜率以及公式(22)直接确定第一距离。
步骤S63372:根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率与第二斜率,确定上述第一速度。具体地,可以先根据第一预设频率、第二预设频率、第一斜率与第二斜率,确定出第一回波信号在第一预设频率所对应扫频时间内的速度拍频频率;例如通过以下公式(23)确定。然后,基于第一回波信号的速度拍频频率,以及,第一三角波信号的中心频率f01(或第二三角波信号的中心频率f02,或,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率的均值f03),确定目标物体的第一速度;例如,可以通过以下公式(24)确定。
步骤S63373:根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率与第二斜率,确定第二距离。具体地,可以先根据第三预设频率、第四预设频率确定第一回波信号与第二回波信号的距离拍频频率之和,然后根据上述距离拍频频率之和、第一斜率与第二斜率,确定第一回波信号在对应扫频时间的距离拍频频率;例如可以通过公式(29a)实现。再根据上述距离拍频频率与第一斜率确定第二距离,例如可以通过公式(29b)实现。当然,在其他的例子中,也可以根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率、第二斜率以及公式(29b)直接确定第一距离。
步骤S63374:根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率与第二斜率,确定上述第二速度。例如,可以先根据第三预设频率、第四预设频率、第一斜率与第二斜率,确定出第一回波信号在第三预设频率所对应扫频时间内的速度拍频频率;例如可以通过以下公式(30a)确定。然后,基于第一回波信号的速度拍频频率,以及,第一三角波信号的中心频率f01(或第二三角波信号的中心频率f02,或,第一三角波信号与第二三角波信号的中心频率的均值f03),确定目标物体的第一速度;例如,可以通过以下公式(30b)确定。
值得一提的是,由于第四场景与第五场景两者中第一距离与第一速度可以采用相同的计算方式获取;因此,在计算时序上,第一距离与第一速度的计算可在区分第四场景与第五场景的步骤之前,即公式(21)~(24)在时序上位于公式(25)~(30b)以及上述fr、fv的判断步骤之前,从而简化程序指令。
在一些实施例中,第四解耦算法与第五解耦算法共包括以下公式:
(21)
(22)
(23)
(24)
(25)
(26)
(27)
(28)
(29a)
(29b)
(30a)
(30b)
请参阅图21,其示出了本申请一些实施例中步骤S633的子流程示意图,在一些实施例中,在根据相对估值距离与第一阈值确定目标物体相对激光探测装置处于第二场景集之后,为了可以快速地筛选出某些属于第一场景集的情况,从而便于快速地计算目标物体相对于激光探测装置的距离与速度;在上述步骤S6331之前,上述步骤S633中根据第二算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度的步骤还包括以下步骤S63301~S63304。
步骤S63301:根据第二估值算法确定相对速度估值。其中,第二估值算法配置为可针对第五场景集,计算第一拍频信号的速度拍频频率或对应的速度,以得到上述相对速度估值的算法;换言之,即相对速度估值为基于第五场景集,根据第二估值算法,所确定的第一拍频信号的速度拍频频率或对应的速度。其中,第五场景集包括上述第三场景、第四场景与第五场景。例如,在一个例子中,相对速度估值为根据第二估值算法确定的第一拍频信号的速度拍频频率;第二估值算法可以包括以下公式,即是相对速度估值可以通过以下公式获得:
步骤S63302:判断相对速度估值与第四阈值的大小关系。其中,第四阈值是用于与相对距离估值进行判断的值;本实施例中,其可以为根据激光探测装置可探测的最大速度,结合上述多普勒频移公式计算得到的速度拍频频率值;当然,在本申请其他的一些实施例中,第四阈值也可以是大于上述最大速度对应的速度拍频频率值的一个值;在本申请其他的另一些实施例中,第四阈值也可以是认为经验确定的小于上述最大速度对应的速度拍频频率值的一个值。当上述相对速度估值大于第四阈值时,其说明当前根据第二估值算法计算出的速度拍频频率是有误的,因为真实的速度拍频是不会高于第四阈值的;则说明当前的场景属于上述第一场景集中的一种场景。当上述第一估值速度小于第四阈值时,由于无法判断当前的场景是否属于第一场景集,因此需要进一步进行上述进入判断第四预设频率与第二预设频率的大小的步骤S6331,以确定当前处于第三场景集或第四场景集。
步骤S63303:若相对速度估值小于或等于第四阈值,则确定目标物体相对于激光探测装置处于第二场景集,进入判断第四预设频率与第二预设频率的大小的步骤。
步骤S63304:若相对速度估值大于第四阈值,则确定目标物体相对于激光探测装置处于第一场景集,根据第一算法确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。
由于第一场景与第二场景在区分与计算时,较其余场景更为简单;若当前场景处于第一场景或第二场景,步骤S63301~S63303的设置能够使得在解算距离与速度时能够更快计算出,从而可以在一定程度上提高解算的效率。
为了能够确定目标物体于第一扫频时间与第二扫频时间各自相对于激光探测装置的距离与速度,在上述步骤S630之后,步骤S600还包括步骤S640。具体地,请参阅图22,其示出了本申请一些实施例中步骤600的流程示意图,步骤S640包括:若第一频率大于第三频率,则确定第一距离与第一速度为目标物体于第一扫频时间内,相对于激光探测装置的距离与速度,即上述第一测量距离与第一测量速度,确定第二距离与第二速度为目标物体于第二扫频时间内,相对于激光探测装置的距离与速度,即第二测量距离与第二测量速度;若第一频率小于第三频率,则确定第二距离与第二速度为目标物体于第一扫频时间内,相对于激光探测装置的距离与速度,,即第一测量距离与第一测量速度确定第一距离与第一速度为目标物体于第二扫频时间内,相对于激光探测装置的距离与速度,即第二测量距离与第二测量速度。
步骤S620的设置使得:当第一频率大于第三频率时,第一预设频率恰好与第一频率对应,第三预设频率恰好与第三频率对应;而第一距离与第一速度均是与第一预设频率所在的扫频时间对应的,第二距离与第二速度均是与第三预设频率所在的扫频时间。因此,第一距离与第一速度是与第一频率所在的扫频时间对应的,第二距离与第二速度均是与第三频率所在的扫频时间对应的;故可以将第一距离与第一速度确定为为目标物体于第一扫频时间内,相对于激光探测装置的距离与速度,将第二距离与第二速度确定为目标物体于第二扫频时间内,相对于激光探测装置的距离与速度。
同理,步骤S620的设置还使得:当第一频率小于第三频率时,第一预设频率恰好与第三频率对应,第三预设频率恰好与第一频率对应;而第一距离与第一速度均是与第一预设频率所在的扫频时间对应的,第二距离与第二速度均是与第三预设频率所在的扫频时间。因此,第一距离与第一速度是与第三频率所在的扫频时间对应的,第二距离与第二速度均是与第一频率所在的扫频时间对应的;故可以将第二距离与第二速度确定为为目标物体于第一扫频时间内,相对于激光探测装置的距离与速度,将第一距离与第一速度确定为目标物体于第二扫频时间内,相对于激光探测装置的距离与速度。
值得说明的是,上文是针对目标物体相对于激光探测装置运动(即是第一频率与第二频率不等)的情况,对距离与速度解算的方法进行了说明;接下来再对目标物体相对于激光探测装置静止(即是第一频率与第二频率相等)的情况,对距离与速度解算的方法进行说明。具体地,请参阅图23,其示出了本申请一些实施例中步骤S600的子流程示意图,在上述步骤S610进行之后,步骤S600还包括步骤S650。
步骤S650:若第一频率等于第三频率,根据第一预设频率与第二预设频率确定目标物体于第一扫频时间内,相对于激光探测装置的距离,根据第三预设频率与第四预设频率确定目标物体于第二扫频时间内,相对于激光探测装置的距离。请参阅图12,其示出了目标物体相对于激光探测装置静止时拍频原理图与频谱图;由图可知,当目标物体相对于激光探测装置静止时,第一频率与第三频率相等;反言之,可以根据第一频率与第三频率相等的情况,确定当前目标物体相对于激光探测装置静止。
在一个例子中,确定目标物体于第一扫频时间内,相对于激光探测装置的距离可以通过以下步骤实现。根据第一频率、第二频率确定第一回波信号与第二回波信号的距离拍频频率之和,根据上述距离拍频频率之和、第一斜率与第二斜率,确定第一回波信号在对应扫频时间的距离拍频频率;例如可以通过公式(31)实现。根据上述距离拍频频率与第一斜率确定第一距离,例如可以通过公式(32)实现。当然,在其他的例子中,也可以根据第一频率、第二频率、第一斜率、第二斜率以及公式(32)直接确定第一距离。
在一个例子中,确定目标物体于第二扫频时间内,相对于激光探测装置的距离可以通过以下步骤实现。根据第三频率、第四频率确定第一回波信号与第二回波信号的距离拍频频率之和,根据上述距离拍频频率之和、第一斜率与第二斜率,确定第一回波信号在对应扫频时间的距离拍频频率;例如可以通过公式(33)实现。根据上述距离拍频频率与第一斜率确定第二距离,例如可以通过公式(34)实现。当然,在其他的例子中,也可以根据第一频率、第二频率、第一斜率、第二斜率以及公式(34)直接确定第一距离。
(31)
(32)
(33)
(34)
值得一提的是,由于第一扫频时间与第二扫频时间所在的时刻十分接近,因此两扫频时间探测信号一般扫描在同一目标物体上,上述步骤S610~S650亦均是建立探测信号在两扫频时间均是扫描在同一目标物体的基础上进行的。然而,若在两扫频时间扫描在不同的目标物体上,则不能通过上述步骤确定目标物体相对于激光探测装置的速度。由此,请参阅图24,其示出了本申请一些实施例中步骤S600的子流程示意图,在一些实施例中,上述步骤S600在步骤S610之前还包括以下步骤S601~S603。
步骤S601:获取第一距离估值与第二距离估值的差值的绝对值,得到距离差估值;其中,第一距离估值为目标物体相对于激光探测装置在第一扫频时间内的相对距离估值,第二距离估值为目标物体相对于激光探测装置在第二扫频时间内的相对距离估值。具体地,可以根据上述相关参数中的若干个参数确定出目标物体相对于激光探测装置在两个扫频时间各自的对应的第一距离估值与第二距离估值;其中,距离估值是与距离相关的量,其可以是距离值,亦可以是距离拍频值。一般地,当距离差估值较小时,第一距离估值与第二距离估值的差值较小,则说明探测信号在两扫频时间扫描于同一目标物体上;当距离差估值较大时,第一距离与第二距离的差值较大,则说明探测信号在两扫频时间扫描于不同目标物体上。因此,可以通过确定目标物体于激光探测装置在两扫频时间的距离差估值,来大致判断探测信号在该扫描周期是否扫描于同一目标物体。
例如,在一个例子中,上述步骤S601是通过第一估测算法确定第一距离估值,通过第二估测算法确定第二距离估值的。具体地,第一估测算法可以是配置为可针对第一场景集,计算第一拍频信号与第二拍频信号的距离拍频频率之和,以将该和值作为第一距离估值的算法。由于第一拍频信号与第二拍频信号的距离拍频频率的加和值是与距离相关的拍频,其与距离之间是可以相互换算的,因此可以将其作为第一距离估值。例如,第一估测算法可以包括以下公式:。第二估测算法可以是配置为可针对第一场景集,计算第三拍频信号与第四拍频信号的距离拍频频率之和,以将其作为第二距离估值的算法。由于第三拍频信号与第四拍频信号的距离拍频频率的加和值是与距离相关的拍频,其与距离之间是可以相互换算的,因此可以将其作为第二距离估值。例如,第二估测算法可以包括以下公式。本实施例中,第一距离估值与第二距离估值均为距离拍频值然后,对上述第一距离估值与第二距离估值求差的绝对值,即可以获得距离差估值;相应地,距离差估值也为距离拍频值。当然,在其他实施例中,距离差估值也可以为在上述距离拍频基础上进一步计算得到的距离值。
步骤S602:若距离差估值小于第五阈值,则确定激光探测装置于第一扫频时间与第二扫频时间扫描的为同一目标物体,进入判断第一频率与第三频率的大小关系的步骤。
步骤S603:若距离差估值大于或等于第五阈值,则确定激光探测装置于第一扫频时间与第二扫频时间扫描的为不同的目标物体,根据第一频率、第二频率、第三频率与第四频率、第一斜率与第二斜率确定第一扫频时间所探测的目标物体相对于激光探测装置的距离,与第二扫频时间所探测的目标物体相对于激光探测装置的距离。
其中,第五阈值是用于与距离差估值进行判断的值;其可以是一个预设的固定值,如对应实际区分中远距离与近距离的距离值;或者是与上述区分中远距离与近距离的距离值所对应的距离拍频频率值,该距离拍频频率值可以通过上述距离与距离拍频换算的方式得到;还可以是通过基于上述相关参数,采用算法所确定的一个值。一般地,若距离差估值为拍频值,则第五阈值也设置为拍频值;若距离差估值为距离值,则第五阈值也设置为距离值。当上述相对距离估值小于第五阈值时,两扫频时间所对应的探测距离差较小,此时确定扫描对象为同一目标物体,并进入上述判断步骤S610。
当上述相对距离估值大于第五阈值时,两扫频时间所对应的探测距离差较大,此时确定扫描对象为不同目标物体;并根据第一频率、第二频率、第三频率与第四频率、第一斜率与第二斜率确定第一扫频时间所探测的目标物体相对于激光探测装置的距离,以及第二扫频时间所探测的目标物体相对于激光探测装置的距离。例如,可以采用与目标物体相对激光探测装置静止时的计算方式来大致确定每一扫频时间内的目标物体相对于激光探测装置的距离。
综上所述,本申请实施例提供的激光探测装置的探测方法,通过同一光电探测模块接收两激光器的本振信号和回波信号,并根据第一频率至第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波和/第二三角波信号的中心频率,确定出目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。与当前市场上激光探测装置通过每一光电探测模块接收一激光器的本振信号与回波信号相比,本申请实施例提供的探测方法可以在保证相同分辨率的基础上,简化激光探测装置的结构设计与器件堆积,进而可以降低激光探测装置的成本。
应理解,上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后,各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定,而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。
本申请实施例还提供一种激光探测装置,用于执行上述探测方法实施例中的步骤。激光探测装置可以是激光探测装置中的虚拟装置(virtual appliance),由激光探测装置的处理器运行,也可以是激光探测装置本身。
如图25所示,本申请实施例提供的激光探测装置100,包括:
第一激光发射单元101,用于控制第一激光器在每个扫频周期生成第一三角波信号,进入光电转换单元103;
第二激光发射单元102,用于控制第二激光器在每个扫频周期生成第二三角波信号,进入光电转换单元103;
光电转换单元103,用于控制光电探测模块接收第一本振信号、第一探测信号经目标物体反射形成的第一回波信号、第二本振信号,以及第二探测信号经目标物体反射形成的第二回波信号,进入第一频率获取单元104与第二频率获取单元105;
第一频率获取单元104,用于获取第一频率与第二频率,进入距离与速度确定单元106;
第二频率获取单元105,用于获取第三频率与第四频率,进入距离与速度确定单元106;
距离与速度确定单元106,用于根据第一频率、第二频率、第三频率、第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定目标物体相对于激光探测装置的距离与速度。
在应用中,激光探测装置中的各单元可以为软件程序单元,也可以通过处理器中集成的不同逻辑电路实现,还可以通过两个以上分布式处理器实现。
如图26所示,本申请实施例还提供一种激光探测装置200,包括:至少一个处理器201(图26中仅示出一个处理器)、存储器202及存储在存储器202中并可在至少一个处理器201上运行的计算机程序203,处理器201执行计算机程序203时实现上述各个探测方法实施例中的步骤。
如图27所示,在一个实施例中,激光探测装置200还包括:第一激光器204、第二激光器205、光复用器206、光耦合器207、扫描系统208及光电探测模块209;
处理器201分别与第一激光器204、第二激光器205及光电探测模块209连接。
图27所示的激光探测装置的结构示意图,使得两个激光器共用同一套收发光路,可以有效降低体积、节省成本。
在应用中,激光探测装置可包括,但不仅限于,存储器、处理器等,还可以包括第一激光器、第二激光器、光复用器、光耦合器、扫描系统及光电探测模块等,例如,图27所示的激光探测装置。本领域技术人员可以理解,图26和27仅仅是激光探测装置的举例,并不构成对激光探测装置的限定,可以包括比图示更多或更少的部件,或者组合某些部件,或者不同的部件。
需要说明的是,上述装置/单元之间的信息交互、执行过程等内容,由于与本申请方法实施例基于同一构思,其具体功能及带来的技术效果,具体可参见方法实施例部分,此处不再赘述。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到,为了描述的方便和简洁,仅以上述各功能单元的划分进行举例说明,实际应用中,可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元完成,即将装置的内部结构划分成不同的功能单元,以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中,上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能单元的形式实现。另外,各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分,并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元的具体工作过程,可以参考前述方法实施例中的对应过程,在此不再赘述。
本申请实施例提供了一种计算机可读存储介质,计算机可读存储介质存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述任一实施例的探测方法。
本申请实施例提供了一种计算机程序产品,当计算机程序产品在激光探测装置上运行时,使得激光探测装置执行上述任一实施例的探测方法。
集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解,本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程,可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成,的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中,该计算机程序在被处理器执行时,可实现上述各个方法实施例的步骤。其中,计算机程序包括计算机程序代码,计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读介质至少可以包括:能够将计算机程序代码携带到激光探测装置的任何实体或装置、记录介质、计算机存储器、只读存储器(ROM,Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM,Random AccessMemory)、电载波信号、电信信号及软件分发介质。例如U盘、移动硬盘、磁碟或者光盘等。
在上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述或记载的部分,可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到,结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤,能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方法来执行,取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能,但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中,应该理解到,所揭露的装置、激光探测装置和方法,可以通过其它的方法实现。例如,以上所描述的装置、激光探测装置实施例仅仅是示意性的,例如,单元的划分,仅仅为一种逻辑功能划分,实际实现时可以有另外的划分方法,例如两个以上单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统,或一些特征可以忽略,或不执行。另一点,所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口,装置或单元的间接耦合或通讯连接,可以是电性,机械或其它的形式。
以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解: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;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围,均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (21)
1.一种激光探测装置的探测方法,其特征在于,包括:
控制第一激光器在每个扫频周期生成第一三角波信号,其中,所述第一三角波信号的扫频斜率大小为第一斜率,所述扫频周期包括顺次连接的第一扫频时间与第二扫频时间;
控制第二激光器在每个所述扫频周期生成第二三角波信号,其中,所述第二三角波信号与所述第一三角波信号的扫频方向相反,所述第二三角波信号的扫频斜率大小为第二斜率,所述第二斜率小于所述第一斜率;
控制光电探测模块接收第一本振信号、第一探测信号经目标物体反射形成的第一回波信号,第二本振信号,以及第二探测信号经目标物体反射形成的第二回波信号,其中,所述第一本振信号与所述第一探测信号为所述第一三角波信号分束形成的两信号,所述第一本振信号包括位于所述第一扫频时间的第一上扫本振信号与位于所述第二扫频时间的第二下扫本振信号,所述第一回波信号包括位于所述第一扫频时间的第一上扫回波信号与位于所述第二扫频时间的第二下扫回波信号,所述第二本振信号与所述第二探测信号为所述第二三角波信号分束形成的两信号,所述第二本振信号包括位于所述第一扫频时间的第一下扫本振信号与位于所述第二扫频时间的第二上扫本振信号,所述第二回波信号包括位于所述第一扫频时间的第一下扫回波信号与位于所述第二扫频时间的第二上扫回波信号;
获取第一频率与第二频率,其中,所述第一频率为第一拍频信号的频率与第二拍频信号的频率中较高的一个,所述第二频率为所述第一拍频信号的频率与所述第二拍频信号的频率中较低的一个,所述第一拍频信号为所述第一上扫本振信号与所述第一上扫回波信号的拍频信号,所述第二拍频信号为所述第一下扫本振信号与所述第一下扫回波信号的拍频信号;
获取第三频率与第四频率,其中,所述第三频率为第三拍频信号的频率与第四拍频信号的频率中较高的一个,所述第四频率为所述第三拍频信号的频率与所述第四拍频信号的频率中较低的一个,所述第三拍频信号为所述第二下扫本振信号与所述第二下扫回波信号的拍频信号,所述第四拍频信号为所述第二上扫本振信号与所述第二上扫回波信号的拍频信号;
根据所述第一频率、所述第二频率、所述第三频率、所述第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度。
2.根据权利要求1所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述根据所述第一频率、所述第二频率、所述第三频率、所述第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
判断所述第一频率与所述第三频率的大小关系;
若所述第一频率大于所述第三频率,则确定所述第一频率为第一预设频率,所述第二频率为第二预设频率,所述第三频率为第三预设频率,所述第四频率为第四预设频率,若所述第一频率小于所述第三频率,则确定所述第三频率为第一预设频率,所述第四频率为第二预设频率,所述第一频率为第三预设频率,所述第二频率为第四预设频率;以及
根据相关参数,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度,其中,所述相关参数包括:所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率。
3.根据权利要求2所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述根据相关参数,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
确定所述目标物体与所述激光探测装置之间的相对距离估值;
若所述相对距离估值大于第一阈值,则确定所述目标物体于所述激光探测装置处于第一场景集,根据第一算法确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度,所述第一场景集包括第一场景与第二场景;以及
若所述相对距离估值小于或等于所述第一阈值,则确定所述目标物体于所述激光探测装置处于第二场景集,根据第二算法确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度,所述第二场景集包括第一场景、第二场景、第三场景、第四场景与第五场景;
其中:
所述第一场景为满足以下条件的场景:
所述第二场景为满足以下条件的场景:;
所述第三场景为满足以下条件的场景:;
所述第四场景为满足以下条件的场景:;
所述第五场景为满足以下条件的场景:;
fv为第一本振信号对应的拍频信号的速度拍频频率,fru为第一本振信号对应的拍频信号的距离拍频频率,frd为第二本振信号对应的拍频信号的距离拍频频率。
4.根据权利要求3所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述确定所述目标物体与所述激光探测装置之间的相对距离估值的步骤包括:
根据第一估值算法确定所述第一拍频信号的距离拍频频率与所述第二拍频信号的距离拍频频率的加和值,并将所确定的加和值确定为所述相对距离估值,其中,所述第一估值算法配置为可针对第一场景集,计算所述第一拍频信号的距离拍频频率与所述第二拍频信号的距离拍频频率的加和值的算法;
所述第一阈值满足以下条件的一者:
a)所述第一阈值为最大速度拍频的预设倍数,所述最大速度拍频为根据所述激光探测装置可探测的最大速度计算得到的拍频频率;
b)所述第一阈值为根据预设距离阈值与第一斜率得到的,与第一三角波信号对应的距离拍频的第一预设倍数;
c)所述第一阈值为根据预设距离阈值与第二斜率得到的,与第二三角波信号对应的距离拍频的第二预设倍数。
5.根据权利要求3所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述根据第一算法确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
确定所述目标物体相对于所述激光探测装置所处的具体场景;
若所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第一场景,则根据第一解耦算法,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度;
若所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第二场景,则根据第二解耦算法,确定所述目标物体于相对于所述激光探测装置的距离与速度。
6.根据权利要求5所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述确定所述目标物体相对于所述激光探测装置所处的具体场景的步骤,包括:
根据第一判断算法确定第一绝对值,其中,所述第一判断算法配置为针对所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第一场景时,计算所述第一拍频信号的速度拍频频率与所述第三拍频信号的速度拍频频率的差值的绝对值,以得到所述第一绝对值的算法;
若所述第一绝对值小于第二阈值,则确定所述目标物体相对于所述激光探测处于第一场景;以及
若所述第一绝对值大于第二阈值,则确定所述目标物体相对于所述激光探测处于第二场景;
所述第二阈值为根据第二判断算法确定的第二绝对值,所述第二判断算法配置为针对所述目标物体相对于所述激光探测装置处于所述第二场景时,计算所述第一拍频信号的速度拍频频率与第三拍频信号的速度拍频频率的差值的绝对值,以得到所述第二绝对值的算法。
7.根据权利要求5所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述根据第一解耦算法,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
根据所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第一距离;
根据所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定第一速度;
根据所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第二距离;以及
根据所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定第二速度;
所述根据第二解耦算法,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
根据所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第一距离;
根据所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定第一速度;
根据所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第二距离;以及
根据所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定第二速度;
其中,所述第一距离与所述第一速度为所述目标物体相对于所述激光探测装置,于所述第一预设频率对应的扫频时间内的距离与速度,所述第二距离与所述第二速度为所述目标物体相对于所述激光探测装置,于所述第三预设频率对应的扫频时间内的距离与速度。
8.根据权利要求3所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述根据第二算法确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
确定所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第三场景集或第四场景集,其中,所述第三场景集包括所述第一场景、所述第二场景与所述第三场景,所述第四场景集包括所述第四场景与所述第五场景;
若所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第三场景集,则继续确定所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第一场景集或第三场景;
若所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第一场景集,则根据第一算法确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度;
若所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第三场景,则根据第三解耦算法对第三场景,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度;
若所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第四场景集,则继续确定所述目标物体相对于所述激光探测装置所处的具体场景;
若确定所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第四场景,则启动第四解耦算法确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度;
若确定所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第五场景,则启动第五解耦算法确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度。
9.根据权利要求8所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述确定所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第一场景集或第三场景的步骤,包括:
根据第三判断算法确定第三绝对值,其中,第三算法为配置为针对目标物体相对于激光探测装置处于第三场景时,计算第一和值与第二和值的差值的绝对值,以得到上述第三绝对值的算法,第一和值为第一拍频信号的距离拍频频率与第二拍频信号的距离拍频频率的和值,第二和值为第三拍频信号的距离拍频频率与第四拍频信号的距离拍频频率的和值;
若所述第三绝对值小于第三阈值,则确定所述目标物体相对于所述激光探测处于第三场景;以及
若所述第三绝对值大于第三阈值,则确定所述目标物体相对于所述激光探测处于第一场景集;
所述第三阈值为根据第四判断算法确定的第三和值与第四和值的差值的绝对值,所述第四判断算法配置为针对所述目标物体相对于所述激光探测装置处于所述第一场景集时,计算第三和值与第四和值的差值的绝对值的算法,第三和值为第一拍频信号的距离拍频频率与第二拍频信号的距离拍频频率的和值,第四和值为第三拍频信号的距离拍频频率与第四拍频信号的距离拍频频率的和值。
10.根据权利要求8所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述根据第三解耦算法,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
根据所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第一距离;
根据所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定第一速度;
根据所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第二距离;以及
根据所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定第二速度;
其中,所述第一距离与所述第一速度为所述目标物体相对于所述激光探测装置,于所述第一预设频率对应的扫频时间内的距离与速度,所述第二距离与所述第二速度为所述目标物体相对于所述激光探测装置,于所述第三预设频率对应的扫频时间内的距离与速度。
11.根据权利要求8所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述若所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第四场景集,则继续确定所述目标物体相对于所述激光探测装置所处的具体场景的步骤,包括:
判断第一拍频信号的距离拍频与速度拍频的大小关系;
若所述第一拍频信号的速度拍频小于或等于所述第一拍频信号的距离拍频,则确定所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第四场景;
若所述第一拍频信号的速度拍频大于第一拍频信号的距离拍频,则确定所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第五场景。
12.根据权利要求8所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于:
所述启动第四解耦算法确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
根据所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第一距离;
根据所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定第一速度;
根据所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第二距离;以及
根据所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定第二速度;
所述启动第五解耦算法,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
根据所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第一距离;
根据所述第一预设频率、所述第二预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定第一速度;
根据所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第二距离;以及
根据所述第三预设频率、所述第四预设频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定第二速度;
其中,所述第一距离与所述第一速度为所述目标物体相对于所述激光探测装置,于所述第一预设频率对应的扫频时间内的距离与速度,所述第二距离与所述第二速度为所述目标物体相对于所述激光探测装置,于所述第三预设频率对应的扫频时间内的距离与速度。
13.根据权利要求8至12中任一项所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述确定所述目标物体相对于所述激光探测装置处于第三场景集或第四场景集的步骤包括:
判断所述第四预设频率与所述第二预设频率的大小关系;
若所述第四预设频率大于所述第二预设频率,则确定所述目标物体相对于所述激光探测装置处于所述第三场景集;以及
若所述第四预设频率小于所述第二预设频率,则确定所述目标物体相对于所述激光探测装置处于所述第四场景集。
14.根据权利要求13所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,在所述判断所述第四预设频率与所述第二预设频率的大小关系的步骤之前,所述根据第二算法确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,还包括:
根据第二估值算法确定相对速度估值,其中,所述第二估值算法配置为针对第五场景集计算所述第一拍频信号的速度拍频频率或对应的速度,以得到所述相对速度估值的算法;
判断所述相对速度估值与第四阈值的大小关系;
若所述相对速度估值小于或等于第四阈值,则进入所述判断所述第四预设频率与所述第二预设频率的大小关系的步骤;以及
若所述相对速度估值大于所述第四阈值,则根据第一算法确定目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度;
所述相对速度估值与所述第四阈值满足以下条件的一者:
d)所述相对速度估值为由所述第二估值算法所确定的第一拍频信号的速度拍频频率,所述第四阈值为根据所述激光探测装置可探测的最大速度计算得到的速度拍频频率;
e)所述相对速度估值为由所述第二估值算法所确定的第一拍频信号对应的速度,所述第四阈值为所述激光探测装置可探测的最大速度。
15.根据权利要求7、10或12所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述方法包括:
若所述第一频率大于所述第三频率,则确定所述第一距离与第一速度为所述目标物体于所述第一扫频时间内,相对于所述激光探测装置的距离与速度,确定所述第二距离与所述第二速度为所述目标物体于所述第二扫频时间内,相对于所述激光探测装置的距离与速度;
若所述第一频率小于所述第三频率,则确定所述第二距离与第二速度为所述目标物体于所述第一扫频时间内,相对于所述激光探测装置的距离与速度,确定所述第一距离与所述第一速度为所述目标物体于所述第二扫频时间内,相对于所述激光探测装置的距离与速度。
16.根据权利要求2所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,所述根据所述第一频率、所述第二频率、所述第三频率、所述第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
判断所述第一频率与所述第三频率的大小关系,若所述第一频率等于所述第三频率,根据第一预设频率与第二预设频率确定所述目标物体于所述第一扫频时间内,相对于所述激光探测装置的距离,根据第三预设频率与第四预设频率确定所述目标物体于所述第二扫频时间内,相对于所述激光探测装置的距离。
17.根据权利要求2所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,在所述根据相关参数,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤之前,所述根据所述第一频率、所述第二频率、所述第三频率、所述第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
若所述第一频率大于所述第三频率,则确定所述目标物体相对于所述激光探测装置远离;
若所述第一频率小于所述第三频率,则确定所述目标物体相对于所述激光探测装置靠近;
若所述第一频率等于所述第三频率,则确定所述目标物体相对于所述激光探测装置静止。
18.根据权利要求2所述的激光探测装置的探测方法,其特征在于,在所述判断所述第一频率与所述第三频率的大小关系的步骤之前,所述根据所述第一频率、所述第二频率、所述第三频率、所述第四频率、第一斜率、第二斜率,以及,第一三角波信号和/或第二三角波信号的中心频率,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度的步骤,包括:
获取第一距离估值与第二距离估值的差值的绝对值,得到距离差估值,所述第一距离估值为所述目标物体相对于所述激光探测装置在所述第一扫频时间内的距离估值,所述第二距离估值为所述目标物体相对于所述激光探测装置在所述第二扫频时间内的距离估值;
若所述距离差估值小于第五阈值,则确定所述激光探测装置于所述第一扫频时间与所述第二扫频时间扫描的为同一目标物体,进入所述判断所述第一频率与所述第三频率的大小关系的步骤;
若所述距离差估值大于或等于所述第五阈值,则确定所述激光探测装置于所述第一扫频时间与所述第二扫频时间扫描的为不同的目标物体,根据所述第一频率、所述第二频率、所述第三频率与所述第四频率、所述第一斜率与所述第二斜率,确定第一扫频时间目标物体相对于所述激光探测装置的距离,与第二扫频时间目标物体相对于激光探测装置的距离。
19.一种激光探测装置,其特征在于,包括:
第一激光发射单元,用于控制第一激光器在每个扫频周期生成第一三角波信号,其中,所述第一三角波信号的扫频斜率大小为第一斜率,所述扫频周期包括顺次连接的第一扫频时间与第二扫频时间;
第二激光发射单元,用于控制第二激光器在每个所述扫频周期生成第二三角波信号,其中,所述第二三角波信号与所述第一三角波信号的扫频方向相反,所述第二三角波信号的扫频斜率大小为第二斜率,所述第二斜率小于所述第一斜率;
光电转换单元,用于控制光电探测模块接收第一本振信号、第一探测信号经目标物体反射形成的第一回波信号、第二本振信号,以及第二探测信号经目标物体反射形成的第二回波信号,其中,所述第一本振信号与所述第一探测信号为所述第一三角波信号分束形成的两信号,所述第一本振信号包括位于所述第一扫频时间的第一上扫本振信号与位于所述第二扫频时间的第二下扫本振信号,所述第一回波信号包括位于所述第一扫频时间的第一上扫回波信号与位于所述第二扫频时间的第二下扫回波信号,所述第二本振信号与所述第二探测信号为所述第二三角波信号分束形成的两信号,第二本振信号包括位于所述第一扫频时间的第一下扫本振信号与位于所述第二扫频时间的第二上扫本振信号,所述第二回波信号包括位于所述第一扫频时间的第一下扫回波信号与位于所述第二扫频时间的第二上扫回波信号;
第一频率获取单元,用于获取第一频率与第二频率,其中,所述第一频率为第一拍频信号的频率与第二拍频信号的频率中较高的一个,所述第二频率为所述第一拍频信号的频率与所述第二拍频信号的频率中较低的一个,所述第一拍频信号为所述第一上扫本振信号与所述第一上扫回波信号的拍频信号,所述第二拍频信号为所述第一下扫本振信号与所述第一下扫回波信号的拍频信号;
第二频率获取单元,用于获取第三频率与第四频率,其中,所述第三频率为第三拍频信号的频率与第四拍频信号的频率中较高的一个,所述第四频率为所述第三拍频信号的频率与所述第四拍频信号的频率中较低的一个,所述第三拍频信号为所述第二下扫本振信号与所述第二下扫回波信号的拍频信号,所述第四拍频信号为所述第二上扫本振信号与所述第二上扫回波信号的拍频信号;
距离与速度确定单元,用于根据所述第一频率、所述第二频率、所述第三频率、所述第四频率、所述第一斜率、所述第二斜率,以及,所述第一三角波信号和/或所述第二三角波信号的中心频率,确定所述目标物体相对于所述激光探测装置的距离与速度。
20. 一种激光探测装置,其特征在于,包括:
处理器;以及
存储器,与所述处理器通信连接,所述存储器存储有可被所述处理器执行的程序,所述处理器用于运行所述程序,以使所述激光探测装置执行如权利要求1至18中任一项所述的激光探测装置的探测方法的步骤。
21.一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计算机程序,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至18任一项所述激光探测装置的探测方法的步骤。
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