CN115943322A - 组合lidar系统的多个功能以支持车辆的操作 - Google Patents

组合lidar系统的多个功能以支持车辆的操作 Download PDF

Info

Publication number
CN115943322A
CN115943322A CN202180038546.4A CN202180038546A CN115943322A CN 115943322 A CN115943322 A CN 115943322A CN 202180038546 A CN202180038546 A CN 202180038546A CN 115943322 A CN115943322 A CN 115943322A
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
optical
lidar
lidar system
divided
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202180038546.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115943322B (zh
Inventor
泽布·巴伯
斯蒂芬·克劳奇
埃米尔·卡德莱茨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Aurora Operations Inc
Original Assignee
Aurora Operations Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Aurora Operations Inc filed Critical Aurora Operations Inc
Priority to CN202311113124.6A priority Critical patent/CN117008094A/zh
Publication of CN115943322A publication Critical patent/CN115943322A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115943322B publication Critical patent/CN115943322B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/4861—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W60/00—Drive control systems specially adapted for autonomous road vehicles
    • B60W60/001—Planning or execution of driving tasks
    • B60W60/0015—Planning or execution of driving tasks specially adapted for safety
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/34—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/4802—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4811—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements common to transmitter and receiver
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G01S7/4814—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone
    • G01S7/4815—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements of transmitters alone using multiple transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4913—Circuits for detection, sampling, integration or read-out
    • G01S7/4914—Circuits for detection, sampling, integration or read-out of detector arrays, e.g. charge-transfer gates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4917—Receivers superposing optical signals in a photodetector, e.g. optical heterodyne detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/495—Counter-measures or counter-counter-measures using electronic or electro-optical means
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B27/00—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00
    • G02B27/10—Beam splitting or combining systems
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/0088—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots characterized by the autonomous decision making process, e.g. artificial intelligence, predefined behaviours
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/20—Control system inputs
    • G05D1/22—Command input arrangements
    • G05D1/228—Command input arrangements located on-board unmanned vehicles
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/60—Intended control result
    • G05D1/65—Following a desired speed profile
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2420/00—Indexing codes relating to the type of sensors based on the principle of their operation
    • B60W2420/40—Photo, light or radio wave sensitive means, e.g. infrared sensors
    • B60W2420/408—Radar; Laser, e.g. lidar
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/18—Braking system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W2710/00—Output or target parameters relating to a particular sub-units
    • B60W2710/20—Steering systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J1/00—Photometry, e.g. photographic exposure meter
    • G01J1/42—Photometry, e.g. photographic exposure meter using electric radiation detectors
    • G01J1/44—Electric circuits
    • G01J2001/4446—Type of detector
    • G01J2001/446—Photodiode
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0212—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory
    • G05D1/0223—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles with means for defining a desired trajectory involving speed control of the vehicle
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D2111/00—Details of signals used for control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles
    • G05D2111/10—Optical signals
    • G05D2111/17—Coherent light, e.g. laser signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Transportation (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Game Theory and Decision Science (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Traffic Control Systems (AREA)
  • Measurement Of Optical Distance (AREA)

Abstract

一种光检测和测距(LIDAR)系统包括半导体基板和设置在该半导体基板上的一个或多个光学组件。该一个或多个光学组件被配置成从激光源接收光束，其中该光束与本地振荡器(LO)信号相关联，将该光束划分成第一划分光束和第二划分光束，向光学器件发射该第一划分光束和该第二划分光束，从该光学器件接收与该第一划分光束相关联的第一反射束和与该第二划分光束相关联的第二反射束，并且将该第一反射束与LO信号配对并且将该第二反射束与LO信号配对。

Description

组合LIDAR系统的多个功能以支持车辆的操作
相关申请的交叉引用
本申请要求2020年6月29日提交的美国专利申请No.16/915,404的权益和优先权，该申请现在作为美国专利No.10,948,600授权，其全部公开内容通过引用并入本文。
背景技术
使用经常通过助记符LIDAR引用的激光器进行光检测和测距，有时还称作RADAR，的光学距离检测被用于从测高学到成像再到碰撞避免的各种应用。与诸如无线电波检测和测距(RADAR)的常规微波测距系统比，LIDAR利用更小的束尺寸提供更精细尺度的距离分辨率。光学距离检测能够利用包括下列的若干不同技术来实现：基于光脉冲到对象的往返行进时间的直接测距、基于发射的啁啾光信号与从对象散射的返回信号之间的频率差的啁啾检测、以及基于可与自然信号区分的单频相位变化序列的相位编码检测。
发明内容
本公开的各方面总体上涉及光学领域中的光检测和测距(LIDAR)，并且更具体地涉及用于组合LIDAR系统的多个功能以支持车辆操作的系统和方法。
这里公开的一个实施方式涉及一种LIDAR系统。该LIDAR系统包括一个或多个光学组件，该一个或多个光学组件被配置成接收由激光源生成的光束，其中，该光束与本地振荡器(LO)信号相关联。在一些实施方式中，该一个或多个光学组件被配置成将光束划分成第一划分光束和第二划分光束。在一些实施方式中，该一个或多个光学组件被配置成向光学器件发射第一划分光束和第二划分光束。在一些实施方式中，该一个或多个光学组件被配置成从光学器件接收与第一划分光束相关联的第一反射束和与第二划分光束相关联的第二反射束。在一些实施方式中，该一个或多个光学组件被配置成将第一反射束与LO信号配对并且将第二反射束与LO信号配对。
在另一方面中，本公开涉及一种组合光检测和测距(LIDAR)系统的多个功能的方法。在一些实施方式中，该方法包括接收由激光源生成的光束，其中，该光束与本地振荡器(LO)信号相关联。在一些实施方式中，该方法包括将光束划分成第一划分光束和第二划分光束。在一些实施方式中，该方法包括向光学器件发射第一划分光束和第二划分光束。在一些实施方式中，该方法包括从光学器件接收与第一划分光束相关联的第一反射束和与第二划分光束相关联的第二反射束。在一些实施方式中，该方法包括将第一反射束与LO信号配对并且将第二反射束与LO信号配对。
在另一方面中，本公开涉及一种光检测和测距(LIDAR)系统，该LIDAR系统包括：半导体基板；以及一个或多个光学组件，该一个或多个光学组件设置在半导体基板上。该一个或多个光学组件被配置成接收由激光源生成的光束，其中，该光束与本地振荡器(LO)信号相关联。该一个或多个光学组件被配置成将光束划分成第一划分光束和第二划分光束。该一个或多个光学组件被配置成向光学器件发射第一划分光束和第二划分光束。该一个或多个光学组件被配置成从光学器件接收与第一划分光束相关联的第一反射束和与第二划分光束相关联的第二反射束。该一个或多个光学组件被配置成将第一反射束与LO信号配对并且将第二反射束与LO信号配对。
在一些实施方式中，该一个或多个光学组件被配置成接收由激光源或第二激光源生成的第二光束，其中，该第二光束与第二本地振荡器(LO)信号相关联。该一个或多个光学组件被配置成将第二光束划分成第三划分光束和第四划分光束。该一个或多个光学组件被配置成向光学器件发射第三划分光束和第四划分光束。该一个或多个光学组件被配置成从光学器件接收与第三划分光束相关联的第三反射束和与第四划分光束相关联的第四反射束。该一个或多个光学组件被配置成将第三反射束与第二LO信号配对并且将第四反射束与第二LO信号配对。
在一些实施方式中，该一个或多个光学组件被配置成接收LO信号，并且将LO信号划分成第一划分LO信号和第二划分LO信号。该一个或多个光学组件被配置成在LO输入处接收LO信号，其中，LO输入处的LO信号小于5毫瓦。
在一些实施方式中，该LIDAR系统包括第一光学检测器和第二光学检测器。该一个或多个光学组件被进一步配置成将第一划分LO信号和第一反射束提供给第一光学检测器，以使第一光学检测器根据第一划分LO信号和第一反射束生成第一电信号。该一个或多个光学组件被进一步配置成将第二划分LO信号和第二反射束提供给第二光学检测器，以使第二光学检测器根据第二划分LO信号和第二反射束生成第二电信号。与第一电信号和第二电信号相关联的信号串扰在1兆赫兹(MHz)和200MHz内小于或等于-55分贝(dB)。
在一些实施方式中，第一光学检测器包括光电二极管对，该光电二极管对具有大于或等于30分贝(dB)的共模抑制比(CMRR)。第一光学检测器具有80千赫兹(kHz)与650兆赫兹(MHz)之间的3分贝带宽。第一光学检测器具有大于或等于0.9安培每瓦(A/W)的响应性。光束具有等于或基本上等于1550纳米的工作波长。
在一些实施方式中，该LIDAR系统包括跨阻抗放大器(TIA)，该TIA具有小于5x10-12瓦每平方根赫兹的峰值噪声等效功率(NEP)。第一光学检测器被配置成将第一电信号提供给TIA。在一些实施方式中，该LIDAR系统包括具有4千欧姆与25千欧姆之间的增益的跨阻抗放大器(TIA)。第一光学检测器被配置成将第一电信号提供给TIA。
在一些实施方式中，该LIDAR系统包括半导体基板。该半导体基板包括一个或多个光学组件。该半导体基板包括多个输出端，该多个输出端中的每一个与31.75微米与381微米之间的间距相关联。在一些实施方式中，光束具有1400纳米与1600纳米之间的操作波长。
在一些实施方式中，该LIDAR系统包括调制器，该调制器被配置成在一个或多个光学组件接收光束之前对光束进行调制。该调制器具有600兆赫(MHz)与1000(MHz)之间的调制带宽。在一些实施方式中，与第一反射束和第一划分光束相关联的信号串扰在1兆赫兹(MHz)和200MHz内小于或等于55分贝(dB)。在一些实施方式中，第一划分光束到第一反射束中的内部散射相对于Tx发射功率等于或小于-66分贝(dB)。散射与被维持的极化相关联。在一些实施方式中，第一划分光束到第一反射束中的内部散射相对于Tx发射功率等于或小于-84分贝(dB)。在一些实施方式中，散射与被翻转的极化相关联。在一些实施方式中，第一划分光束具有等于或小于33％的占空比。
在另一方面中，本公开涉及一种组合光检测和测距(LIDAR)系统的多个功能的方法。该方法包括由设置在半导体基板上的一个或多个光学组件接收由激光源生成的光束，其中，该光束与本地振荡器(LO)信号相关联。该方法包括由一个或多个光学组件将光束划分成第一划分光束和第二划分光束。该方法包括由一个或多个光学组件向光学器件发射第一划分光束和第二划分光束。该方法包括由一个或多个光学组件从光学器件接收与第一划分光束相关联的第一反射束和与第二划分光束相关联的第二反射束。该方法包括由一个或多个光学组件将第一反射束与LO信号配对并且将第二反射束与LO信号配对。
在另一方面中，本公开涉及一种自主车辆控制系统。该自主车辆控制系统包括：半导体基板；一个或多个光检测和测距(LIDAR)电路，该一个或多个LIDAR电路设置在半导体基板上；以及一个或多个处理器。该一个或多个LIDAR电路被配置成接收由激光源生成的光束。该光束与本地振荡器(LO)信号相关联。该一个或多个LIDAR电路被配置成将光束划分成第一划分光束和第二划分光束。该一个或多个LIDAR电路被配置成向光学器件发射第一划分光束和第二划分光束。该一个或多个LIDAR电路被配置成从光学器件接收与第一划分光束相关联的第一反射束和与第二划分光束相关联的第二反射束。该一个或多个LIDAR电路被配置成将第一反射束与LO信号配对以生成第一配对信号，并且将第二反射束与LO信号配对以生成第二配对信号。该一个或多个处理器被配置成使用第一配对信号和第二配对信号来控制自主车辆的操作。
在另一方面中，本公开涉及一种光检测和测距(LIDAR)系统。该LIDAR系统包括：激光源，该激光源被配置成生成光信号；以及收发器。该收发器包括：多个发射(TX)输出端，通过该多个TX输出端将光信号发射到环境中；以及多个接收(RX)输入，通过该多个RX输入从环境中的对象接收光束。该收发器被配置成接收一个或多个本地振荡器(LO)信号，通过多个TX输出端将从激光源接收到的一个或多个光信号发射到环境中，通过多个RX输入接收从环境中的一个或多个对象反射的第一返回光，并且输出第一返回光和一个或多个LO信号中的第一LO信号。多个TX输出端和多个RX输入位于收发器的第一侧。
在一些实施方式中，多个TX输出端和多个RX输入在收发器的第一侧交错。在一些实施方式中，该LIDAR系统包括检测器，第一返回光和第一LO信号被输出到该检测器。在一些实施方式中，该收发器包括了包括多个TX输出端的第一半导体基板以及包括多个RX输入的第二半导体基板。在一些实施方式中，第一半导体基板和第二半导体基板以与多个TX输出端的间距或多个RX输入的间距相对应的间隔被放置。
在一些实施方式中，该收发器包括：一个或多个LO输入，通过该一个或多个LO输入将一个或多个LO信号提供给收发器；一个或多个TX输入，通过该一个或多个TX输入将一个或多个光信号提供给收发器；以及多个第一RX输出端，第一返回光和第一LO信号被提供到该多个第一RX输出端。该一个或多个LO输入、该一个或多个TX输入和该多个第一RX输出端位于收发器的第二侧。该收发器进一步包括多个第二RX输出端。该收发器被配置成通过多个RX输入接收从环境中的一个或多个对象反射的第二返回光，并且将第二返回光和一个或多个LO信号中的第二LO信号提供给多个第二RX输出端。该一个或多个LO输入、该一个或多个TX输入、该多个第一RX输出端和该多个第二RX输出端位于收发器的第二侧。该一个或多个LO输入和该一个或多个TX输入位于(1)多个第一RX输出端与(2)多个第二RX输出端之间。在一些实施方式中，该LIDAR系统进一步包括扫描器，该扫描器被配置成接收通过自由空间从多个TX输出端发射的一个或多个光信号。
在另一方面中，本公开涉及一种自主车辆控制系统，该自主车辆控制系统包括光检测和测距(LIDAR)系统和一个或多个处理器。该LIDAR系统包括：激光源，该激光源被配置成生成光信号；以及收发器。该收发器包括：多个发射(TX)输出端，通过该多个TX输出端将光信号发射到环境中；以及多个接收(RX)输入，通过该多个RX输入从环境中的对象接收光束。该收发器被配置成接收一个或多个本地振荡器(LO)信号，通过多个TX输出端将从激光源接收到的一个或多个光信号发射到环境中，通过多个RX输入接收从环境中的一个或多个对象反射的第一返回光，并且输出第一返回光和一个或多个LO信号中的第一LO信号。该多个TX输出端和该多个RX输入位于收发器的第一侧。该一个或多个处理器被配置成使用第一返回光和第一LO信号来控制自主车辆的操作。
在一些实施方式中，该多个TX输出端和该多个RX输入在收发器的第一侧交错。在一些实施方式中，该收发器包括了包括多个TX输出端的第一半导体基板以及包括多个RX输入的第二半导体基板。在一些实施方式中，第一半导体基板和第二半导体基板以与多个TX输出端的间距或多个RX输入的间距相对应的间隔被放置。
在一些实施方式中，该收发器包括：一个或多个LO输入，通过该一个或多个LO输入将一个或多个LO信号提供给收发器；一个或多个TX输入，通过该一个或多个TX输入将一个或多个光信号提供给收发器；以及多个第一RX输出端，第一返回光和第一LO信号被输出到该多个第一RX输出端。该一个或多个LO输入、该一个或多个TX输入和该多个第一RX输出端位于收发器的第二侧。该收发器进一步包括多个第二RX输出端。该收发器被配置成通过多个RX输入接收从环境中的一个或多个对象反射的第二返回光，并且将第二返回光和一个或多个LO信号中的第二LO信号提供给多个第二RX输出端。该一个或多个LO输入、该一个或多个TX输入、该多个第一RX输出端和该多个第二RX输出端位于收发器的第二侧。
在另一方面中，本公开涉及一种自主车辆。该自主车辆包括转向系统或制动系统中的至少一个、光检测和测距(LIDAR)系统、以及一个或多个处理器。该LIDAR系统包括：激光源，该激光源被配置成生成光信号；以及收发器。该收发器包括：多个发射(TX)输出端，通过该多个TX输出端将光信号发射到环境中；以及多个接收(RX)输入，通过该多个RX输入从环境中的对象接收光束。该收发器被配置成接收一个或多个本地振荡器(LO)信号，通过多个TX输出端将从激光源接收到的一个或多个光信号发射到环境中，通过多个RX输入接收从环境中的一个或多个对象反射的第一返回光，并且输出第一返回光和一个或多个LO信号中的第一LO信号。该多个TX输出端和该多个RX输入位于收发器的第一侧。该一个或多个处理器被配置成使用第一返回光和第一LO信号来控制转向系统或制动系统中的至少一个的操作。
从下面的详细描述中，仅通过说明包括预期用于实施本发明的最佳模式的多个特定实施方式，其他方面、特征和优点是显而易见的。其他实施方式也能够具有其他不同的特征和优点，并且它们的若干细节能够在各种明显的方面被修改，所有这些都不背离本发明的精神和范围。因此，附图和描述本质上应被认为是说明性的，而不是限制性的。
附图说明
在附图的图中以示例而非限制的方式图示实施方式，其中相同的附图标记指代相同的元件并且其中：
图1A是图示根据一些实施方式的用于自主车辆的系统环境的示例的框图；
图1B是图示根据一些实施方式的用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图；
图1C是图示根据一些实施方式的用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图；
图1D是图示根据一些实施方式的用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图；
图2是图示根据一些实施方式的用于自主车辆的LIDAR系统的示例环境的框图；
图3是描绘根据一些实施方式的用于操作车辆的示例相干LIDAR收发器的框图；
图4是描绘根据一些实施方式的位于两个半导体基板上的示例相干LIDAR收发器的框图；以及
图5是图示根据实施方式的用于组合LIDAR系统的多个功能的示例方法的流程图。
具体实施方式
LIDAR系统可以包括发射(Tx)路径和接收(Rx)路径。发射(Tx)路径可以包括：激光源，其用于提供从本地振荡器(LO)信号导出(或者与LO信号相关联)的光信号(有时称为“束(beam)”)；一个或多个调制器，其用于使用连续波(CW)调制或准CW调制来对光信号的相位和/或频率进行调制；以及放大器，其用于在将信号发送到光学器件(例如，振荡扫描器、单向扫描器、里斯利(Risley)棱镜、循环器光学器件和/或束准直器等)之前放大调制信号。
光学器件被配置成使它从Tx路径接收到的经放大的信号朝向对象转向到给定视场内的环境中，接收从对象反射回的返回信号，并且将该返回信号提供给接收(RX)路径。
接收(Rx)路径可以包括：混合器(例如，50/50)，其用于将LO信号与返回信号混合以生成下转换信号；以及跨阻抗(TIA)放大器，其用于放大下转换信号。Rx路径将该下转换信号(现在被放大)提供给自主车辆控制系统以用于确定到对象的距离和/或测量对象的速度。
在常规LIDAR系统中，光纤耦合器(有时称为“光纤线缆”)被用于互连Tx路径、Rx路径和光学组件。光纤耦合器在LIDAR系统的测试和开发期间提供灵活性，因为它允许不同的通道与不同的Tx/Rx孔径和光循环方法一起被使用。
然而，光纤耦合器的庞大限制LIDAR设计者添加附加通道——每个通道需要甚至更多的光纤耦合器——和/或将LIDAR系统按比例缩小到高效汽车应用所需要的尺寸的能力。
因此，本公开涉及用于组合LIDAR系统的多个功能(例如，划分、收集、组合、重定向、配对等)以支持车辆操作的系统和方法。
一般而言，如以下段落中描述的，多通道相干LIDAR收发器的Tx路径可以(经由Tx输入)从激光源接收光束。激光源可以基于LO信号生成光束。相干LIDAR收发器的Tx路径可以将光束划分(例如，倍增、复制、重现等)到多个路径中并且(经由Tx输出端)朝向一个或多个对象提供光束到自由空间中的发射。多通道相干LIDAR收发器的Rx路径可以(经由Rx输入)接收从一个或多个对象反射回到Rx波导中的返回光。Rx波导的每一个可以与Tx路径的相应的Tx输出端配对。Rx路径可以将LO信号划分成多个LO信号，然后使用分束器(例如，50/50)将该多个LO信号与来自Rx波导的返回光组合。Rx路径可以将组合信号(经由Rx输出端)提供给一个或多个检测器。
本文中描述的各种示例实施方式可以包括以下特征中的一个或多个：(1)相干LIDAR收发器的Tx和LO输入可以被各自划分成两个输入，这可以改进与LIDAR引擎架构的匹配；(2)到自由空间的Tx/Rx输出可以沿着相干LIDAR收发器的一条边缘发生，同时波导与Tx/Rx输出端交错(例如，Tx-Rx-Tx-Rx等)，其中间距由自由空间循环和/或束准直光学器件的需要限定；(3)LO和Tx输入可以被配对(例如，LO_A、LO_B；Tx_A、Tx_B等)以充当独立子系统；(4)Tx输入的输入功率水平可以是大的(例如，各自>1瓦)；(5)光纤到相干LIDAR收发器输入耦合器可以接受高功率；(6)Tx路径到Rx路径中(例如，朝向检测器)的散射(有时被称为“方向性”)在被交错的同时可以是非常小的；(7)来自输出面的反射可以被最小化(例如，可以使用相干LIDAR收发器的有角抛光)；(8)由于输出束质量可以由波导的输出限定，所以相干LIDAR收发器的输出模式必须具有高质量(例如，来自横向电磁(TEM00)束的失真低)；(9)LIDAR系统的功能(例如，划分、收集、组合、重定向、配对等)可以被组合到一个集成光子器件中；以及(10)相干LIDAR收发器可以使用可编程逻辑控制器(PLC)来实现。
在以下描述中，出于说明的目的，阐述了许多特定细节以便提供对本公开的透彻理解。然而，对本领域的技术人员而言将显而易见的是，可以在没有这些特定细节的情况下实践本公开。在其他实例中，以框图形式示出公知结构和设备，以便避免不必要地使本公开混淆。
1.用于自主车辆的系统环境
图1A是图示根据一些实施方式的用于自主车辆的系统环境的示例的框图。
参考图1A，可以在其内部实现本文中公开的各种技术的示例自主车辆100。例如，车辆100可以包括：动力系102，其包括由能源106提供动力并且能够向传动系108提供动力的原动机104；以及控制系统110，其包括方向控件112、动力系控件114和制动器控件116。可以将车辆100实现为任何数目的不同类型的车辆，包括能够运输人和/或货物并且能够在各种环境中行驶的车辆，并且将理解，前述组件102-116能够基于在其内部利用这些组件的车辆的类型大大不同。
为了简单，在下文中讨论的实施方式将集中于诸如汽车、厢式货车、卡车、公共汽车等的轮式陆地车辆。在这种实施方式中，原动机104可以包括一个或多个电动机和/或内燃机(及其他)。能源可以包括例如燃料系统(例如，提供汽油、柴油、氢等)、电池系统、太阳能面板或其他可再生能源和/或燃料电池系统。传动系108能够包括车轮和/或轮胎连同用于将原动机104的输出转换成车辆运动的变速器和/或任何其他机械驱动组件，以及被配置成可控地使车辆100停止或变慢的一个或多个制动器以及适合于控制车辆100的轨迹的方向或转向组件(例如，使得车辆100的一个或多个车轮能够绕大致垂直轴线枢转以改变车轮的旋转平面相对于车辆的纵向轴线的角度的齿条和齿轮转向连杆)。在一些实施方式中，可以使用动力系和能源的组合(例如，在电动/燃气混合动力车辆的情况下)，并且在一些实例中，可以使用多个电动机(例如，专用于个别车轮或轴)作为原动机。
方向控件112可以包括一个或多个致动器和/或传感器，其用于控制和接收来自方向或转向组件的反馈，以使得车辆100能够遵循期望轨迹。动力系控件114可以被配置成控制动力系102的输出，例如，以控制原动机104的输出功率、以控制传动系108中的变速器的传动比等，从而控制车辆100的速度和/或方向。制动器控件116可以被配置成控制使车辆100变慢或停止的一个或多个制动器，例如，耦合到车辆的车轮的盘式或鼓式制动器。
其他车辆类型，包括但不限于越野车辆、全地形或履带式车辆、建筑设备等，将必然利用不同的动力系、传动系、能源、方向控件、动力系控件和制动器控件。此外，在一些实施方式中，一些组件能够被组合，例如，在车辆的方向控件主要通过改变一个或多个原动机的输出来处理的情况下。因此，本文中公开的实施方式不局限于本文公开的技术在自主轮式陆地车辆中的特定应用。
能够在车辆控制系统120中实现对车辆100的各种水平的自主控制，该车辆控制系统120可以包括一个或多个处理器122和一个或多个存储器124，其中每个处理器122被配置成运行存储在存储器124中的程序代码指令126。(一个或多个)处理器能够包括例如(一个或多个)图形处理器(“GPU”)和/或(一个或多个)中央处理器(“CPU”)。
传感器130可以包括适合于从车辆的周围环境收集信息以用于在控制车辆的操作时使用的各种传感器。例如，传感器130能够包括雷达传感器134、LIDAR(光检测和测距)传感器136、3D定位传感器138(例如，加速度计、陀螺仪、磁强计中的任一种)或卫星导航系统，诸如GPS(全球定位系统)、GLONASS(Globalnaya Navigazionnaya Sputnikovaya Sistema或全球导航卫星系统)、北斗导航卫星系统(BDS)、伽利略、罗盘等。3D定位传感器138能够被用于使用卫星信号来确定车辆在地球上的位置。传感器130能够包括相机140和/或IMU(惯性测量单元)142。相机140能够是单目视觉或立体视觉相机并且能够记录静止图像和/或视频图像。IMU 142能够包括能够检测车辆在三个方向上的线性和旋转运动的多个陀螺仪和加速度计。诸如车轮编码器的一个或多个编码器(未图示)可以被用于监测车辆100的一个或多个车轮的旋转。每个传感器130能够以可能与其他传感器130的数据速率不同的不同数据速率输出传感器数据。
传感器130的输出可以被提供给控制子系统150的集合，其包括定位子系统152、规划子系统156、感知子系统154和控制子系统158。定位子系统152能够执行诸如精确地确定车辆100在其周围环境内并且通常在某个参考系内的位置和定向(有时还称为“姿态”)的功能。作为生成标记自主车辆数据的部分，能够将自主车辆的位置与附加车辆在相同环境中的位置进行比较。感知子系统154能够执行诸如检测、跟踪、确定和/或标识车辆100周围的环境内的对象的功能。能够在跟踪对象时利用依照一些实施方式的机器学习模型。规划子系统156能够执行诸如给定期望目的地以及环境内的静态和移动对象在某个时间框架上为车辆100规划轨迹的功能。能够在规划车辆轨迹时利用依照一些实施方式的机器学习模型。控制子系统158能够执行诸如生成合适的控制信号以用于控制车辆控制系统120中的各种控件以便实现车辆100的规划轨迹的功能。能够利用机器学习模型来生成一个或多个信号以控制自主车辆实现规划轨迹。
将理解，在图1A中针对车辆控制系统120图示的组件的集合在性质上仅仅是示例性的。在一些实施方式中可以省略个别传感器。附加地或替代地，在一些实施方式中，图1A中所图示的类型的多个传感器可以被用于冗余和/或覆盖车辆周围的不同区域，并且可以使用其他类型的传感器。同样地，在其他实施方式中可以使用不同类型和/或组合的控制子系统。此外，虽然子系统152-158被图示为与处理器122和存储器124分开，但是将理解，在一些实施方式中，子系统152-158的功能性中的一些或全部可以利用驻留在一个或多个存储器124中并且由一个或多个处理器122运行的程序代码指令126来实现，并且这些子系统152-158可以在一些实例中使用相同的(一个或多个)处理器和/或存储器来实现。子系统可以至少部分地使用如以上所指出的各种专用电路逻辑、各种处理器、各种现场可编程门阵列(“FPGA”)、各种专用集成电路(“ASIC”)、各种实时控制器等来实现，多个子系统可以利用电路系统、处理器、传感器和/或其他组件。此外，车辆控制系统120中的各种组件可以以各种方式联网。
在一些实施方式中，车辆100还可以包括辅助车辆控制系统(未图示)，该辅助车辆控制系统可以被用作车辆100的冗余或备份控制系统。在一些实施方式中，辅助车辆控制系统可以能够在车辆控制系统120中出现不利事件的情况下完全地操作自主车辆100，而在其他实施方式中，辅助车辆控制系统可能仅具有有限的功能性，例如，以响应于在主要车辆控制系统120中检测到的不利事件执行车辆100的受控停止。在仍然其他的实施方式中，可以省略辅助车辆控制系统。
一般而言，可以使用包括软件、硬件、电路逻辑、传感器、网络等的各种组合的无数不同架构来实现图1A所图示的各种组件。每个处理器可以，例如，被实现作为微处理器，并且每个存储器可以表示包括主存储装置的随机存取存储器(RAM)设备，以及任何补充水平的存储器，例如，高速缓存存储器、非易失性或备份存储器(例如，可编程或闪速存储器)、只读存储器等。另外，可以认为每个存储器包括物理上位于车辆100中别处的存储装置，例如，处理器中的任何高速缓存存储器以及用作虚拟存储器的任何存储容量，例如，如存储在大容量存储设备或另一计算机控制器上的存储容量。图1A中所图示的一个或多个处理器或完全分开的处理器可以被用于实现除了自主控制的目的之外的车辆100中的附加功能，例如，以控制娱乐系统、以操作门、灯、便利设施等。
另外，对于附加存储，车辆100可以包括一个或多个大容量存储设备，例如，可移动盘驱动器、硬盘驱动器、直接存取存储设备(“DASD”)、光驱(例如，CD驱动器、DVD驱动器等)、固态存储驱动器(“SSD”)、网络附连存储、存储区域网络和/或磁带驱动器等。
此外，车辆100可以包括使得车辆100能够接收来自用户或操作者的许多输入并且为用户或操作者生成输出的用户接口164，例如，一个或多个显示器、触摸屏、语音和/或手势接口、按钮和其他触觉控件等。否则，用户输入可以经由另一计算机或电子设备例如经由移动设备上的app或经由web接口接收。
此外，车辆100可以包括适合于与一个或多个网络170(例如，局域网(“LAN”)、广域网(“WAN”)、无线网络和/或互联网等)通信以许可与其他计算机和电子设备一起传递信息的一个或多个网络接口，例如网络接口162，该其他计算机和电子设备包括例如中央服务，诸如云服务，车辆100从该其他计算机和电子设备接收用于在其自主控制中使用的环境和其他数据。由一个或多个传感器130收集的数据能够经由网络170被上传到计算系统172以用于附加处理。在一些实施方式中，能够先于在上传向车辆数据的每个实例添加时间戳。
图1A中所图示的每个处理器以及本文中公开的各种附加控制器和子系统通常在操作系统的控制下操作并且运行或者以其他方式依靠如将在下面更详细地描述的各种计算机软件应用、组件、程序、对象、模块、数据结构等。此外，各种应用、组件、程序、对象、模块等还可以在经由网络170耦合到车辆100的另一计算机中的一个或多个处理器上运行，例如，在分布式、基于云的或客户-服务器计算环境中运行，由此实现计算机程序的功能所需要的处理可以通过网络被分配给多个计算机和/或服务。
一般而言，被运行以实现本文中描述的各种实施方式的例程，无论是被实现作为操作系统的部分还是作为特定应用、组件、程序、对象、模块或指令序列或甚至其子集，都将在本文中被称为“程序代码”。程序代码能够包括一个或多个指令，这些指令在各个时间驻留在各种存储器和存储设备中，并且当由一个或多个处理器读取和运行时，执行对运行体现本公开的各个方面的步骤或要素必要的步骤。此外，虽然已经并在本文中将在全功能计算机和系统的上下文中描述实施方式，但是将理解，本文中描述的各种实施方式能够以各种形式作为程序产品被分发，并且不管用于实际上实行分发的计算机可读介质的特定类型都能够实现这些实施方式。
计算机可读介质的示例包括诸如以下各项的有形非暂时性介质：易失性和非易失性存储器设备、软盘和其他可移动盘、固态驱动器、硬盘驱动器、磁带和光盘(例如，CD-ROM、DVD等)等等。
另外，在特定实施方式中可以基于在其内部实现的应用来标识在下文中描述的各种程序代码。然而，应该理解，接下来的任何特定程序命名法是仅仅为了方便而使用的，因此本公开不应该限于在由这种命名法标识和/或暗示的任何特定应用中单独使用。此外，给定其中可以将计算机程序组织成例程、过程、方法、模块、对象等的通常无数个方式以及其中可以驻留在典型计算机内的各种软件层(例如，操作系统、库、API、应用、小应用程序等)当中分配程序功能的各种方式，应该理解，本公开不局限于本文中描述的程序功能性的特定组织和分配。
图1A中所图示的环境不旨在限制本文中公开的实施方式。实际上，在不脱离本文中公开的实施方式的范围的情况下，可以使用其他替代硬件和/或软件环境。
2.用于汽车应用的FM LIDAR
卡车能够包括LIDAR系统(例如，图1A中的车辆控制系统120、图2中的LIDAR系统201等)。在一些实施方式中，LIDAR系统能够使用频率调制来对光信号进行编码并且使用光学器件来将经编码的光信号散射到自由空间中。通过检测经编码的光信号与从对象反射回的返回信号之间的频率差，频率调制的(FM)LIDAR系统能够确定对象的位置并且/或者使用多普勒效应来精确地测量对象的速度。在一些实施方式中，FM LIDAR系统可以使用连续波(称为“FMCW LIDAR”)或准连续波(称为“FMQW LIDAR”)。在一些实施方式中，LIDAR系统能够使用相位调制(PM)来对光信号进行编码并且使用光学器件来将经编码的光信号散射到自由空间中。
关于汽车和/或商用货运应用，FM或相位调制的(PM)LIDAR系统可以提供优于常规LIDAR系统的大量优点。首先，在一些实例中，对象(例如，穿戴深色衣服的行人)可以具有低反射率，因为它仅向FM或PM LIDAR系统的传感器(例如，图1A中的传感器130)反射回击中该对象的少量(例如，10％或更少)光。在其他实例中，对象(例如，路标)可以具有高反射率(例如，高于10％)，因为它向FM LIDAR系统的传感器反射回击中该对象的大量光。
不管对象的反射率如何，FM LIDAR系统都可以能够检测(例如，分类、识别、发现等)与常规LIDAR系统比更大距离(例如，2倍)处的对象。例如，FM LIDAR系统可以检测300米以外的低反射率对象和400米以外的高反射率对象。
为了实现在检测能力方面的这种改进，FM LIDAR系统可以使用传感器(例如，图1A中的传感器130)。在一些实施方式中，这些传感器能够是单光子敏感的，从而意味着它们能够检测尽可能最小量的光。虽然FM LIDAR系统在一些应用中可以使用红外波长(例如，950nm、1550nm等)，但是它不限于红外波长范围(例如，近红外：800nm-1500nm；中红外：1500nm-5600nm；以及远红外：5600nm-1,000,000nm)。通过在红外波长中操作FM或PM LIDAR系统，FM或PM LIDAR系统能够在满足眼睛安全标准的同时广播更强的光脉冲或光束。常规LIDAR系统经常不是单光子敏感的并且/或者仅在近红外波长中工作，从而由于眼睛安全原因而需要它们限制其光输出(和距离检测能力)。
因此，通过检测更大距离处的对象，FM LIDAR系统可以具有更多的时间对意外障碍起反应。实际上，甚至几毫秒的额外时间也可能改进安全和舒适，尤其是就正在以高速公路速度驾驶的重型车辆(例如，商用货运车辆)的安全和舒适而言。
FM LIDAR系统的另一优点是它为每个数据点瞬时地提供准确速度。在一些实施方式中，速度测量使用多普勒效应来实现，多普勒效应基于径向方向上的速度(例如，被检测对象与传感器之间的方向矢量)或激光信号的频率中的至少一个使从对象接收到的光的频率移位。例如，对于在速度小于100米每秒(m/s)的道路上情形下遇到的速度，波长1550纳米(nm)下的此移位相当于小于130兆赫(MHz)的频移。此频移小使得难以在光学域中直接地检测。然而，通过在FMCW、PMCW或FMQW LIDAR系统中使用相干检测，信号能够被转换到RF域，使得能够使用各种信号处理技术来计算频移。这使得自主车辆控制系统能够更快地处理传入数据。
瞬时速度计算还使FM LIDAR系统更容易确定遥远或稀疏的数据点作为对象并且/或者跟踪那些对象随着时间的推移如何移动。例如，FM LIDAR传感器(例如，图1A中的传感器130)可以仅接收300米远对象上的几个返回(例如，命中)，但是如果这些返回给出感兴趣速度值(例如，以>70mph朝向车辆移动)，则FM LIDAR系统和/或自主车辆控制系统可以确定与对象相关联的概率的相应权重。
FM LIDAR系统的更快标识和/或跟踪给予自主车辆控制系统更多的时间操纵车辆。对对象移动有多快的更好理解还允许自主车辆控制系统规划更好的反应。
FM LIDAR系统的另一优点是它具有与常规LIDAR系统相比的更少静态。也就是说，被设计得更加光敏感的常规LIDAR系统通常在明亮阳光下表现不佳。这些系统还往往遭受串扰(例如，当传感器被彼此的光脉冲或光束混淆时)并且遭受自干扰(例如，当传感器被它自己先前的光脉冲或光束混淆时)。为了克服这些缺点，使用常规LIDAR系统的车辆经常需要额外硬件、复杂软件和/或更多计算能力来管理此“噪声”。
相比之下，FM LIDAR系统不会遭受这些类型的问题，因为每个传感器被专门地设计成仅对它自身的光特性(例如，光束、光波、光脉冲)做出响应。如果返回光与初始发射的光的时间、频率和/或波长不匹配，则FM传感器能够滤出(例如，去除、忽略等)该数据点。因此，FM LIDAR系统以更少的硬件或软件需要产生(例如，生成、导出等)更准确的数据，从而实现更安全且更平滑的驾驶。
最后，FM LIDAR系统与常规LIDAR系统比更容易扩展。随着更多的自我车辆(例如，汽车、商用卡车等)出现在道路上，由FM LIDAR系统供以动力的那些车辆很可能将不必与来自传感器串扰的干扰问题作斗争。此外，FM LIDAR系统比常规LIDAR传感器比使用更少的光峰值功率。因此，能够在单个芯片上生产用于FM LIDAR的光学组件中的一些或全部，这产生它自己的好处，如本文中所讨论的。
2.1商用货运
图1B是图示根据一些实施方式的用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图。环境100B包括用于搬运货物106B的商用卡车102B。在一些实施方式中，商用卡车102B可以包括被配置成长途货物运输、地区货物运输、联运货物运输(即，其中基于道路的车辆被用作多种运输模式之一来移动货物)和/或任何其他基于道路的货物运输应用的车辆。在一些实施方式中，商用卡车102B可以是平板卡车、冷藏卡车(例如，冷藏车卡车)、通风厢式货车(例如，干厢式货车)、搬家卡车等。在一些实施方式中，货物106B可以是商品和/或产品。在一些实施方式中，商用卡车102B可以包括用于承载货物106B的拖车，诸如平板拖车、低箱拖车、阶梯甲板拖车、可扩展平板拖车、侧箱拖车等。
环境100B包括在离卡车等于或小于30米的距离范围内的对象110B(在图1B中作为另一车辆示出)。
商用卡车102B可以包括用于确定到对象110B的距离和/或测量对象110B的速率的LIDAR系统104B(例如，FM LIDAR系统、图1A中的车辆控制系统120、图2中的LIDAR系统201等)。虽然图1B示出在商用卡车102B的前面安装了一个LIDAR系统104B，但是在商用卡车上LIDAR系统的数目和LIDAR系统的安装区域不限于特定数目或特定区域。商用卡车102B可以包括被安装到商用卡车102B的任何区域(例如，前面、背面、侧面、顶部、底部、下面和/或底下)上以有助于检测相对于商用卡车102B在任何自由空间中的对象的任何数目的LIDAR系统104B(或其组件，诸如传感器、调制器、相干信号生成器等)。
如所示，环境100B中的LIDAR系统104B可以被配置成检测离商用卡车102B近距离(例如，30米或更小)处的对象(例如，另一车辆、自行车、树、街道标志、坑洞等)。
图1C是图示根据一些实施方式的用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图。环境100C包括被包括在环境100B中的相同组件(例如，商用卡车102B、货物106B、LIDAR系统104B等)。
环境100C包括在离商用卡车102B(i)大于30米和(ii)等于或小于150米的距离范围内的对象110C(在图1C中作为另一车辆示出)。如所示，环境100C中的LIDAR系统104B可以被配置成检测与商用卡车102B一定距离(例如，100米)处的对象(例如，另一车辆、自行车、树、街道标志、坑洞等)。
图1D是图示根据一些实施方式的用于自主商用货运车辆的系统环境的示例的框图。环境100D包括被包括在环境100B中的相同组件(例如，商用卡车102B、货物106B、LIDAR系统104B等)。
环境100D包括在与商用卡车102B超过150米的距离范围内的对象110D(在图1D中作为另一车辆示出)。如所示，环境100D中的LIDAR系统104B可以被配置成检测与商用卡车102B一定距离(例如，300米)处的对象(例如，另一车辆、自行车、树、街道标志、坑洞等)。
在商用货运应用中，由于增加的重量以及相应地这种车辆所需要的更长停车距离，重要的是有效地检测所有范围处的对象。FM LIDAR系统(例如，FMCW和/或FMQW系统)或PM LIDAR系统由于上述优点非常适合于商用货运应用。结果，配备有这种系统的商用卡车可以具有跨近或远距离安全地移动人和商品两者的增强能力，从而不仅改进商用卡车的安全性，而且还改进周围车辆的安全性。在各种实施方式中，这种FM或PM LIDAR系统能够被用在半自主应用或全自主应用中，在该半自主应用中商用卡车具有驾驶员并且商用卡车的一些功能使用FM或PM LIDAR系统来自主地操作，在该全自主应用中商用卡车完全由FM或LIDAR系统单独或与其他车辆系统相结合地操作。
3.连续波调制和准连续波调制
在使用CW调制的LIDAR系统中，调制器对激光连续地进行调制。例如，如果调制周期是10秒，则输入信号在整个10秒中被调制。反而，在使用准CW调制的LIDAR系统中，调制器对激光进行调制以具有活动部分和不活动部分两者。例如，对于10秒周期，调制器仅对激光进行调制达到8秒(有时称为“活动部分”)，而不对激光进行调制达到2秒(有时称为“不活动部分”)。通过这样做，因为调制器不必提供连续信号，所以LIDAR系统可能能够减少功耗达到2秒。
在用于汽车应用的调频连续波(FMCW)LIDAR中，使用准CW调制操作LIDAR系统可能是有益的，其中使用了FMCW测量和信号处理方法，但是光信号不在打开状态(例如，启用、通电、发射等)。在一些实施方式中，准CW调制能够具有等于或大于1％并且高达50％的占空比。如果能够在实际测量时间期间消耗处于关闭状态(例如，禁用、掉电等)下的能量，则可以提升信噪比(SNR)和/或降低信号处理需要以在更长时间尺度中一致地整合所有能量。
4.通过多个通道的相干LIDAR收发器
图2是图示根据一些实施方式的用于自主车辆的LIDAR系统的示例环境的框图。环境200包括LIDAR系统201，其包括发射(Tx)路径和接收(Rx)路径。Tx路径可以包括一个或多个Tx输入/输出端口(在图2中未示出)，并且Rx路径可以包括一个或多个Rx输入/输出端口(在图2中未示出)。
在一些实施方式中，半导体基板和/或半导体封装可以包括Tx路径和Rx。在一些实施方式中，第一半导体基板和/或第一半导体封装可以包括Tx路径并且第二半导体基板和/或第二半导体封装可以包括Rx路径。在一些布置中，Rx输入/输出端口和/或Tx输入/输出端口可以沿着一个或多个半导体基板和/或半导体封装的一个或多个边缘出现。
环境200包括耦合到LIDAR系统201的一个或多个光学器件210(例如，振荡扫描器、单向扫描器、里斯利棱镜、循环器光学器件和/或光束准直器等)。在一些实施方式中，一个或多个光学器件210可以经由一个或多个Tx输入/输出端口耦合到Tx路径。在一些实施方式中，一个或多个光学器件210可以经由一个或多个Rx输入/输出端口耦合到Rx路径。
环境200包括耦合到LIDAR系统201的车辆控制系统120(例如，图1中的车辆控制系统120)。在一些实施方式中，车辆控制系统120可以经由一个或多个Rx输入/输出端口耦合到Rx路径。
Tx路径包括激光源202、调制器204A、调制器204B和放大器206。Rx路径包括混合器208、检测器212和跨阻抗(TIA)212。尽管图2示出仅选择数目的组件和仅一个输入/输出通道，但是环境200可以包括按照任何布置互连以方便组合LIDAR系统的多个功能以支持车辆操作的任何数目的组件和/或输入/输出通道(以任何组合)。
激光源202被配置成生成从本地振荡器(LO)信号导出(或者与LO信号相关联)的光信号。在一些实施方式中，光信号可以具有等于或者基本上等于1550纳米的工作波长。在一些实施方式中，光信号可以具有介于1400纳米与1600纳米之间的工作波长。
激光源202被配置成将光信号提供给调制器204A，其被配置成基于第一射频(RF)信号(在图2中被示出为“RF1”)并且使用连续波(CW)调制或者准CW调制对光信号的相位和/或频率进行调制以生成调制后的光信号。调制器204A被配置成将调制后的光信号发送到放大器206。放大器206被配置成放大调制后的光信号以生成到光学器件210经放大的光信号。
光学器件210被配置成使它从Tx路径接收到的经放大的光信号朝向对象218转向到给定视场内的环境中、接收从对象218反射回的返回信号，并且将该返回信号提供给Rx路径的混合器208。
激光源202被配置成向调制器204B提供LO信号，该调制器204B被配置成基于第二RF信号(在图2中示出为“RF2”)并使用连续波(CW)调制或准CW调制对LO信号的相位和/或频率进行调制来生成调制后的LO信号并将调制后的LO信号发送到Rx路径的混合器208。
混合器208被配置成将调制的LO信号与返回的信号混合(例如，组合、相乘等)以生成下转换信号并且将该下转换信号发送到检测器212。在一些布置中，混合器208被配置成将调制后的LO信号发送到检测器212。
检测器212被配置成基于下转换信号来生成电信号并且将该电信号发送到TIA214。在一些布置中，检测器212被配置成基于下转换信号和调制后的信号来生成电信号。
TIA 214被配置成放大电信号并且将经放大的电信号发送到车辆控制系统120。
在一些实施方式中，TIA 214可以具有小于5皮瓦每平方根赫兹(即，5x10-12瓦每平方根赫兹)的峰值噪声等效功率(NEP)。在一些实施方式中，TIA 214可以具有4千欧与25千欧之间的增益。
在一些实施方式中，检测器212和/或TIA 214可以具有在80千赫(kHz)与650兆赫(MHz)之间的3分贝带宽。
车辆控制系统120被配置成基于其从TIA接收到的一个或多个电信号确定到对象218的距离和/或测量对象218的速度。
在一些实施方式中，调制器204A和/或调制器204B可以具有600兆赫(MHz)与1000(MHz)之间的带宽。
图3是描绘根据一些实施方式的用于操作车辆的示例相干LIDAR收发器的框图。环境300包括相干LIDAR收发器301以及检测器303、304、305、306、307、308、309、310(统称为“检测器303-310”)。激光源(例如，图2中的激光源202)经由Tx路径(例如，图2中的Tx路径)生成LO信号并且将LO信号(调制后的或未调制的)提供给LO输入360(在图3中示出为“LOA-A”)。在一些实施方式中，LO输入360处的LO信号小于5毫瓦。
相干LIDAR收发器301将在LO输入360处接收到的LO信号划分成LO信号360-1和LO信号360-2。相干LIDAR收发器301将LO信号360-1划分成LO信号360-1a和LO信号360-1b。相干LIDAR收发器301将LO信号360-2划分成LO信号360-2a和LO信号360-2b。
激光源将LO信号(调制后的或未调制的)提供给LO输入366(在图3中示出为“LOA-B”)。相干LIDAR收发器301将在LO输入366处接收到的LO信号划分成LO信号366-1和LO信号366-2。相干LIDAR收发器301将LO信号366-1划分成LO信号366-1a和LO信号366-1b。相干LIDAR收发器301将LO信号366-2划分成LO信号366-2a和LO信号366-2b。
激光源经由Tx路径(例如，图2中的Tx路径)生成光信号并且将该光信号(调制后的或未调制的)提供给Tx输入362(在图3中示出为“Tx-A”)。相干LIDAR收发器301将在Tx输入362处接收到的光信号划分成光信号362-1和光信号362-2。相干LIDAR收发器301将光信号362-1划分成光信号362-1a和光信号362-1b。相干LIDAR收发器301将光信号362-2划分成光信号362-2a和光信号362-2b。
激光源将光信号(调制后的或未调制的)提供给Tx输入364(在图3中示出为“Tx-B”)。相干LIDAR收发器301将在Tx输入364处接收到的光信号划分成光信号364-1和光信号364-2。相干LIDAR收发器301将光信号364-1划分成光信号364-1a和光信号364-1b。相干LIDAR收发器301将光信号364-2划分成光信号364-2a和光信号364-2b。
相干LIDAR收发器301经由Tx输出端320朝向一个或多个对象提供光信号362-1a到自由空间中的发射，经由Rx输入322接收从对象反射回的返回光，并且将该返回光和LO信号360-2b提供给检测器303(在图3中示出为“Rx-1”)。检测器303基于返回光和/或LO信号360-2b生成电信号。
相干LIDAR收发器301经由Tx输出端324朝向一个或多个对象提供光信号362-1b到自由空间中的发射，经由Rx输入326接收从对象反射回的返回光，并且将该返回光和LO信号360-2a提供给检测器304(在图3中示出为“Rx-2”)。检测器304基于返回光和/或LO信号360-2a生成电信号。
相干LIDAR收发器301经由Tx输出端328朝向一个或多个对象提供光信号362-2a到自由空间中的发射，经由Rx输入330接收从对象反射回的返回光，并且将该返回光和LO信号360-1b提供给检测器305(在图3中示出为“Rx-3”)。检测器305基于返回光和/或LO信号360-1b生成电信号。
相干LIDAR收发器301经由Tx输出端332朝向一个或多个对象提供光信号362-2b到自由空间中的发射，经由Rx输入334接收从对象反射回的返回光，并且将该返回光和LO信号360-1a提供给检测器306(在图3中示出为“Rx-4”)。检测器306基于返回光和/或LO信号360-1a生成电信号。
相干LIDAR收发器301经由Tx输出端336朝向一个或多个对象提供光信号364-1a到自由空间中的发射，经由Rx输入338接收从对象反射回的返回光，并且将该返回光和LO信号366-2b提供给检测器307(在图3中示出为“Rx-5”)。检测器307基于返回光和/或LO信号366-2b生成电信号。
相干LIDAR收发器301经由Tx输出端340朝向一个或多个对象提供光信号364-1b到自由空间中的发射，经由Rx输入342接收从对象反射回的返回光，并且将该返回光和LO信号366-2a提供给检测器308(在图3中示出为“Rx-6”)。检测器308基于返回光和/或LO信号366-2a生成电信号。
相干LIDAR收发器301经由Tx输出端344朝向一个或多个对象提供光信号364-2a到自由空间中的发射，经由Rx输入346接收从对象反射回的返回光，并且将该返回光和LO信号366-1b提供给检测器309(在图3中示出为“Rx-7”)。检测器309基于返回光和/或LO信号366-1b生成电信号。
相干LIDAR收发器301经由Tx输出端348朝向一个或多个对象提供光信号364-2b到自由空间中的发射，经由Rx输入350接收从对象反射回的返回光，并且将该返回光和LO信号366-1a提供给检测器310(在图3中示出为“Rx-8”)。检测器308基于返回光和/或LO信号366-2a生成电信号。
在一些实施方式中，与从LIDAR传感器内部的表面反射回的返回光(有时被称为“反射束”)和对应的光信号(例如，光信号362-1a、362-1b、362-2a、362-2b、364-1a、364-1b、364-2a、364-2b等)的发射相关联的信号串扰相对于获得反射束的通道在所有其他信道上在1兆赫兹(MHz)和200MHz内小于或等于-55分贝(dB)。
在一些实施方式中，光信号到其对应的从LIDAR传感器内部的表面反射回的返回光中的散射相对于发射Tx功率小于或等于-66分贝(dB)，其中散射与被维持的极化相关联。
在一些实施方式中，光信号到其对应的从LIDAR传感器内部的表面反射回的返回光中的散射相对于发射的Tx功率等于或小于-84分贝(dB)，其中散射与被旋转90度的极化相关联。
在一些实施方式中，由检测器303-310生成的任何电信号之间的信号串扰在1兆赫(MHz)和200MHz的频率范围内相对于在另一检测器上生成的电信号小于或等于-55分贝(dB)。
在一些实施方式中，检测器303-310中的一个或多个可以包括一对光电二极管。在一些实施方式中，检测器内的一对光电二极管可以具有大于或等于30分贝(dB)的共模抑制率(CMRR)。
在一些实施方式中，检测器303-310中的任一个可以具有80千赫兹(kHz)与650兆赫兹(MHz)之间的3分贝带宽。
在一些实施方式中，一个或多个检测器303-310可以具有大于或等于0.9安培/瓦(A/W)的响应性。
在一些实施方式中，光信号中的任一个(例如，光信号362-1a、362-1b、362-2a、362-2b、364-1a、364-1b、364-2a、364-2b等)可以具有等于或小于33％的占空比。
图4是描绘根据一些实施方式的位于两个半导体基板上的示例相干LIDAR收发器的框图。环境400包括了包括Rx/LO路径的半导体基板402以及包括Tx路径的半导体基板404。半导体基板402和404可以以接近单芯片概念中的间距(例如，两个输入/输出端的中心之间的距离)的间隔‘A’背靠背被放置。在一些实施方式中，半导体基板的输入/输出端各自具有介于31.75微米与381微米之间的间距。
图5是图示根据实施方式的用于组合LIDAR系统的多个功能的示例方法的流程图。尽管出于图示的目的在图5中将步骤按特定次序描绘为整体步骤，但是在其他实施方式中，一个或多个步骤或其部分以不同次序、或者在时间上重叠、串行或并行被执行，或者被省略，或者一个或多个附加步骤被添加，或者方法以方式的某种组合被改变。在一些实施方式中，方法500的一些或所有操作可以由图3中的相干LIDAR收发器301执行。
方法500包括接收由激光源生成的光束的操作502。在一些实施方式中，光束与本地振荡器(LO)信号相关联。方法500包括将光束划分成第一划分光束和第二划分光束的操作504。方法500包括向光学器件发射第一划分光束和第二划分光束的操作506。方法500包括从光学器件接收与第一划分光束相关联的第一反射束和与第二划分光束相关联的第二反射束的操作508。方法500包括将第一反射束与LO信号配对并且将第二反射束与LO信号配对的操作510。
提供前面的描述以使得本领域的任何技术人员能够实践本文中描述的各个方面。对这些方面的各种修改对于本领域的技术人员来说将是显而易见的，并且本文中定义的一般原理可以被应用于其他方面。因此，权利要求不旨在限于本文中所示的各方面，而是要符合与语言权利要求一致的全部范围，其中以单数形式对元素的引用不旨在意指“一个并且仅一个”，除非特别如此陈述，而是意指“一个或多个”。除非另有明确说明，否则术语“一些”指代一个或多个。本领域的普通技术人员已知或稍后将了解的与在整个先前描述中描述的各个方面的元素的所有结构和功能等效物通过引用被明确地并入本文中并且旨在被权利要求涵盖。此外，本文中所公开的任何内容均不旨在专用于公众，无论这种公开是否在权利要求中明确叙述。没有权利要求元素被解释为功能装置，除非使用短语“用于……的装置”明确详述该元素。
要理解，所公开的过程中框的特定顺序或层次结构是说明性方法的示例。基于设计偏好，要理解的是，可以重新排列过程中框的特定顺序或层次结构，同时维持在先前描述的范围内。所附方法权利要求以样本顺序呈现各种框的元素，并且不意味着限于所呈现的特定顺序或层次结构。
提供所公开的实施方式的先前描述以使本领域的任何技术人员能够制作或使用所公开的主题。对这些实施方式的各种修改对于本领域的技术人员来说将是显而易见的，并且在不背离先前描述的精神或范围的情况下，本文中定义的一般原理可以被应用于其他实施方式。因此，先前的描述不旨在限于本文中所示的实施方式，而是要被符合与本文中公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
所说明和描述的各种示例仅作为示例被提供以说明权利要求的各种特征。然而，关于任何给定示例示出和描述的特征不一定限于相关联的示例并且可以与示出和描述的其他示例一起使用或组合。此外，权利要求不旨在受任何一个示例的限制。
前述方法描述和过程流程图仅作为说明性示例提供并不意在需要或暗示各种示例的框必须以呈现的顺序执行。如本领域的技术人员将理解的，前述示例中的框的顺序可以以任何顺序执行。诸如“此后”、“那么”、“下一个”等的词语并非旨在限制框的顺序；这些词只是用来通过方法的描述引导读者。此外，以单数形式对权利要求元素的任何引用，例如，使用冠词“一个(a)”、“一个(an)”或“该(the)”不应被解释为将要素限制为单数。
结合本文中公开的示例描述的各种说明性逻辑框、模块、电路和算法框可以被实现为电子硬件、计算机软件或两者的组合。为了清楚地说明硬件和软件的这种可互换性，各种说明性组件、框、模块、电路和框已在上面根据它们的功能总体上进行了描述。这种功能是作为硬件还是软件被实现取决于特定应用和施加在整个系统上的设计约束。熟练的技术人员可以针对每个特定应用以不同的方式实现所描述的功能，但是这样的实现决策不应被解释为导致背离本公开的范围。
被用于实现结合本文中公开的示例描述的各种说明性逻辑、逻辑框、模块和电路的硬件可以利用被设计执行本文中描述的功能的通用处理器、DSP、ASIC、FPGA或其他可编程的逻辑器件、分立门或晶体管、分立硬件组件或其任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替代方案中，处理器可以是任何常规处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以被实现为计算设备的组合，例如，DSP和微处理器的组合、多个微处理器、一个或多个微处理器与DSP核心相结合、或任何其他这样的配置。替代地，一些框或方法可以由特定于给定功能的电路执行。
在一些示例性示例中，所描述的功能可以以硬件、软件、固件或其任何组合实现。如果以软件实现，则这些功能可以作为一个或多个指令或代码存储在非暂时性计算机可读存储介质或非暂时性处理器可读存储介质上。本文中公开的方法或算法的框可以被体现在处理器可执行软件模块中，其可以驻留在非暂时性计算机可读或处理器可读存储介质上。非暂时性计算机可读或处理器可读存储介质可以是可以由计算机或处理器访问的任何存储介质。作为示例而非限制，这种非暂时性计算机可读或处理器可读存储介质可以包括RAM、ROM、EEPROM、闪存、CD-ROM或其他光盘存储、磁盘存储或其他磁存储设备，或可以被用于以指令或数据结构的形式存储所需程序代码并且可由计算机访问的任何其他介质。如本文中所用，磁盘和光碟包括压缩盘(CD)、激光盘、光盘、数字通用盘(DVD)、软盘和蓝光光碟，其中磁盘通常以磁性方式再现数据，而光碟以激光光学地再现数据。以上的组合也被包括在非暂时性计算机可读和处理器可读介质的范围内。另外，方法或算法的操作可以作为一个或任何组合或代码和/或指令的集合驻留在非瞬态处理器可读存储介质和/或计算机可读存储介质上，其可以被并入计算机中程序产品。
提供所公开示例的先前描述以使本领域的任何技术人员能够制作或使用本公开。对这些示例的各种修改对于本领域的技术人员来说将是显而易见的，并且在不背离本公开的精神或范围的情况下本文中定义的一般原理可以被应用于一些示例。因此，本公开不旨在限于本文中所示的示例，而是要被符合与以下权利要求以及本文中公开的原理和新颖特征一致的最宽范围。
尽管阐述宽泛范围的数值范围和参数是近似值，但在具体的非限制性实施例中阐述的数值被尽可能精确地报告。然而，任何数值都固有地包含某些误差，这些误差必然是由于在撰写本文时在它们各自的测试测量中发现的标准差造成的。此外，除非上下文另有明确说明，否则本文中呈现的数值具有由最低有效数字给出的暗示精度。因此，值1.1暗示从1.05到1.15的值。术语“大约”被用于指示以给定值为中心的较宽范围，并且除非上下文另有明确说明，否则暗示最低有效数字周围的较宽范围，诸如“大约1.1”暗示从1.0到1.2的范围。如果最低有效位不清楚，则术语“大约”暗示两倍的系数，例如，“大约X”暗示从0.5X到2X范围中的值，例如，大约100暗示从50至200范围中的值。此外，本文中公开的所有范围应理解为涵盖其中包含的任何和所有子范围。例如，用于仅正参数的“小于10”范围能够包括在(并且包括)最小值0和最大值10之间的任何和所有子范围，即，任何和所有子范围(例如，1到4)具有等于或大于0的最小值和等于或小于10的最大值。
下面在一个或多个高分辨率多普勒LIDAR系统的上下文中描述了本公开的一些实施方式，其被安装在个人汽车的区域(例如，前、后、侧、顶部和/或底部)上；但是，实施方式不限于此上下文。在其他实施方式中，具有或不具有多普勒组件、具有重叠或非重叠视场或者安装在更小或更大的陆地、海上或空中车辆、遥控飞行器或自主车辆上的相同类型或其他高分辨率LIDAR系统的一个或多个这种系统被采用。在其他实施方式中，扫描高分辨率LIDAR被安装在陆地或海上的临时或永久固定位置处。

Claims (15)

1.一种光检测和测距(LIDAR)系统，包括半导体基板和被设置在所述半导体基板上的一个或多个光学组件，所述一个或者多个光学组件被配置成：
从激光源接收光束，其中，所述光束与本地振荡器(LO)信号相关联；
将所述光束划分成第一划分光束和第二划分光束；
向光学器件发射所述第一划分光束和所述第二划分光束；
从所述光学器件接收与所述第一划分光束相关联的第一反射束和与所述第二划分光束相关联的第二反射束；以及
将所述第一反射束与所述LO信号配对并且将所述第二反射束与所述LO信号配对。
2.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，所述一个或者多个光学组件进一步被配置成：
接收由所述激光源或第二激光源生成的第二光束，其中，所述第二光束与第二本地振荡器(LO)信号相关联；
将所述第二光束划分成第三划分光束和第四划分光束；
向所述光学器件发射所述第三划分光束和所述第四划分光束；
从所述光学器件接收与所述第三划分光束相关联的第三反射束和与所述第四划分光束相关联的第四反射束；以及
将所述第三反射束与所述第二LO信号配对并且将所述第四反射束与所述第二LO信号配对。
3.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，所述一个或多个光学组件进一步被配置成：
接收所述LO信号；以及
将所述LO信号划分成第一划分LO信号和第二划分LO信号。
4.根据权利要求3所述的LIDAR系统，其中，所述一个或多个光学组件在LO输入处接收所述LO信号，其中，所述LO输入处的所述LO信号小于5毫瓦。
5.根据权利要求3所述的LIDAR系统，进一步包括：
第一光学检测器；以及
第二光学检测器，
其中，所述一个或多个光学组件进一步被配置成：
将所述第一划分LO信号和所述第一反射束提供给所述第一光学检测器，以使所述第一光学检测器根据所述第一划分LO信号和所述第一反射束生成第一电信号；以及
将所述第二划分LO信号和所述第二反射束提供给所述第二光学检测器，以使所述第二光学检测器根据所述第二划分LO信号和所述第二反射束生成第二电信号。
6.根据权利要求5所述的LIDAR系统，其中，与所述第一电信号和所述第二电信号相关联的信号串扰在1兆赫兹(MHz)和200MHz内小于或等于-55分贝(dB)。
7.根据权利要求5所述的LIDAR系统，其中，所述第一光学检测器包括光电二极管对，所述光电二极管对具有大于或等于30分贝(dB)的共模抑制比(CMRR)。
8.根据权利要求5所述的LIDAR系统，其中，所述第一光学检测器具有80千赫兹(kHz)与650兆赫兹(MHz)之间的3分贝带宽。
9.根据权利要求5所述的LIDAR系统，其中，所述第一光学检测器具有大于或等于0.9安培每瓦(A/W)的响应性，其中所述光束具有等于或基本上等于1550纳米的操作波长。
10.根据权利要求5所述的LIDAR系统，进一步包括：
跨阻抗放大器(TIA)，所述跨阻抗放大器(TIA)具有小于5x10-12瓦每平方根赫兹的峰值噪声等效功率(NEP)，其中所述第一光学检测器被配置成将所述第一电信号提供给所述TIA。
11.根据权利要求5所述的LIDAR系统，进一步包括：
跨阻抗放大器(TIA)，所述跨阻抗放大器(TIA)具有4千欧姆与25千欧姆之间的增益，其中所述第一光学检测器被配置成将所述第一电信号提供给所述TIA。
12.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，半导体基板包括所述一个或多个光学组件；其中所述半导体基板包括多个输出，所述多个输出中的每一个与31.75微米与381微米之间的间距相关联。
13.根据权利要求1所述的LIDAR系统，其中，所述光束具有1400纳米与1600纳米之间的操作波长。
14.一种自主车辆，包括：
转向系统或制动系统中的至少一个；以及
车辆控制器，所述车辆控制器包括一个或多个处理器，所述一个或多个处理器被配置成：
使设置在半导体基板上的一个或多个光学组件接收由激光源生成的光束，其中，所述光束与本地振荡器(LO)信号相关联；
使所述一个或多个光学组件将所述光束划分成第一划分光束和第二划分光束；
使所述一个或多个光学组件向光学器件发射所述第一划分光束和所述第二划分光束；
使所述一个或多个光学组件从所述光学器件接收与所述第一划分光束相关联的第一反射束和与所述第二划分光束相关联的第二反射束；以及
使所述一个或多个光学组件将所述第一反射束与所述LO信号配对并且将所述第二反射束与所述LO信号配对；并且
使用与所述LO信号配对的所述第一反射束和与所述LO信号配对的所述第二反射束控制所述转向系统或制动系统中的至少一个。
15.一种包括根据权利要求1-13中的任意一项所述的LIDAR系统的自主车辆控制系统。
CN202180038546.4A 2020-06-29 2021-06-03 组合lidar系统的多个功能以支持车辆的操作 Active CN115943322B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311113124.6A CN117008094A (zh) 2020-06-29 2021-06-03 组合lidar系统的多个功能以支持车辆的操作

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/915,404 US10948600B1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Systems and methods for IQ detection
US16/915,404 2020-06-29
PCT/US2021/035683 WO2022005690A1 (en) 2020-06-29 2021-06-03 Combining multiple functions of a lidar system to support the operation of a vehicle

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311113124.6A Division CN117008094A (zh) 2020-06-29 2021-06-03 组合lidar系统的多个功能以支持车辆的操作

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115943322A true CN115943322A (zh) 2023-04-07
CN115943322B CN115943322B (zh) 2023-09-08

Family

ID=74870448

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311113124.6A Pending CN117008094A (zh) 2020-06-29 2021-06-03 组合lidar系统的多个功能以支持车辆的操作
CN202180038546.4A Active CN115943322B (zh) 2020-06-29 2021-06-03 组合lidar系统的多个功能以支持车辆的操作

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311113124.6A Pending CN117008094A (zh) 2020-06-29 2021-06-03 组合lidar系统的多个功能以支持车辆的操作

Country Status (9)

Country Link
US (4) US10948600B1 (zh)
EP (1) EP4136473A4 (zh)
JP (1) JP2023528383A (zh)
KR (3) KR20240045369A (zh)
CN (2) CN117008094A (zh)
AU (1) AU2021302922B2 (zh)
CA (1) CA3182084A1 (zh)
IL (2) IL304220B1 (zh)
WO (1) WO2022005690A1 (zh)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11428785B2 (en) * 2020-06-12 2022-08-30 Ours Technology, Llc Lidar pixel with active polarization control
US10948600B1 (en) 2020-06-29 2021-03-16 Aurora Innovation, Inc. Systems and methods for IQ detection
US11415699B2 (en) 2020-06-29 2022-08-16 Aurora Operations, Inc. Lidar transmit/receive system
US11280909B2 (en) 2020-06-29 2022-03-22 Aurora Operations, Inc. Lidar transmit/receive system
US11366202B2 (en) * 2020-07-01 2022-06-21 Ours Technology, Llc Semiconductor laser and optical amplifier photonic package
US11237250B1 (en) * 2021-03-01 2022-02-01 Aeva, Inc. Techniques for generation of high brightness beams
US11619716B1 (en) * 2022-08-15 2023-04-04 Aurora Operations, Inc. Light detection and ranging (lidar) sensor system including seed modulation module
US11740337B1 (en) * 2022-08-15 2023-08-29 Aurora Operations, Inc. Light detection and ranging (lidar) sensor system including transceiver device
US11933901B1 (en) 2022-09-14 2024-03-19 Aurora Operations, Inc. Light detection and ranging (lidar) sensor system including bistatic transceiver
US11860308B1 (en) * 2022-11-16 2024-01-02 Aurora Operations, Inc. Chip packaging in light detection and ranging (LIDAR) sensor system

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58197257A (ja) 1982-05-13 1983-11-16 Tokuyama Soda Co Ltd クロム・ニツケルステンレス製容器の製造方法
JPS6363619U (zh) 1986-10-16 1988-04-27
US6559932B1 (en) 2001-10-30 2003-05-06 Raytheon Company Synthetic aperture ladar system using incoherent laser pulses
US7440102B1 (en) 2005-08-26 2008-10-21 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Systems and methods for analyzing polarized light scattered from a sample
JP5627176B2 (ja) 2008-12-01 2014-11-19 三菱電機株式会社 光波レーダ装置
US9476981B2 (en) 2013-01-08 2016-10-25 Massachusetts Institute Of Technology Optical phased arrays
KR102500906B1 (ko) 2013-01-08 2023-02-21 메사추세츠 인스티튜트 오브 테크놀로지 광학 위상 어레이들
US9683928B2 (en) * 2013-06-23 2017-06-20 Eric Swanson Integrated optical system and components utilizing tunable optical sources and coherent detection and phased array for imaging, ranging, sensing, communications and other applications
WO2015044370A1 (en) 2013-09-26 2015-04-02 Danmarks Tekniske Universitet Polarization diversity image-reject homodyne receiver for directional radial velocity measurements in light detection and ranging (lidar) instruments
US9316534B1 (en) 2014-01-28 2016-04-19 Lockheed Martin Coherent Technologies, Inc. Reconfigurable photonic integrated circuit focal plane array
US20180081031A1 (en) * 2016-09-19 2018-03-22 Delphi Technologies, Inc. Coherent lidar system for automated vehicles
US11675078B2 (en) 2016-10-06 2023-06-13 GM Global Technology Operations LLC LiDAR system
EP3555663A4 (en) * 2016-12-16 2020-08-12 Baraja Pty Ltd. ESTIMATION OF THE SPATIAL PROFILE OF AN ENVIRONMENT
FR3061309B1 (fr) 2016-12-27 2019-05-31 Thales Methode de traitement d'un signal issu d'un lidar coherent pour reduire le bruit et systeme lidar associe
JP7140784B2 (ja) 2017-03-01 2022-09-21 ポイントクラウド インコーポレイテッド モジュラー三次元光学検知システム
US10338321B2 (en) 2017-03-20 2019-07-02 Analog Photonics LLC Large scale steerable coherent optical switched arrays
JP6743761B2 (ja) * 2017-05-29 2020-08-19 株式会社デンソー 測距センサ
JP7039948B2 (ja) 2017-11-17 2022-03-23 株式会社デンソー 測距センサ
US10222474B1 (en) 2017-12-13 2019-03-05 Soraa Laser Diode, Inc. Lidar systems including a gallium and nitrogen containing laser light source
US11029406B2 (en) * 2018-04-06 2021-06-08 Luminar, Llc Lidar system with AlInAsSb avalanche photodiode
US11513224B2 (en) 2018-05-03 2022-11-29 Analog Photonics LLC Multi-static coherent LiDAR
WO2020028146A1 (en) 2018-07-30 2020-02-06 Blackmore Sensors And Analytics, Llc Method and system for optimizing scanning of coherent lidar in autonomous vehicles
US11579294B2 (en) * 2018-09-14 2023-02-14 GM Global Technology Operations LLC Lidar system with integrated frequency shifter for true doppler detection
JP7208388B2 (ja) 2018-11-13 2023-01-18 ブラックモア センサーズ アンド アナリティクス エルエルシー 位相エンコーディングｌｉｄａｒにおける内部反射減算のためのレーザー位相追跡方法およびシステム
US10877134B2 (en) 2018-11-19 2020-12-29 Baidu Usa Llc LIDAR peak detection using splines for autonomous driving vehicles
DE102018222718A1 (de) * 2018-12-21 2020-06-25 Robert Bosch Gmbh Optoelektronischer Sensor, Verfahren und Fahrzeug
KR20210134763A (ko) 2019-03-12 2021-11-10 디지렌즈 인코포레이티드. 홀로그래픽 도파관 백라이트 및 관련된 제조 방법
US10754091B1 (en) 2019-03-18 2020-08-25 Inphi Corporation Integrated coherent optical transceiver, light engine
US11940565B2 (en) 2019-08-20 2024-03-26 Luminar Technologies, Inc. Coherent pulsed lidar system
JP2022548824A (ja) 2019-08-20 2022-11-22 オーエーエム・フォトニックス・リミテッド・ライアビリティー・カンパニー 光子コヒーレント検出アレイ
US20210141058A1 (en) 2019-11-12 2021-05-13 Pointcloud Inc. Dual path light detection and ranging system
US11525901B2 (en) 2019-12-12 2022-12-13 Aeva, Inc. Determining characteristics of a target using polarization encoded coherent lidar
US11940571B2 (en) 2019-12-12 2024-03-26 Aeva, Inc. Performing speckle reduction using polarization
US10948600B1 (en) 2020-06-29 2021-03-16 Aurora Innovation, Inc. Systems and methods for IQ detection
US11415699B2 (en) 2020-06-29 2022-08-16 Aurora Operations, Inc. Lidar transmit/receive system

Also Published As

Publication number Publication date
US20210405202A1 (en) 2021-12-30
KR102654245B1 (ko) 2024-04-02
US11892543B2 (en) 2024-02-06
CN115943322B (zh) 2023-09-08
CA3182084A1 (en) 2022-01-06
US11921219B2 (en) 2024-03-05
US10948600B1 (en) 2021-03-16
IL298280A (en) 2023-01-01
IL304220A (en) 2023-09-01
IL298280B2 (en) 2023-12-01
EP4136473A1 (en) 2023-02-22
WO2022005690A1 (en) 2022-01-06
EP4136473A4 (en) 2023-08-30
KR102536707B1 (ko) 2023-05-30
AU2021302922A1 (en) 2022-12-01
IL298280B1 (en) 2023-08-01
AU2021302922B2 (en) 2022-12-15
KR20230073359A (ko) 2023-05-25
KR20240045369A (ko) 2024-04-05
CN117008094A (zh) 2023-11-07
US20240094401A1 (en) 2024-03-21
IL304220B1 (en) 2024-04-01
US20230176224A1 (en) 2023-06-08
KR20220166359A (ko) 2022-12-16
JP2023528383A (ja) 2023-07-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115943322B (zh) 组合lidar系统的多个功能以支持车辆的操作
CN115702362B (zh) 用于脉冲波lidar的系统和方法
US11280909B2 (en) Lidar transmit/receive system
US11415699B2 (en) Lidar transmit/receive system
WO2024039533A1 (en) Light detection and ranging (lidar) sensor system including seed modulation module

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
CP02 Change in the address of a patent holder
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: Pennsylvania, America

Patentee after: Aurora operations

Address before: California, USA

Patentee before: Aurora operations