CN115963479A - 一种信号发射、处理方法及相关装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种信号发射、处理方法及相关装置，可以应用于激光雷达中，用于自动驾驶、辅助驾驶、智能驾驶或者测绘等领域。该信号发射方法中，根据编码矩阵确定N个脉冲序列，并发射该N个脉冲序列。其中，每个脉冲序列对应编码矩阵的每一行，N为大于或等于2的整数。可见，确定N个脉冲序列的编码矩阵为N阶可逆矩阵，有利于后续根据编码矩阵的逆矩阵对回波信号进行解码处理时，避免旁瓣影响。另外，编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，有利于提升解码处理时的噪声抑制效果，可以提升激光雷达的长距离测量能力。

Description

一种信号发射、处理方法及相关装置
技术领域
本申请涉及感知技术领域，尤其涉及一种信号发射、处理方法及相关装置。
背景技术
高级驾驶辅助系统(advanced driver assistance system，ADAS)能够基于人工智能算法和多传感器所获取的信息，实现不同等级的自动驾驶辅助。其中，多传感器中的激光雷达是激光探测及测距(light laser detection and ranging，LiDAR)的简称，LiDAR可利用飞行时间(time of flight，ToF)技术实现测距，即LiDAR发射高功率的超短光脉冲，根据光脉冲被目标反射后的回波接收时间与发射时间之间的间隔实现测距。
长距离测量能力是激光雷达的重要特性，如何提升激光雷达的长距离测量能力是一个亟待解决的问题。
发明内容
本申请实施例提供了一种信号发射、处理方法及相关装置，有利于提高激光雷达的长距离测量能力。
第一方面，本申请实施例提供一种信号发射方法。该方法中，根据编码矩阵确定N个脉冲序列，并发射该N个脉冲序列。其中，编码矩阵为N阶可逆矩阵，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，每个脉冲序列对应编码矩阵的每一行，N为大于或等于2的整数。
可见，该方法根据编码矩阵确定并发射了N个脉冲序列。编码矩阵的可逆性有利于后续根据编码矩阵的逆矩阵对接收的回波信号进行解码处理时，不是通过互相关运算实现脉冲压缩，而是采用编码矩阵的线性组合运算实现脉冲压缩，从而可避免旁瓣影响，提升激光雷达的长距离测量能力。另外，编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，有利于提升后续解码处理时的噪声抑制效果，从而提升信噪比，提升激光雷达的长距离测量能力。
一种可选的实施方式中，根据编码矩阵确定N个脉冲序列之前，还包括：删除第一矩阵的第一行和第一列，获得第二矩阵；以0代替第二矩阵中的元素1，以1代替第二矩阵中的元素-1，获得编码矩阵。其中，第一矩阵的任意两行之间相互正交，且第一矩阵与第一矩阵的转置之间的乘积为单位矩阵，第一矩阵为N+1阶哈达玛矩阵。
可见，该方法是对N+1阶哈达玛矩阵进行相关处理获得N阶编码矩阵，使得编码矩阵具有上述可逆性，以及使得编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值。
一种可选的实施方式中，编码矩阵的一行中每个元素的绝对值分别是对应的脉冲序列中每个脉冲信号的幅度值，一个元素对应一个时间窗，该时间窗用于发送该元素对应的脉冲信号。
可见，编码矩阵的一行中每个元素的绝对值分别是对应的脉冲序列中每个脉冲信号的幅度值，表明是在编码矩阵的一行中元素1对应的时间窗内发射高功率脉冲信号，在编码矩阵的一行中元素0对应的时间窗内发射无功率脉冲信号，即在编码矩阵的一行中的元素0对应的时间窗内不发射脉冲信号。从而发射N个脉冲序列是依次在编码矩阵的每行中元素1对应的时间窗内发射高功率脉冲信号。
一种可选的实施方式中，第一脉冲序列中的最后一个脉冲信号对应的时间窗的结束时间与第二脉冲序列中的第一个脉冲信号对应的时间窗的起始时间之间的时间间隔，等于或大于最大往返时间。第一脉冲序列与第二脉冲序列分别是编码矩阵中相邻两行对应的脉冲序列，最大往返时间是一个脉冲信号到测量物之间往返时间的最大值。
可见，编码矩阵中相邻两行对应的两个脉冲序列的发射间隔，是等于或大于脉冲信号到测量物之间往返时间的最大值，以避免两个脉冲序列在发射或被反射过程中发生重叠。
第二方面，本申请实施例还提供一种信号处理方法。该方法中，接收N个脉冲序列的回波信号；根据编码矩阵的逆矩阵，对N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号。其中，单脉冲信号是N个脉冲序列中的一个脉冲信号，编码矩阵为N阶可逆矩阵，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，N为大于或等于2的整数。
可见，该方法是根据编码矩阵的逆矩阵对N个脉冲序列的回波信号进行解码处理的。编码矩阵的可逆性使得根据编码矩阵的逆矩阵对回波信号进行解码处理时，不是通过互相关运算实现脉冲压缩，而是采用线性组合运算实现脉冲压缩，从而可避免旁瓣影响，提升激光雷达的长距离测量能力。另外，编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，可提升解码处理时的噪声抑制效果，从而提升信噪比，提升激光雷达的长距离测量能力。
一种可选的实施方式中，根据编码矩阵的逆矩阵，对N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，包括：根据编码矩阵的逆矩阵和N个脉冲序列的回波信号，确定N个单脉冲信号的回波信号；对N个单脉冲信号的回波信号进行时延修正，并确定N个时延修正后的回波信号的均值。
第三方面，本申请实施例还提供一种信号发射方法。该方法中，根据第一序列确定脉冲序列，发射一次或多次该脉冲序列。其中，第一序列是根据递推公式确定的，递推公式为
Figure BDA0003301818210000021
N为质数，n＝1,...,(N+1)/2。
可见，该方法中发射了一次或多次第一序列对应的脉冲序列。
一种可选的实施方式中，该方法还包括：根据递推公式确定(N+1)/2个数值{un}，再将长度为N的全零序列中第{un}个值设置为1，获得长度为N的第一序列。
一种可选的实施方式中，第一序列中每个元素的绝对值分别是脉冲序列中每个脉冲信号的幅度值，一个元素对应一个时间窗，该时间窗用于发送该元素对应的脉冲信号。
可见，该方法在第一序列的元素1对应的时间窗内发射了高功率脉冲信号，在第一序列的元素0对应的时间窗内发射了低功率脉冲信号，即在第一序列的元素0对应的时间窗内没有发射高功率脉冲信号。
一种可选的实施方式中，发射多次第一序列对应的脉冲序列时，第一脉冲序列中的最后一个脉冲信号对应的时间窗的结束时间与第二脉冲序列中的第一个脉冲信号对应的时间窗的起始时间之间的时间间隔，等于或大于最大往返时间。第一脉冲序列与第二脉冲序列是相邻两次发射的脉冲序列。最大往返时间是一个脉冲信号到测量物之间的往返时间的最大值。
可见，相邻两次发射的脉冲序列的时间间隔等于或大于一个脉冲信号到测量物之间往返时间的最大值。
第四方面，本申请实施例还提供一种信号处理方法。该方法中，接收一个或多个脉冲序列的回波信号；根据编码矩阵的逆矩阵，对一个或多个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号。其中，单脉冲信号是一个或多个脉冲序列中的一个脉冲信号。编码矩阵为N阶可逆矩阵，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值。N为大于或等于2的整数。
可见，该方法是根据编码矩阵的逆矩阵对一个或多个脉冲序列的回波信号进行解码处理的。编码矩阵的可逆性使得根据编码矩阵的逆矩阵对回波信号进行解码处理时，避免旁瓣影响，从而提升激光雷达的长距离测量能力。另外，编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，可提升解码处理时的噪声抑制效果，从而提升信噪比，提升激光雷达的长距离测量能力。
一种可选的实施方式中，该方法还包括：将第一序列依次向右循环移位1至(N-1)次，获得(N-1)个第二序列，再将第一序列和(N-1)个第二序列组合，获得N阶编码矩阵。其中，第一序列是根据递推公式获得的，递推公式为
Figure BDA0003301818210000031
N为质数，n＝1,...,(N+1)/2。
一种可选的实施方式中，根据编码矩阵的逆矩阵，对一个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，包括：将回波信号划分为N等分的回波信号；根据N等分的回波信号和编码矩阵的逆矩阵，确定N个单脉冲信号的回波信号。
另一种可选的实施方式中，根据编码矩阵的逆矩阵，对多个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，包括：根据多个回波信号，确定多个回波信号的均值；将多个回波信号的均值划分为N等分的回波信号；根据N等分的回波信号和所述编码矩阵的逆矩阵，确定N个单脉冲信号的回波信号。
第五方面，本申请还提供一种信号发射装置。该信号发射装置具有实现上述第一方面或第三方面所述的部分或全部功能。比如，该信号发射装置的功能可具备本申请中第一方面所述的部分或全部实施例中的功能，也可以具备单独实施本申请中的任一个实施例的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的单元或模块。
在一种可能的设计中，该信号发射装置的结构中可包括处理单元和发射单元，所述处理单元被配置为支持信号发射装置执行上述方法中相应的功能。所述发射单元用于支持信号的发射。所述信号发射装置还可以包括存储单元，所述存储单元用于与处理单元和发射单元耦合，其保存信号发射装置必要的程序指令和数据。
一种实施方式中，所述信号发射装置包括：
处理单元，用于根据编码矩阵确定N个脉冲序列；所述编码矩阵为N阶可逆矩阵，且所述编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值；每个脉冲序列对应所述编码矩阵的每一行；所述N为大于或等于2的整数；
发射单元，用于发射所述N个脉冲序列。
另外，该方面中，信号发射装置其他可选的实施方式可参见上述第一方面的相关内容，此处不再详述。
另一种实施方式中，所述信号发射装置包括：
处理单元，用于根据第一序列确定脉冲序列，第一序列是根据递推公式确定的，递推公式为
Figure BDA0003301818210000041
N为质数，n＝1,...,(N+1)/2；
发射单元，用于发射一次或多次所述脉冲序列。
另外，该方面中，信号发射装置其他可选的实施方式可参见上述第三方面的相关内容，此处不再详述。
作为示例，发射单元可以为发射器，存储单元可以为存储器，处理单元可以为处理器。
一种实施方式中，所述信号发射装置包括：
处理器，用于根据编码矩阵确定N个脉冲序列；所述编码矩阵为N阶可逆矩阵，且所述编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值；每个脉冲序列对应所述编码矩阵的每一行；所述N为大于或等于2的整数；
发射器，用于发射所述N个脉冲序列。
另外，该方面中，信号发射装置其他可选的实施方式可参见上述第一方面的相关内容，此处不再详述。
另一种实施方式中，所述信号发射装置包括：
处理器，用于根据第一序列确定脉冲序列，第一序列是根据递推公式确定的，递推公式为
Figure BDA0003301818210000042
N为质数，n＝1,...,(N+1)/2；
发射器，用于发射一次或多次所述脉冲序列。
另外，该方面中，信号发射装置其他可选的实施方式可参见上述第三方面的相关内容，此处不再详述。
另一种实施方式中，该信号发射装置为芯片或芯片系统。所述处理单元也可以体现为处理电路或逻辑电路；所述发射单元可以是该芯片或芯片系统上的输入/输出接口、接口电路、输出电路、输入电路、管脚或相关电路等。
在实现过程中，处理器可用于进行，例如但不限于，基带相关处理，收发器可用于进行，例如但不限于，射频收发。上述器件可以分别设置在彼此独立的芯片上，也可以至少部分的或者全部的设置在同一块芯片上。例如，处理器可以进一步划分为模拟基带处理器和数字基带处理器。其中，模拟基带处理器可以与收发器集成在同一块芯片上，数字基带处理器可以设置在独立的芯片上。随着集成电路技术的不断发展，可以在同一块芯片上集成的器件越来越多。例如，数字基带处理器可以与多种应用处理器(例如但不限于图形处理器，多媒体处理器等)集成在同一块芯片之上。这样的芯片可以称为系统芯片(System on aChip,SoC)。将各个器件独立设置在不同的芯片上，还是整合设置在一个或者多个芯片上，往往取决于产品设计的需要。本申请实施例对上述器件的实现形式不做限定。
第六方面，本申请还提供一种信号处理装置。该信号处理装置具有实现上述第二方面或第四方面所述的部分或全部功能。比如，该信号处理装置的功能可具备本申请中第二面所述的部分或全部实施例中的功能，也可以具备单独实施本申请中的任一个实施例的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的单元或模块。
在一种可能的设计中，该信号处理装置的结构中可包括处理单元和接收单元，所述处理单元被配置为支持信号发射装置执行上述方法中相应的功能。所述接收单元用于支持信号的接收。所述信号处理装置还可以包括存储单元，所述存储单元用于与处理单元和接收单元耦合，其保存信号处理装置必要的程序指令和数据。
一种实施方式中，所述信号处理装置包括：
接收单元，用于接收N个脉冲序列的回波信号；
处理单元，用于根据编码矩阵的逆矩阵，对所述N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号；
所述单脉冲信号是所述N个脉冲序列中的一个脉冲信号；所述编码矩阵为N阶可逆矩阵，且所述编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值；所述N为大于或等于2的整数。
另外，该方面中，信号处理装置其他可选的实施方式可参见上述第二方面的相关内容，此处不再详述。
另一种实施方式中，所述信号处理装置包括：
接收单元，用于接收一个或多个脉冲序列的回波信号；
处理单元，用于根据编码矩阵的逆矩阵，对一个或多个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号。
另外，该方面中，信号处理装置其他可选的实施方式可参见上述第四方面的相关内容，此处不再详述。
作为示例，接收单元可以为接收器，存储单元可以为存储器，处理单元可以为处理器。
一种实施方式中，所述信号发射装置包括：
接收器，用于接收N个脉冲序列的回波信号；
处理器，用于根据编码矩阵的逆矩阵，对所述N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号；
所述单脉冲信号是所述N个脉冲序列中的一个脉冲信号；所述编码矩阵为N阶可逆矩阵，且所述编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值；每个脉冲序列对应所述编码矩阵的每一行；所述N为大于或等于2的整数。
另外，该方面中，信号处理装置其他可选的实施方式可参见上述第二方面的相关内容，此处不再详述。
另一种实施方式中，所述信号发射装置包括：
接收器，用于接收一个或多个脉冲序列的回波信号；
处理器，用于根据编码矩阵的逆矩阵，对一个或多个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号。
另外，该方面中，信号发射装置其他可选的实施方式可参见上述第四方面的相关内容，此处不再详述。
另一种实施方式中，该信号发射装置为芯片或芯片系统。所述处理单元也可以体现为处理电路或逻辑电路；所述接收单元可以是该芯片或芯片系统上的输入/输出接口、接口电路、输出电路、输入电路、管脚或相关电路等。
在实现过程中，处理器可用于进行，例如但不限于，基带相关处理，收发器可用于进行，例如但不限于，射频收发。上述器件可以分别设置在彼此独立的芯片上，也可以至少部分的或者全部的设置在同一块芯片上。例如，处理器可以进一步划分为模拟基带处理器和数字基带处理器。其中，模拟基带处理器可以与收发器集成在同一块芯片上，数字基带处理器可以设置在独立的芯片上。随着集成电路技术的不断发展，可以在同一块芯片上集成的器件越来越多。例如，数字基带处理器可以与多种应用处理器(例如但不限于图形处理器，多媒体处理器等)集成在同一块芯片之上。这样的芯片可以称为系统芯片(System on aChip,SoC)。将各个器件独立设置在不同的芯片上，还是整合设置在一个或者多个芯片上，往往取决于产品设计的需要。本申请实施例对上述器件的实现形式不做限定。
第七方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，该计算机存储介质上存储有计算机程序，当改计算机程序在计算机上运行时，使得该计算机执行如第一方面或第一方面的各种实施方式所述的方法，或者使得该计算机执行如第二方面或第二方面的各种实施方式所述的方法，使得该计算机执行如第三方面或第三方面的各种实施方式所述的方法，使得该计算机执行如第四方面或第四方面的各种实施方式所述的方法。
第八方面，本申请实施例还提供一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机程序，当所述计算机程序在计算机上运行时，使得该计算机执行如第一方面或第一方面的各种实施方式所述的方法，或者使得该计算机执行如第二方面或第二方面的各种实施方式所述的方法，使得该计算机执行如第三方面或第三方面的各种实施方式所述的方法，使得该计算机执行如第四方面或第四方面的各种实施方式所述的方法。
第九方面，本申请实施例提供一种芯片，该芯片包括处理器和接口，所述处理器用于从该接口调用并运行指令，当该处理器执行所述指令时，使得该芯片执行如第一方面或第一方面的各种实施方式所述的方法，或者使得该计算机执行如第二方面或第二方面的各种实施方式所述的方法，使得该计算机执行如第三方面或第三方面的各种实施方式所述的方法，使得该计算机执行如第四方面或第四方面的各种实施方式所述的方法。
第十方面，本申请实施例提供一种激光雷达，该激光雷达包括上述第五方面所述的装置，或者，包括上述第六方面所述的装置。
第十一方面，本申请实施例提供一种终端设备，该终端设备包括上述第五方面所述的装置，或者，包括上述第六方面所述的装置，或者，包括上述第七方面所述的计算机可读存储介质，或者，包括上述第八方面所述的计算机程序产品，或者，包括上述第九方面所述的芯片，或者，包括上述第十方面所述的激光雷达。
附图说明
图1是本申请实施例提供的一种激光雷达测距场景的示意图；
图2是本申请实施例提供的一种激光雷达的结构示意图；
图3是本申请实施例提供的一种应用场景示意图；
图4是本申请实施例提供的另一种应用场景示意图；
图5是本申请实施例提供的一种信号发射方法的流程示意图；
图6是本申请实施例提供的一种脉冲序列示意图；
图7是本申请实施例提供的一种信号处理方法的流程示意图；
图8是本申请实施例提供的一种激光收发装置的结构示意图；
图9是本申请实施例提供的一种巴克码的自相关特性示意图；
图10是本申请实施例提供的另一种信号处理方法的流程示意图；
图11是本申请实施例提供的一种回波信号的示意图；
图12是本申请实施例提供的一种信噪比增益示意图；
图13是本申请实施例提供的一种信号发射装置的结构示意图；
图14是本申请实施例提供的一种信号处理装置的结构示意图；
图15是本申请实施例提供的另一种信号发射装置的结构示意图；
图16是本申请实施例提供的另一种信号处理装置的结构示意图；
图17是本申请实施例提供的一种装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。
首先，为了更好的理解本申请实施例公开的信号发射、处理方法，对本申请实施例适用的激光雷达测距场景进行描述。
一.激光雷达测距场景。
请参见图1，图1为本申请实施例提供的一种激光雷达测距场景100的示意图。该激光雷达测距场景100包括激光雷达101和测量物102。该激光雷达101是激光探测及测距(light laser detection and ranging，LiDAR)的简称，用于对测量物102进行测距。
如图2所示，激光雷达包括驱动电路2011、信号发射器2012、信号接收器2013、控制电路2014。其中，驱动电路2011用于根据编码矩阵/序列产生电信号，且通过接口将电信号发送给信号发射器2012。信号发射器2012用于将电信号转换为光脉冲信号(脉冲序列)，并向测量物102发射该光脉冲信号。信号接收器2013用于接收由测量物102反射回来的光脉冲信号的回波信号，并将该回波信号发送至控制电路2014。控制电路2014用于对接收的回波信号进行解码处理等。
其中，信号发射器为激光器，激光器可为垂直腔表面发光激光器(verticalcavity surface emitting laser，VCSEL)，主振荡器的功率放大器(main oscillatorpower amplifier，MOPA)，等等。信号接收器可为单光子雪崩探测器(single photonavalanche detector，SPAD)等。
本申请实施例中，驱动电路根据编码矩阵产生电信号，并通过接口向信号发射器发送该电信号。信号发射器接收电信号，将电信号转换为N个脉冲序列，并发射N个脉冲序列。信号接收器接收由测量物反射回来的N个脉冲序列的回波信号，并通过接口向控制电路发送N个脉冲序列的回波信号。从而控制电路根据编码矩阵的逆矩阵对N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得N个脉冲序列中的一个单脉冲信号的回波信号。其中，编码矩阵是可逆矩阵，根据编码矩阵的逆矩阵对接收的回波信号进行解码处理时，不是通过互相关运算实现脉冲压缩，而是采用编码矩阵的线性组合运算实现脉冲压缩，从而可避免旁瓣影响。另外，编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，可提升解码处理时的噪声抑制效果，从而提升信噪比，提升激光雷达的长距离测量能力。
本申请实施例中，激光雷达可被设置在无人驾驶汽车、无人飞行器、无人飞行船、医疗器件等终端设备中。
如图3所示，本申请实施例可应用于高级驾驶辅助系统(advanced driverassistance system，ADAS)中，并作为ADAS多个传感器中的一环。本申请实施例还可应用于需要精确测距、精确空间建模等且对器件稳定性、通道隔离度等有很高要求的其他应用场景。例如，如图4所示，本申请实施例可应用于基于机载LiDAR或车载LiDAR的测绘、遥感技术等中。
在第三等级(L3)及其以上水平的ADAS中，对外界环境的高可靠长距离高精度的测量通常通过LiDAR来完成。现阶段的激光雷达利用飞行时间(time of flight，ToF)技术实现精确测距，即激光雷达发射高功率的超短光脉冲，根据光脉冲被物体反射后的回波信号接收时间与发射时间之间的间隔实现测距。ToF技术的测量距离取决于脉冲功率，测距精度取决于脉冲宽度。在受到当前激光器技术以及材料特性的限制，进一步提升脉冲峰值功率并减小脉冲宽度是较难实现的。
为提升信噪比，编码技术也被引入到激光雷达的测距中。例如，激光雷达采用应用巴克码或者随机二进制序列对电信号进行编码，产生编码后的光脉冲信号，并发射该光脉冲信号。但激光雷达采用巴克码或者随机二进制序列进行对应的解码时，为实现脉冲压缩，会对接收的回波信号进行互相关运算，而巴克码或者随机二进制序列的旁瓣影响明显且通常难以抑制。例如，巴克码的旁瓣抑制比为13，且码长仅为13，提升空间有限；随机二进制序列的旁瓣抑制比与码长的平方根成正比，故旁瓣影响明显且难以抑制。因此，激光雷达的长距离测量能力的提升仍受到限制。
本申请实施例提供一种信号发射方法100。该信号发射方法100中，根据编码矩阵确定N个脉冲序列，并发射了该N个脉冲序列。其中，确定N个脉冲序列的编码矩阵为N阶可逆矩阵，有利于后续根据编码矩阵的逆矩阵对回波信号进行解码处理时，避免旁瓣影响。另外，编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，有利于提升解码处理时的噪声抑制效果，提升激光雷达的长距离测量能力。
本申请实施例还提供一种信号处理方法200。该信号处理方法200中，接收N个脉冲序列的回波信号，并根据编码矩阵的逆矩阵对该N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号。其中，单脉冲信号是N个脉冲序列中的一个脉冲信号，N为大于或等于2的整数。对接收的回波信号进行解码处理时采用的编码矩阵是上述S101中的编码矩阵，即该编码矩阵是可逆矩阵，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，从而可避免解码处理时的旁瓣影响，以及提升解码处理时的噪声抑制效果，进而可提升激光雷达的长距离测量能力。
本申请实施例还提供一种信号处理方法300。信号处理方法300中，根据第一序列确定脉冲序列，并发射一次或多次该脉冲序列。接收一个或多个脉冲序列的回波信号，并根据编码矩阵的逆矩阵对一个或多个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号。其中，第一序列是根据递推公式确定的，递推公式为
Figure BDA0003301818210000081
N为质数。单脉冲信号是一个或多个脉冲序列中的一个脉冲信号。编码矩阵为N阶可逆矩阵，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，N为大于或等于2的整数。从而也可避免解码处理时的旁瓣影响，以及提升解码处理时的噪声抑制效果，从而可提升信噪比，提升激光雷达长距离测量的能力。
本申请实施例提供的信号发射方法、信号处理方法可由激光雷达或者激光雷达内部的部件执行，或者，还可由其他发射装置执行。
二.信号发射方法100。
本申请实施例提供一种信号发射方法100。图5是该信号发射方法100的流程示意图。该信号发射方法100包括但不限于以下步骤：
S101.根据编码矩阵确定N个脉冲序列，编码矩阵为N阶可逆矩阵，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，每个脉冲序列对应编码矩阵的每一行，N为大于或等于2的整数。
可理解的，根据编码矩阵产生电信号，再将电信号转换为N个脉冲序列(即光脉冲信号)。
其中，第一预设值为一个预先设定的阈值，且该阈值可根据噪声抑制效果进行设定。比如，第一预设值可为0，0.001，0.01，0.1等，本申请实施例对第一预设值的数值不做限定。从而编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，代表着编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值都趋近于2/(N+1)，有利于提升根据该编码矩阵的逆矩阵对回波信号进行解码处理时的噪声抑制效果，进而有利于提升激光雷达的长距离测量能力。
另外，每个脉冲序列对应编码矩阵的每一行，从而编码矩阵的N行对应N个脉冲序列。编码矩阵的一行中每个元素的绝对值分别是对应的脉冲中每个脉冲信号的幅度值。也就是说，编码矩阵的每行中元素1代表高功率脉冲信号，元素0代表无高功率脉冲信号，一个脉冲序列包括多个脉冲信号。
一种可选的实施方式中，根据编码矩阵确定N个脉冲序列之前，还根据第一矩阵确定N阶编码矩阵。第一矩阵的任意两行之间相互正交，且第一矩阵与第一矩阵的转置之间的乘积为单位矩阵。第一矩阵为N+1阶哈达玛矩阵。
可理解的，根据第一矩阵确定N阶编码矩阵，包括：删除第一矩阵的第一行和第一列，获得第二矩阵，再以0代替第二矩阵中的元素1，以1替代第二矩阵中的元素-1，获得N阶编码矩阵。根据第一矩阵和该规则获得的编码矩阵具有可逆性，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值。
例如，第一矩阵为4阶的哈达玛矩阵H：
Figure BDA0003301818210000091
删除哈达玛矩阵H的第一行和第一列，获得的第二矩阵H'为：
Figure BDA0003301818210000092
再以0代替第二矩阵H'中的元素1，以1代替第二矩阵H'中的元素-1，获得编码矩阵C为：
Figure BDA0003301818210000093
那么，编码矩阵C的可逆矩阵为C'为：
Figure BDA0003301818210000094
可见编码矩阵C为可逆矩阵，且编码矩阵C的可逆矩阵C'中每个元素的绝对值均等于2/(N+1)，即0.5，即可逆矩阵的C'中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，第一预设值为0。
可理解的，编码矩阵的可逆性有利于后续根据该编码矩阵的逆矩阵进行解码处理时，避免旁瓣影响；编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，有利于编码矩阵后续根据该编码矩阵的逆矩阵进行解码处理时，提升解码处理时的噪声抑制效果，从而有利于提升信噪比，提升激光雷达的长距离测量能力。
S102.发射N个脉冲序列。
可理解的，编码矩阵的一个元素对应一个时间窗，该时间窗用于发送该元素对应的脉冲信号。即依次在编码矩阵的每行中每个元素对应的时间窗内发射该元素对应的脉冲信号。由于编码矩阵的每行中元素1代表高功率脉冲信号，元素0代表无高功率脉冲信号，从而依次在编码矩阵的每行元素1对应的时间窗内发射高功率脉冲信号，以实现对N个脉冲序列的发射。
例如，图6为根据公式(3)的编码矩阵确定的脉冲序列。可见，编码矩阵的3行对应了三个脉冲序列(脉冲序列1-脉冲序列3)。每行的元素1代表高功率脉冲信号，元素0代表无高功率脉冲信号。因此每个脉冲序列包括了2个高功率脉冲信号和1个无高功率脉冲信号。矩阵的每行对应三个时间窗，该三个时间窗用于传输一个脉冲序列。从而依次在编码矩阵每行中的元素1对应的时间窗内发送高功率脉冲信号，而在每行中的元素0对应的时间窗内不发送高功率脉冲信号。
一种可选的实施方式中，每个脉冲信号的宽度是相同的，即每个高功率脉冲信号和每个无高功率脉冲信号的占空比均是相同的。每个脉冲序列中包括的脉冲信号之间的间隔也是相同的，即每个脉冲信号之间的间隔是相同的。本申请实施例不限定每个脉冲信号间的间隔值。可选的，为考虑到盲区、往返时间以及激光器性能等因素，可将各脉冲信号间的间隔设置得尽可能短，例如设置各脉冲间的间隔为0等。
一种可选的实施方式中，第一脉冲序列中的最后一个脉冲信号对应的时间窗的结束时间与第二脉冲序列中的第一个脉冲信号对应的时间窗的起始时间之间的时间间隔，等于或大于最大往返时间。第一脉冲序列与第二脉冲序列分别是编码矩阵中相邻两行对应的脉冲序列。最大往返时间是一个脉冲信号到测量物之间往返时间的最大值，该脉冲信号是高功率脉冲信号。从而，信号发射器每发射两个脉冲序列的时间间隔等于或大于一个高功率脉冲信号到测量物之间往返时间的最大值。
例如，激光雷达根据该编码矩阵产生的脉冲波形如上述图6所示。那么激光雷达在编码矩阵的第一行中第二个元素1对应的时间窗内发射完高功率脉冲信号之后，间隔等于或大于一个高功率脉冲信号到测量物之间往返时间最大值时，在编码矩阵的第二行的元素0对应的时间窗内不发射高功率脉冲信号，依次在第二行的两个元素1对应的两时间窗内发射两个高功率脉冲信号，然后再间隔等于或大于一个高功率脉冲信号到测量物之间往返时间的最大值时，依次在编码矩阵的第三行中两个元素1对应的两个时间窗内发射两个高功率脉冲信号，以及不在第三行的元素0对应的时间窗内发射高功率脉冲信号。
本申请实施例中，根据编码矩阵确定并发射了N个脉冲序列。编码矩阵的可逆性有利于根据编码矩阵的逆矩阵对回波信号进行解码处理时，不是通过互相关运算实现脉冲压缩，而是采用线性组合运算实现脉冲压缩，从而可避免旁瓣影响，提升激光雷达的长距离测量能力。另外，编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，还有利于提升解码处理时的噪声抑制效果，从而提升信噪比，提升激光雷达的长距离测量能力。
三.信号处理方法200。
本申请实施例还提供了一种信号处理方法2。图7是该信号处理方法200的流程示意图。该信号处理方法200包括但不限于以下步骤：
S201.接收N个脉冲序列的回波信号，N为大于或等于2的整数。
可理解的，一个回波信号是被测量物反射回的一个脉冲序列的回波信号。上述S102中，发射了N个脉冲序列，因此接收N个脉冲序列的回波信号。
S202.根据编码矩阵的逆矩阵，对N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，编码矩阵为N阶可逆矩阵，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值。
可理解的，编码矩阵是上述S101中确定的编码矩阵，即编码矩阵为N阶可逆矩阵，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值。
一种可选的实施方式中，根据编码矩阵的逆矩阵，对回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，包括：根据编码矩阵的逆矩阵和N个脉冲序列的回波信号，确定N个单脉冲信号的回波信号；对N个单脉冲信号的回波信号进行时延修正，并确定N个时延修正后的回波信号的均值。
例如，激光雷达发射的脉冲信号的波形如上述图6所示，假定单个脉冲信号的回波信号为x(t)，单个脉冲信号的时延为τ，则三个脉冲序列的回波信号为：
Figure BDA0003301818210000111
其中，ni(t)表示第i个回波信号的噪声。因此激光雷达可根据编码矩阵的逆矩阵和N个脉冲序列的回波信号，确定N个单脉冲信号的回波信号为：
Figure BDA0003301818210000112
其中，xi(t)是具有噪声的单脉冲信号的回波信号。激光雷达将三个单脉冲信号的回波信号进行时延修改，获得三个时延修正后的单脉冲信号的回波信号为x1(t)、x2(t)、x3(t)，然后计算x1(t)、x2(t)、x3(t)的平均值，得到：
Figure BDA0003301818210000113
可见，根据编码矩阵的逆矩阵对N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得了单个脉冲信号的回波信号。
根据公式(7)可计算获得，采用本申请实施例的算法进行编码和解码处理时，信号噪声标准差降至对脉冲信号进行编码前的1/2。而信号发射器发射三个单脉冲信号，解码时对三个单脉冲信号进行三次平均时，噪声标准差降至对脉冲信号进行编码前的
Figure BDA0003301818210000114
从而采用本申请实施例时，信噪比增益约为1.155。
本申请实施例中，采用编码矩阵进行编码，并根据编码矩阵的逆矩阵对回波信号解码后，若不对单脉冲信号的回波信号进行平均，则其信号功率增加了N倍，噪声功率增加了(2N)/(N+1)倍。此时，信噪比的增益为(N+1)/2。而采用N发脉冲信号累积发射时，其信号功率同样增加了N倍，但噪声功率增加了
Figure BDA0003301818210000115
倍，故信噪比的增益为
Figure BDA0003301818210000116
倍。因此，本申请实施例采用矩阵编码方式代替多发脉冲信号累计发射的方案，可以将信噪比提升约
Figure BDA0003301818210000117
例如，若N等于11，则采用编码矩阵方案发射多个脉冲信号时的信噪比增益为6，而采用多发脉冲信号累计发送时的信噪比增益为3.32。那么，在同样的测量时间内，采用编码矩阵编码发射多个脉冲信号的方式能获得更高的SNR增益。
本申请实施例中，根据编码矩阵的逆矩阵对N个脉冲序列的回波信号进行解码处理。编码矩阵的可逆性使得控制器根据编码矩阵的逆矩阵对回波信号进行解码处理时，不是通过互相关运算实现脉冲压缩，而是采用编码矩阵的线性组合运算实现脉冲压缩，从而可避免旁瓣影响，提升激光雷达的长距离测量能力。另外，编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，可提升解码处理时的噪声抑制效果，从而提升信噪比，提升激光雷达的长距离测量能力。
图8为采用脉冲编码进行测距时的一种脉冲编码的激光收发装置。该脉冲编码的激光收发装置包括编码单元、激光脉冲发射单元、激光脉冲接收单元。该脉冲编码的激光收发装置中，一个基于多个充电单元的编码单元被用于产生具有大电流的电脉冲编码序列，且该电脉冲编码序列被送入激光发射装置中。从而激光脉冲发射单元产生并发射编码光脉冲序列。激光脉冲接收单元接收被反射回的回波信号，且回波信号被数据处理单元进行相应分析。
该方案中，发射少数几个光脉冲信号，且未实现有效叠加，故信噪比较低。本申请实施例则发射的是较长的脉冲序列，且在解码处理时对不同脉冲信号的回波信号进行有效叠加，因此可有效提升信噪比。另外，该方案中发射的是不具备良好自相关特性的脉冲序列，易受旁瓣影响。而本申请实施例，是根据可逆的编码矩阵确定发射的脉冲序列，且是根据该编码矩阵的可逆矩阵对回波信号进行解码处理的，可不受旁瓣影响。
图9为巴克码自相关特性示意图。如图9所示，巴克码的自相关运算后的旁瓣抑制比为13，且巴克码的码长为固定，且为13，那么激光雷达采用巴克码进行脉冲编码时，其信噪比的提升有限。而本申请实施例是采用可逆的编码矩阵对回波信号进行解码处理，从而无需对回波信号进行互相关运算，可避免旁瓣影响，提升信噪比。
与采用图8和图9对应的编码方法和解码方法相比，采用本申请实施例中的编码方法和解码方法时，可避免旁瓣影响，其动态性和鲁棒性均不会受到干扰，因此可提升信噪比，从而提升激光雷达的长距离测量能力。
本申请实施例根据具有特殊性质的编码矩阵确定了脉冲序列，并发射了脉冲序列中包括的多个脉冲信号，与在同样的测量时间内只发射一个脉冲信号相比，可提升发射的脉冲数量，进而可提升信噪比增益。另外，相比于多发累积发射脉冲信号的方案，本申请实施例根据编码矩阵发射多个脉冲信号的方式，将原发射的高功率窄脉冲变为了窄脉冲，可有效降低对峰值功率的需求。
四.信号处理方法300。
本申请实施例还提供了一种信号处理方法300，图10是该信号处理方法300的流程示意图。该信号处理方法300包括但不限于以下步骤：
S301.根据第一序列确定脉冲序列，第一序列是根据递推公式确定的，递推公式为
Figure BDA0003301818210000121
N为质数。
可理解的，可根据发射的脉冲信号数量，确定N的取值。
一种可选的实施方式中，激光雷达中的驱动器根据第一序列产生电信号，并通过接口向激光雷达中的信号发射器发送该电信号。信号发射器将电信号转换为脉冲序列(光信号)。
可理解的，根据上述递推公式确定(N+1)/2个数值{un}，n＝1,...,(N+1)/2，然后将长度为N的全零序列中第{un}个值设置为1，获得长度为N的第一序列。
例如，确定N为7，则根据上述递推公式确定出un＝{0,1,3,6}，那么将长度为7的全零序列中第{un}个值设置为1，获得第一序列为：{1,1,0,1,0,0,1}。
S302.发射一次或多次该脉冲序列。
一种可选的实施方式中，激光雷达中的信号发射器发射一次或多次脉冲序列。
第一序列中每个元素的绝对值分别是脉冲序列中每个脉冲信号的幅度值，一个元素对应一个时间窗，该时间窗用于发送该元素对应的脉冲信号。
可见，在第一序列的元素1对应的时间窗内发射了高功率脉冲信号，在第一序列的元素0对应的时间窗内发射了低功率脉冲信号，即在第一序列的元素0对应的时间窗内没有发射高功率脉冲信号。
一种可选的实施方式中，发射多次第一序列对应的脉冲序列时，第一脉冲序列中的最后一个脉冲信号对应的时间窗的结束时间与第二脉冲序列中的第一个脉冲信号对应的时间窗的起始时间之间的时间间隔，等于或大于最大往返时间。第一脉冲序列与第二脉冲序列是相邻两次发射的脉冲序列。最大往返时间是一个脉冲信号到测量物之间的往返时间的最大值。
可见，相邻两次发射的脉冲序列的时间间隔等于或大于一个脉冲信号到测量物之间往返时间的最大值。
另外，假设一个脉冲序列中两相邻脉冲信号间的时间间隔为脉冲重复周期，记为T。可理解的，本申请实施例中，脉冲信号被均匀发射，该时间间隔指的是一个脉冲信号的前沿到相邻脉冲信号的前沿、一个脉冲信号的峰值到相邻脉冲信号的峰值，或一个脉冲信号的后沿到相邻脉冲信号的后沿，而非一个脉冲信号的前沿到相邻脉冲信号的后沿。一个高功率脉冲信号达到最大测量距离并原路返回的过程所需要的时间为最大飞行时间，并记为τ。假定一个脉冲序列的码长为N，则重复发送第一序列对应的脉冲序列的最小周期为N*T。
例如，第一序列为{1,1,0}，假设设计的最大测量距离为300米，则脉冲最大飞行时间为2us。脉冲序列的长度为3，因此每两个相邻脉冲信号之间的时间间隔为0.6667us。该脉冲序列中的脉冲信号的发射时序及响应的回波信号如图11所示。
S303.接收一个或多个脉冲序列的回波信号。
一种可选的实施方式中，激光雷达中的信号接收器接收一个或多个脉冲序列的回波信号。上述激光雷达发射了一次脉冲序列时，激光雷达接收一个脉冲序列的回波信号；上述激光雷达发射了多次脉冲序列时，激光雷达接收多个脉冲序列的回波信号。
可选的，通过接口向控制电路发送该一个或多个脉冲序列的回波信号。
S304.根据编码矩阵的逆矩阵对一个或多个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，单脉冲信号是一个或多个脉冲序列中的一个脉冲信号，编码矩阵为N阶可逆矩阵，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，N为大于或等于2的整数。
一种可选的实施方式中，激光雷达中的控制电路根据编码矩阵的逆矩阵对一个或多个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号。
一种可选的实施方式中，编码矩阵是根据上述S401中的第一序列确定的。可理解的，将第一序列依次向右循环移位1至(N-1)次，获得(N-1)个第二序列，再将第一序列和(N-1)个第二序列组合，获得N阶编码矩阵。
例如，如上述S301所述，第一序列为：{1,1,0,1,0,0,1}。那么根据第一序列获得的编码矩阵C和编码矩阵C的可逆矩阵为C'为：
Figure BDA0003301818210000141
Figure BDA0003301818210000142
可见，根据上述第一序列确定的编码矩阵C为可逆矩阵，且可逆矩阵的C'中每个元素的绝对值均等于2/(7+1)，即0.25。此时可逆矩阵的C'中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值，第一预设值为0。
一种可选的实施方式中，接收的回波信号是一个脉冲序列的回波信号时，对一个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，包括：将回波信号划分为N等分的回波信号；根据N等分的回波信号和编码矩阵的逆矩阵，确定N个单脉冲信号的回波信号。
另一种可选的实施方式中，接收的回波信号是N个脉冲序列的回波信号时，发射的脉冲序列具有周期性，那么接收的回波信号也具有周期性。因此可根据周期性，从回波信号中待测的回波信号。从而根据编码矩阵的逆矩阵，对多个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，包括：根据多个回波信号，确定多个回波信号的均值；将多个回波信号的均值划分为N等分的回波信号；根据N等分的回波信号和所述编码矩阵的逆矩阵，确定N个单脉冲信号的回波信号。
也就是说，计算出N个回波信号的均值，并将该均值划分为N等分，然后根据编码矩阵的逆矩阵和该N等分，确定N个单脉冲信号的回波信号。
例如，激光雷达发射了k次第一序列对应的脉冲序列，那么激光雷达接收了k个回波信号。激光雷达计算k个回波信号的均值为x(t)，然后将x(t)划分为N段，则每段的表达式为：
xk(t)＝x(t-Δl*k),t∈[Δl*(k-1),Δl*k] (10)
假设激光雷达接收到的循环序列的回波信号为y(t)，并将y(t)分为N端，那么每段的表达式为：
yk(t)＝y(t-Δl*k),t∈[Δl*(k-1),Δl*k] (11)
那么yk(t)是由xk(t)循环延时叠加得到的，即：
Figure BDA0003301818210000143
其中，Code代表编码矩阵，nk(t)代表分段的噪声。从而激光雷达根据编码矩阵的逆矩阵和N个分段的回波信号，确定N个单脉冲信号为：
Figure BDA0003301818210000151
可见，确定的单脉冲信号是带噪声的单脉冲信号。另外，采用该方式解码时，系统的噪声也得到了抑制，且抑制效率和上述信号处理方法200中的相同。然而，上述信号处理方法200中，需要存储N组回波信号，而该方式中仅需要存储一组回波信号，并通过对该组回波信号进行线性运算以实现解调，从而可降低芯片存储成本。
此外，在上述信号处理方法200中，假设单个回波信号的采样点数为M，则存储空间需求为M*N，运算复杂度为N*N*M，其资源消耗过高，不利于芯片的实现。例如，若单个回波信号的采样点频率为400MHz，对回波信号的测量时间为2us，则M＝800，假定采用11位编码，则单通道缓存控总监用量约为10kb，乘加运算次数约为100k次，单通道算力需求达到5Gop/s。该信号处理方法400中，采用第一序列代替编码矩阵，将存储空间需求降低为M，运算复杂度则降低为N*N，因此可有效降低芯片的计算复杂度、存储空间，以及功耗。
图12提供了采用该方法进行编码和解码时，N为不同质数和合数时，不同码长对应的信噪比增益。可见，当N为质数时，可以得到较为稳定的信噪比增益；当码长为11时，信噪比增益达到1.8以上；当码长为19时，信噪比增益达到2.2。然而，当N为合数时，几乎无法获得较为稳定的信噪比收益。
本申请实施例中，根据第一序列确定脉冲序列，并发射一次或多次该脉冲序列，再根据编码矩阵的逆矩阵对接收的一个或多个回波信号进行解码处理。编码矩阵的可逆性可避免旁瓣影响，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值都趋近于相等，因此可提升解码处理时的噪声抑制效果，从而可提升信噪比，提升激光雷达的长距离测量能力。
五.装置。
为了实现上述本申请实施例提供的方法中的各功能，激光雷达可以包括硬件结构和/或软件模块，以硬件结构、软件模块、或硬件结构加软件模块的形式来实现上述各功能。上述各功能中的某个功能以硬件结构、软件模块、还是硬件结构加软件模块的方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。
如图13所示，本申请实施例提供了一种信号发射装置1300。该信号发射装置1300可以是激光雷达的部件(例如，集成电路，芯片等等)。该信号发射装置1300可以包括：处理单元1301和发射单元1302。可选的，还可以包括存储单元1303。
在一种可能的设计中，如图13中的一个或者多个单元可能由一个或者多个处理器来实现，或者由一个或者多个处理器和存储器来实现；或者由一个或多个处理器和发射器实现；或者由一个或者多个处理器、存储器和发射器实现，本申请实施例对此不作限定。所述处理器、存储器、发射器可以单独设置，也可以集成。
所述信号发射装置1300具备实现本申请实施例描述上述信号发射方法中的功能。比如，所述信号发射装置1300包括驱动电路和信号发射器执行本申请实施例描述步骤所对应的模块或单元或手段(means)，所述功能或单元或手段(means)可以通过软件实现，或者通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现，还可以通过软件和硬件结合的方式实现。详细可进一步参考前述对应方法实施例中的相应描述。
一种可能的设计中，信号发射装置1300包括：
处理单元1301，用于根据编码矩阵确定N个脉冲序列；所述编码矩阵为N阶可逆矩阵，且所述编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值；每个脉冲序列对应所述编码矩阵的每一行；所述N为大于或等于2的整数；
发射单元1302，用于发射所述N个脉冲序列。
一种可选的实施方式中，所述处理单元1301根据编码矩阵确定N个脉冲序列之前，还用于：删除第一矩阵的第一行和第一列，获得第二矩阵；所述第一矩阵的任意两行之间相互正交，且所述第一矩阵与所述第一矩阵的转置之间的乘积为单位矩阵；所述第一矩阵为(N+1)阶哈达玛矩阵；以0代替所述第二矩阵中的元素1，以1代替所述第二矩阵中的元素-1，获得编码矩阵。
一种可选的实施方式中，所述编码矩阵的一行中每个元素的绝对值分别是对应的脉冲序列中每个脉冲信号的幅度值，一个元素对应一个时间窗，该时间窗用于发送该元素对应的脉冲信号。
一种可选的实施方式中，第一脉冲序列中的最后一个脉冲信号对应的时间窗的结束时间与第二脉冲序列中的第一个脉冲信号对应的时间窗的起始时间之间的时间间隔，等于或大于最大往返时间；所述第一脉冲序列与所述第二脉冲序列分别是所述编码矩阵中相邻两行对应的脉冲序列，所述最大往返时间是一个脉冲信号到测量物之间往返时间的最大值。
另一种可能的设计中，信号发射装置1300包括：
处理单元1301，用于根据第一序列确定脉冲序列。其中，第一序列是根据递推公式确定的，递推公式为
Figure BDA0003301818210000161
N为质数；
发射单元1302，用于发射一次或多次该脉冲序列。
一种可选的实施方式中，处理单元1301还用于根据递推公式确定(N+1)/2个数值{un}，再将长度为N的全零序列中第{un}个值设置为1，获得长度为N的第一序列。
一种可选的实施方式中，第一序列中每个元素的绝对值分别是脉冲序列中每个脉冲信号的幅度值，一个元素对应一个时间窗，该时间窗用于发送该元素对应的脉冲信号。
一种可选的实施方式中，发射多次第一序列对应的脉冲序列时，第一脉冲序列中的最后一个脉冲信号对应的时间窗的结束时间与第二脉冲序列中的第一个脉冲信号对应的时间窗的起始时间之间的时间间隔，等于或大于最大往返时间。第一脉冲序列与第二脉冲序列是相邻两次发射的脉冲序列。最大往返时间是一个脉冲信号到测量物之间的往返时间的最大值。
本申请实施例和上述所示方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果也相同，具体原理请参照上述所示实施例的描述，不再赘述。
如图14所示，本申请实施例提供了一种信号处理装置1400。该信号处理装置1400可以是激光雷达的部件(例如，集成电路，芯片等等)。该信号处理装置1400可以包括：处理单元1401和接收单元1402。可选的，还可以包括存储单元1403。
在一种可能的设计中，如图14中的一个或者多个单元可能由一个或者多个处理器来实现，或者由一个或者多个处理器和存储器来实现；或者由一个或多个处理器和发射器实现；或者由一个或者多个处理器、存储器和发射器实现，本申请实施例对此不作限定。所述处理器、存储器、发射器可以单独设置，也可以集成。
所述信号处理装置1400具备实现本申请实施例描述上述信号处理方法中的功能。比如，所述信号处理装置1400包括信号接收器和控制电路执行本申请实施例描述步骤所对应的模块或单元或手段(means)，所述功能或单元或手段(means)可以通过软件实现，或者通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现，还可以通过软件和硬件结合的方式实现。详细可进一步参考前述对应方法实施例中的相应描述。
一种可能的设计中，信号处理装置1400包括：
接收单元1402，用于接收N个脉冲序列的回波信号；
处理单元1401，用于根据编码矩阵的逆矩阵，对所述N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号；
所述单脉冲信号是所述N个脉冲序列中的一个脉冲信号；所述编码矩阵为N阶可逆矩阵，且所述编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值；所述N为大于或等于2的整数。
一种可选的实施方式中，所述处理单元1401根据编码矩阵的逆矩阵，对所述N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，具体用于：根据所述编码矩阵的逆矩阵和所述N个脉冲序列的回波信号，确定N个单脉冲信号的回波信号；对所述N个单脉冲信号的回波信号进行时延修正，并确定N个时延修正后的回波信号的均值。
另一种可能的设计中，信号处理装置1400包括：
接收单元1402，用于接收一个或多个脉冲序列的回波信号；
处理单元1401，用于根据编码矩阵的逆矩阵，对一个或多个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，
其中，单脉冲信号是一个或多个脉冲序列中的一个脉冲信号。编码矩阵为N阶可逆矩阵，且编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值。N为大于或等于2的整数。
一种可选的实施方式中，处理单元1401还用于将第一序列依次向右循环移位1至(N-1)次，获得(N-1)个第二序列，再将第一序列和(N-1)个第二序列组合，获得N阶编码矩阵。其中，第一序列是根据递推公式获得的，递推公式为
Figure BDA0003301818210000171
N为质数，n＝1,...,(N+1)/2。
一种可选的实施方式中，处理单元1401根据编码矩阵的逆矩阵，对一个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，具体用于：将回波信号划分为N等分的回波信号；根据N等分的回波信号和编码矩阵的逆矩阵，确定N个单脉冲信号的回波信号。
另一种可选的实施方式中，处理单元1401根据编码矩阵的逆矩阵，对多个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，具体用于：根据多个回波信号，确定多个回波信号的均值；将多个回波信号的均值划分为N等分的回波信号；根据N等分的回波信号和所述编码矩阵的逆矩阵，确定N个单脉冲信号的回波信号。
本申请实施例和上述所示方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果也相同，具体原理请参照上述所示实施例的描述，不再赘述。
图15为本申请实施例提供的信号发射装置1300的另一种可能的结构示意图。该信号发射装置1500可以包括至少一个处理器1501和发射器1502。其功能可分别与图13所展示的处理单元1301和发射单元1302的具体功能相对应，此处不再赘述。可选的，信号发射装置1500还可以包含存储器1503，用于存储程序指令和/或数据，以供处理器1501读取。
图16为本申请实施例提供的信号处理装置1400的另一种可能的结构示意图。该信号处理装置1600可以包括至少一个处理器1601和接收器1602。其功能可分别与图14所展示的处理单元1401和接收单元1402的具体功能相对应，此处不再赘述。可选的，信号处理装置1600还可以包含存储器1603，用于存储程序指令和/或数据，以供处理器1601读取。
图17为本申请实施例提供的一种装置1700的结构示意图。图17所示的装置1700可以是信号发射装置本身，或者可以是能够完成信号发射装置的功能的芯片或电路，例如该芯片或电路可以设置在信号发射装置中。图17所示的装置1700可以包括至少一个处理器1701(例如处理模块可以通过处理器1701实现)和接口电路1702。该处理器1701实现本申请实施例所提供的方法中所涉及的步骤。可选的，装置1700还可以包括存储器1703，存储器1703可用于存储指令。处理器1701通过执行存储器1703所存储的指令，使得装置1700实现上述实施例所提供的方法中的步骤。
进一步的，处理器1701、接口电路1702和存储器1703之间可以通过内部连接通路互相通信，传递控制和/或数据信号。存储器1703用于存储计算机程序，处理器1701可以从存储器1703中调用并运行计算机程序，以控制接口电路1702接收信号或发送信号，或者所述处理器1701通过接口电路1702从存储器1703中调用并运行计算机程序，以完成图本申请实施例所提供的方法中信号发射装置或信号处理装置执行的步骤。存储器1703可以集成在处理器1701中，也可以与处理器1701分开设置。
可选地，若装置1700为设备，接口电路1702可以包括接收器和发送器。其中，接收器和发送器可以为相同的部件，或者为不同的部件。接收器和发送器为相同的部件时，可以将该部件称为收发器。
可选地，若装置1700为芯片或电路，则接口电路1702可以包括输入接口和输出接口，输入接口和输出接口可以是相同的接口，或者可以分别是不同的接口。
可选地，若装置1700为芯片或电路，装置1700也可以不包括存储器1703，处理器1701可以读取该芯片或电路外部的存储器中的指令(程序或代码)以实现本申请实施例所提供的方法中信号发射装置或信号处理装置执行的步骤。
可选地，若装置1700为芯片或电路，则装置1700可以包括电阻、电容或其他相应的功能部件，处理器1701或接口电路1702可以通过相应的功能部件实现。
作为一种实现方式，接口电路1702的功能可以考虑通过收发电路或收发的专用芯片实现。处理器1701可以考虑通过专用处理芯片、处理电路、处理器或通用芯片实现。
作为另一种实现方式，可以考虑使用通用计算机的方式来实现本申请实施例提供的第一装置。即，将实现处理器1701、接口电路1702的功能的程序代码存储在存储器1703中，处理器1701通过执行存储器1703存储的程序代码来实现处理器1701、接口电路1702的功能。
其中，以上列举的装置1700中各模块或单元的功能和动作仅为示例性说明，装置1700中各功能单元可用于执行本申请实施例中信号发射装置或信号处理装置所执行的各动作或处理过程。这里为了避免赘述，省略其详细说明。
本申请实施例还提供一种激光雷达，用于为测量物提供测距功能。其包含至少一个本申请上述实施例提到的信号发射装置和信号处理装置，该激光雷达内的信号发射装置和信号处理装置可以集成为一个整机或设备，或者该激光雷达内的信号发射装置和信号处理装置也可以独立设置为元件或装置。
本申请实施例还提供一种终端设备，该终端设备可以是无人驾驶汽车、无人飞行器、无人飞行船、医疗器件等终端设备。该终端设备包括上述信号发射装置1300，或者包括上述信号处理装置1400，或者包括上述信号发射装置1500，或者包括上述信号处理装置1600，或者包括上述装置1700，或者包括上述激光雷达。
再一种可选的方式，当使用软件实现信号发射装置或信号处理装置时，可以全部或部分地以计算机程序产品的形式实现。所述计算机程序产品包括一个或多个计算机指令。在计算机上加载和执行所述计算机程序指令时，全部或部分地实现本申请实施例所述的流程或功能。所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络、或者其他可编程装置。所述计算机指令可以存储在计算机可读存储介质中，或者从一个计算机可读存储介质向另一个计算机可读存储介质传输，例如，所述计算机指令可以从一个网站站点、计算机、服务器或数据中心通过有线(例如同轴电缆、光纤、数字用户线(digital subscriberline，DSL))或无线(例如红外、无线、微波等)方式向另一个网站站点、计算机、服务器或数据中心进行传输。所述计算机可读存储介质可以是计算机能够存取的任何可用介质或者是包含一个或多个可用介质集成的服务器、数据中心等数据存储设备。所述可用介质可以是磁性介质，(例如软盘、硬盘、磁带)、光介质(例如DVD)、或者半导体介质(例如固态硬盘(solid state disk，SSD))等。
需要说明的是，用于执行本申请实施例提供的通信方法的上述信号发射装置或信号处理装置中所包含的处理器可以为一个或者多个处理器，所述一个或多个处理器可以是中央处理器(central processing unit，CPU)、通用处理器、数字信号处理器(digitalsignal processor，DSP)、专用集成电路(application-specific 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、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理器也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。或者，如果第一探测装置是处理装置，那么处理装置可以是CPU、通用处理器、DSP、ASIC，FPGA或者其他可编程逻辑器件、晶体管逻辑器件，硬件部件或者其任意组合。其可以实现或执行结合本申请公开内容所描述的各种示例性的逻辑方框，模块和电路。所述处理装置也可以是实现计算功能的组合，例如包含一个或多个微处理器组合，DSP和微处理器的组合等等。
结合本申请实施例所描述的方法或者算法的步骤可以硬件的方式来实现，也可以是由处理器执行软件指令的方式来实现。软件指令可以由相应的软件模块组成，软件模块可以被存放于随机存取存储器(random access memory，RAM)、闪存、只读存储器(read-only memory，ROM)存储器、可擦除可编程只读存储器(erasable programmable read-onlymemory，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically erasable programmableread-only memory，EEPROM)、寄存器、硬盘、移动硬盘、只读光盘(compact disc read-onlymemory，CD-ROM)或者本领域熟知的任何其它形式的存储介质中。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于第一装置中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于第一探测装置中。
可以理解的是，图13至图17仅仅示出了信号发射装置/信号处理装置的简化设计。在实际应用中，信号发射装置/信号处理装置可以包含任意数量的发射器，接收器，处理器，控制器，存储器以及其他可能存在的元件。
通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块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模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，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式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个装置，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信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是一个物理单元或多个物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个不同地方。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个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。
所述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，可以存储在一个可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个设备(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，仅为本申请实施例的具体实施方式，但本申请实施例的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请实施例的保护范围之内。因此，本申请实施例的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (18)

1.一种信号发射方法，其特征在于，所述方法包括：
根据编码矩阵确定N个脉冲序列；所述编码矩阵为N阶可逆矩阵，且所述编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值；每个脉冲序列对应所述编码矩阵的每一行；所述N为大于或等于2的整数；
发射所述N个脉冲序列。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据编码矩阵确定N个脉冲序列之前，还包括：
删除第一矩阵的第一行和第一列，获得第二矩阵；所述第一矩阵的任意两行之间相互正交，且所述第一矩阵与所述第一矩阵的转置之间的乘积为单位矩阵；所述第一矩阵为N+1阶哈达玛矩阵；
以0代替所述第二矩阵中的元素1，以1代替所述第二矩阵中的元素-1，获得编码矩阵。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，
所述编码矩阵的一行中每个元素的绝对值分别是对应的脉冲序列中每个脉冲信号的幅度值，一个元素对应一个时间窗，该时间窗用于发送该元素对应的脉冲信号。
4.根据权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，
第一脉冲序列中的最后一个脉冲信号对应的时间窗的结束时间与第二脉冲序列中的第一个脉冲信号对应的时间窗的起始时间之间的时间间隔，等于或大于最大往返时间；
所述第一脉冲序列与所述第二脉冲序列分别是所述编码矩阵中相邻两行对应的脉冲序列，所述最大往返时间是一个脉冲信号到测量物之间往返时间的最大值。
5.一种信号处理方法，其特征在于，所述方法包括：
接收N个脉冲序列的回波信号；
根据编码矩阵的逆矩阵，对所述N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号；
所述单脉冲信号是所述N个脉冲序列中的一个脉冲信号；所述编码矩阵为N阶可逆矩阵，且所述编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值；所述N为大于或等于2的整数。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据编码矩阵的逆矩阵，对所述N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，包括：
根据所述编码矩阵的逆矩阵和所述N个脉冲序列的回波信号，确定N个单脉冲信号的回波信号；
对所述N个单脉冲信号的回波信号进行时延修正，并确定N个时延修正后的回波信号的均值。
7.一种信号发射装置，其特征在于，所述装置包括：
处理单元，用于根据编码矩阵确定N个脉冲序列；所述编码矩阵为N阶可逆矩阵，且所述编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值；每个脉冲序列对应所述编码矩阵的每一行；所述N为大于或等于2的整数；
发射单元，用于发射所述N个脉冲序列。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述处理单元根据编码矩阵确定N个脉冲序列之前，还用于：
删除第一矩阵的第一行和第一列，获得第二矩阵；所述第一矩阵的任意两行之间相互正交，且所述第一矩阵与所述第一矩阵的转置之间的乘积为单位矩阵；所述第一矩阵为N+1阶哈达玛矩阵；
以0代替所述第二矩阵中的元素1，以1代替所述第二矩阵中的元素-1，获得编码矩阵。
9.根据权利要求7或8所述的装置，其特征在于，所述编码矩阵的一行中每个元素的绝对值分别是对应的脉冲序列中每个脉冲信号的幅度值，一个元素对应一个时间窗，该时间窗用于发送该元素对应的脉冲信号。
10.根据权利要求7至9任一项所述的装置，其特征在于，
第一脉冲序列中的最后一个脉冲信号对应的时间窗的结束时间与第二脉冲序列中的第一个脉冲信号对应的时间窗的起始时间之间的时间间隔，等于或大于最大往返时间；
所述第一脉冲序列与所述第二脉冲序列分别是所述编码矩阵中相邻两行对应的脉冲序列，所述最大往返时间是一个脉冲信号到测量物之间往返时间的最大值。
11.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：
接收单元，用于接收N个脉冲序列的回波信号；
处理单元，用于根据编码矩阵的逆矩阵，对所述N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号；
所述单脉冲信号是所述N个脉冲序列中的一个脉冲信号；所述编码矩阵为N阶可逆矩阵，且所述编码矩阵的逆矩阵中每个元素的绝对值与2/(N+1)的差值小于第一预设值；所述N为大于或等于2的整数。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述处理单元根据编码矩阵的逆矩阵，对所述N个脉冲序列的回波信号进行解码处理，获得单脉冲信号的回波信号，具体用于：
根据所述编码矩阵的逆矩阵和所述N个脉冲序列的回波信号，确定N个单脉冲信号的回波信号；
对所述N个单脉冲信号的回波信号进行时延修正，并确定N个时延修正后的回波信号的均值。
13.一种信号发射装置，其特征在于，所述装置包括：处理器和发射器；所述处理器用于执行如权利要求1至4任一项所述的方法中相应的功能，所述发射器用于执行如权利要求1所述方法中相应的功能。
14.一种信号处理装置，其特征在于，所述装置包括：处理器和接收器；所述处理器用于执行如权利要求5或6所述的方法中相应的功能，所述接收器用于执行如权利要求5所述方法相应的功能。
15.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有指令，当其在计算机上运行时，使得权利要求1至4任一项所述的方法被执行，或者使得权利要求5或6所述的方法被执行。
16.一种芯片，其特征在于，所述芯片包括：处理器和接口，所述处理器用于从所述接口调用并运行指令，当所述处理器执行所述指令时，实现如权利要求1至4中任一项所述的方法，或者实现如权利要求5或6所述的方法。
17.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括如权利要求7至10中任一项所述的装置，或者，包括如权利要求11或12所述的装置。
18.一种终端设备，其特征在于，包括如权利要求7至10中任一项所述的装置，或者，包括如权利要求11或12所述的装置，或者，包括如权利要求13所述的装置，或者，包括如权利要求14所述的装置，或者，包括如所权利要求15所述的计算机可读存储介质，或者，包括如权利要求16所述的芯片，或者，包括如权利要求17所述的激光雷达。
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