CN116930987A - 激光雷达的探测方法、计算机存储介质以及激光雷达 - Google Patents

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CN116930987A CN202210351674.0A CN202210351674A CN116930987A CN 116930987 A CN116930987 A CN 116930987A CN 202210351674 A CN202210351674 A CN 202210351674A CN 116930987 A CN116930987 A CN 116930987A
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Abstract

本发明提供一种激光雷达的探测方法，包括：S11：控制激光器在第一时刻发射探测光束；S12：在第一时刻至第二时刻，向探测器施加第一工作电压，其中所述第一工作电压的绝对值小于或等于所述探测器的击穿电压；S13：在第二时刻之后，向所述探测器施加第二工作电压，其中所述第二工作电压的绝对值大于所述探测器的击穿电压；S14：获取所述探测器的电串扰信号；S15：根据所述探测器在第二时刻后接收的探测信号以及所述电串扰信号，获取所述探测光束经物体反射的回波信号。本发明在不引入外界光信号的条件下测量电串扰信号，再根据获取的探测信号以及电串扰信号得到真实的回波信号，不降低信噪比并减小了激光雷达的近距离盲区。

Description

激光雷达的探测方法、计算机存储介质以及激光雷达
技术领域
本发明涉及光电探测领域，尤其涉及激光雷达的探测方法、计算机存储介质以及激光雷达。
背景技术
激光雷达作为是一种常用的测距传感器，具有探测距离远、分辨率高、抗有源干扰能力强、体积小、质量轻等优点，广泛应用于智能机器人、无人机、无人驾驶等领域。
激光雷达的光路可以分为同轴光路和旁轴光路，其中同轴光路的激光雷达，其发射光路和接收光路至少有部分重叠，收发光路的重叠会造成发射的激光有部分未出射到激光雷达外部进行物体探测而是直接进入到激光雷达的接收光路中，并被探测器接收，因此造成探测器一段时间的饱和，在饱和时间段内探测器不能响应经物体反射回来的激光，由此造成激光雷达具有近距离盲区，通常希望近距离盲区尽可能的小。
背景技术部分的内容仅仅是公开发明人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明涉及一种激光雷达的探测方法，所述激光雷达包括至少一个激光器和至少一个探测器，对于其中一个激光器及其对应的探测器，所述探测方法包括：
S11：控制激光器在第一时刻发射探测光束；
S12：在第一时刻至第二时刻，向探测器施加第一工作电压，其中所述第一工作电压的绝对值小于或等于所述探测器的击穿电压；
S13：在第二时刻之后，向所述探测器施加第二工作电压，其中所述第二工作电压的绝对值大于所述探测器的击穿电压；
S14：获取所述探测器的电串扰信号；
S15：根据所述探测器在第二时刻后接收的探测信号以及所述电串扰信号，获取所述探测光束经物体反射的回波信号。
根据本发明的一个方面，其中所述探测方法还包括步骤测量电串扰信号，其包括：
S01：向所述探测器施加第三工作电压，其中所述第三工作电压的绝对值小于等于所述第一工作电压的绝对值；
S02：向所述探测器施加所述第一工作电压，获取所述探测器在电压切换过程中的输出信号；
S03：储存所述输出信号作为所述电串扰信号。
根据本发明的一个方面，其中所述测量电串扰信号的步骤还包括：
间隔预设时间重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的所述电串扰信号。
根据本发明的一个方面，其中所述测量电串扰信号的步骤还包括：
检测当前环境温度；
根据所述当前环境温度确定并调整所述击穿电压、第一工作电压、第二工作电压和第三工作电压；
重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的所述电串扰信号。
根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达具有至少部分重合的发射光路和接收光路，其中所述测量电串扰信号的步骤在所述探测器不需要接收所述探测信号时进行。
根据本发明的一个方面，所述探测方法还包括储存不同温度下的电串扰信号，其包括：
S001：确定某一温度下所述探测器的击穿电压，进一步确定第一工作电压和第三工作电压，其中所述第三工作电压的绝对值小于等于所述第一工作电压的绝对值；
S002：在该温度下向所述探测器施加第三工作电压并切换为第一工作电压，获取并储存所述探测器在电压切换过程中的输出信号；
S003：储存所述输出信号为所述探测器在该温度下的电串扰信号；
S004：改变温度重复进行步骤S001至S003，存储多个温度下对应的电串扰信号；
所述步骤S14还包括：根据当前环境温度，从存储的电串扰信号中获取与当前环境温度对应的电串扰信号。
根据本发明的一个方面，其中所述第三工作电压与第一工作电压之间差值的绝对值等于所述第一工作电压与第二工作电压之间差值的绝对值。
根据本发明的一个方面，其中所述第一工作电压的绝对值等于所述探测器的击穿电压。
根据本发明的一个方面，其中所述步骤S15包括：从所述探测器接收的所述探测信号中减去所述电串扰信号，获取所述回波信号。
根据本发明的一个方面，其中所述探测器为工作于盖革模式下的探测器。
本发明还涉及一种计算机存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的探测方法。
本发明还涉及一种激光雷达，包括：
至少一个激光器，配置为发射探测光束；
至少一个探测器，配置为接收光信号；和
控制装置，所述控制装置与所述至少一个激光器和所述至少一个探测器连接，对于其中一个激光器及其对应的探测器，所述控制装置配置成：
控制激光器在第一时刻发射探测光束；
在第一时刻至第二时刻，向探测器施加第一工作电压，其中所述第一工作电压的绝对值小于或等于所述探测器的击穿电压；
在第二时刻之后，向所述探测器施加第二工作电压，其中所述第二工作电压的绝对值大于所述探测器的击穿电压；
获取所述探测器的电串扰信号；和
根据对应的探测器在第二时刻后接收的探测信号以及所述电串扰信号，获取所述探测光束经物体反射的回波信号。
根据本发明的一个方面，其中所述控制装置还配置成执行以下测量电串扰信号的操作：
S01：向所述探测器施加第三工作电压，其中所述第三工作电压的绝对值小于等于所述第一工作电压的绝对值；
S02：向所述探测器施加所述第一工作电压，获取所述探测器在电压切换过程中的输出信号；
S03：储存所述输出信号作为所述电串扰信号。
根据本发明的一个方面，其中所述控制装置还配置成：间隔预设时间重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的所述电串扰信号。
根据本发明的一个方面，其中所述控制装置还配置成：
检测当前环境温度；
根据所述当前环境温度确定并调整所述击穿电压、第一工作电压、第二工作电压和第三工作电压；
重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的所述电串扰信号。
根据本发明的一个方面，其中所述激光雷达具有至少部分重合的发射光路和接收光路，所述控制装置被配置为在所述探测器不需要接收所述探测信号时执行所述测量电串扰信号的操作。
根据本发明的一个方面，所述激光雷达还包括储存装置，配置为储存在多个温度下对应的电串扰信号；所述控制装置还配置成：根据当前环境温度，从存储的电串扰信号中获取与当前环境温度对应的电串扰信号。
根据本发明的一个方面，其中所述第三工作电压与第一工作电压之间差值的绝对值等于所述第一工作电压与第二工作电压之间差值的绝对值。
根据本发明的一个方面，其中所述第一工作电压的绝对值等于所述探测器的击穿电压。
根据本发明的一个方面，其中所述控制装置还配置成：从所述探测器接收的所述探测信号中减去所述电串扰信号，获取所述回波信号。
根据本发明的一个方面，其中所述探测器为工作于盖革模式下的探测器。
本发明通过控制探测器的偏置电压，在激光发射的一小段时间内使探测器的偏置电压小于其工作电压，之后再调整探测器的偏置电压至工作电压，进行物体探测，使得探测器不响应未出射而直接进入探测器端的激光，避免了探测器饱和造成长时间不能测距，从而减少了探测器不能测距的时间，进而降低了激光雷达的近距离盲区；同时，在不响应外界环境光的情况下测量由于偏置电压变化引起的电串扰信号，再根据探测信号和电串扰信号获得回波信号，保证了回波信号的准确性，且没有降低信噪比；本发明的探测方法和激光雷达，既减小了近距离盲区，又保证了测得回波信号的准确性。
附图说明
构成本公开的一部分的附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。在附图中：
图1示出了采用同轴收发系统的激光雷达示意图；
图2示出了本发明一个实施例的激光雷达的探测方法流程图；
图3示出了本发明一个实施例的激光雷达的模块图；
图4示出了本发明一个实施例的收发对比示意图；
图5示出了本发明一个实施例的光接收装置中的探测电路示意图；
图6a示出了图5的电串扰信号的波形示意图；
图6b示出了图5的电串扰信号叠加回波信号的波形示意图；
图6c示出了图5的去除电串扰信号后的波形示意图；
图7示出了本发明一个实施例的测量电串扰信号的流程图；
图8示出了本发明一个实施例的在不同环境温度下测量电串扰信号的流程图；
图9a示出了本发明一个实施例的探测方法示意图；
图9b示出了本发明一个实施例的应用图9a探测方法的探测电路示意图；
图9c示出了本发明另一个实施例的探测电路示意图。
具体实施方式
在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"竖直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
图1示出了采用同轴收发系统的激光雷达示意图，激光雷达包括光发射装置和光接收装置，其中光发射装置发出的探测光束L经过准直部件和分光部件，最后由扫描部件将探测光束L反射到激光雷达的外部，被物体反射的回波L’经由扫描部件、分光部件以及会聚部件后被光接收装置接收。通过发射探测光束并接收经物体反射的回波光束，激光雷达可实现对环境中物体距离和反射率的探测。其中，分光部件例如为半透半反镜或者小孔反射镜，用于将部分收光光路重叠以减小雷达的尺寸，但是收发光路重叠会带来如下问题：探测光束L的一部分激光能量出射到雷达外部进行测距；另外一部分直接进入到光接收装置中的探测器(探测器为单光子雪崩光电二极管，例如SPAD或SiPM等)。直接进入探测器的激光会使探测器饱和，探测器饱和后不能响应反射回来的激光。探测器在经过一小段时间(即SPAD或SiPM的死时间)后逐步恢复对激光的响应，以20ns为例，基于飞行时间法计算，在20nsⅹ3ⅹ108m/s÷2＝3m范围内的物体不能被探测到，这个不能被探测到的距离就是雷达的近距离盲区，通常希望近距离盲区尽可能的小，例如控制在1m范围内。
本发明提供一种激光雷达的探测方法，包括：S11：控制激光器在第一时刻发射探测光束；S12：在第一时刻至第二时刻，向探测器施加第一工作电压，其中所述第一工作电压的绝对值小于或等于所述探测器的击穿电压；S13：在第二时刻之后，向所述探测器施加第二工作电压，其中所述第二工作电压的绝对值大于所述探测器的击穿电压；S14：获取所述探测器的电串扰信号；S15：根据所述探测器在第二时刻后接收的探测信号以及所述电串扰信号，获取所述探测光束经物体反射的回波信号。本发明测量由于电压变化造成的电串扰信号，再根据获取的探测信号以及电串扰信号获得真实的回波信号，在不降低信噪比的情况下，减小了激光雷达的近距离盲区。
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
图2示出了本发明一个实施例的激光雷达的探测方法流程图，图3示出了本发明一个实施例的激光雷达的模块图，激光雷达20包括光发射装置21和光接收装置22，其中光发射装置21包括至少一个激光器211，光接收装置22包括至少一个探测器221，对于其中一个激光器211及其对应的探测器221，所述探测方法包括步骤S11-S15，具体如下：
在步骤S11：控制激光器211在第一时刻发射探测光束。
图4示出了本发明一个实施例的收发对比示意图，激光器211在第一时刻T1发射探测光束。探测光束可以包括单脉冲或多脉冲，本发明不对此进行限制，图4中仅示意出单脉冲情况。
在步骤S12：在第一时刻至第二时刻，向探测器221施加第一工作电压，其中第一工作电压的绝对值小于或等于探测器211的击穿电压。
继续参考图4，当给探测器221施加正压时(探测器221的阴极靠近施加电压端，探测器221的阳极靠近接地端)，在第一时刻T1至第二时刻T2，向探测器221施加第一工作电压V1，其中第一工作电压V1小于或等于击穿电压VBR；当给探测器221施加负压时(探测器的221阳极靠近施加电压端，探测器的阴极靠近接地端)，则第一工作电压(-V1)小于或等于击穿电压VBR，也即第一工作电压的绝对值小于或等于探测器211的击穿电压VBR。对于雪崩光电二极管(如SPAD、SiPM等)，根据其工作原理当其两端的偏置电压小于或等于其击穿电压VBR时，雪崩光电二极管不能响应光子产生电信号，即不能工作。
以给探测器221施加正压为例，在激光器211刚发光的时候，探测器221在小于或等于击穿电压VBR的第一工作电压V1下工作，因此在第一时刻T1至第二时刻T2，探测器221不会响应激光能量，亦即，探测光束的一部分激光能量即使进入探测器221，也不会导致探测器221饱和。
在步骤S13：在第二时刻T2之后，向探测器221施加第二工作电压V2，其中第二工作电压V2的绝对值大于探测器221的击穿电压。
继续参考图4，当给探测器221施加正压时(探测器221的阴极靠近施加电压端，探测器221的阳极靠近接地端)，在第二时刻T2之后，向探测器221施加第二工作电压V2，其中第二工作电压V2大于击穿电压VBR。此时，探测器221进入正常工作状态(亦即测距模式)，开始响应物体反射回来的激光。当给探测器221施加负压时(探测器的221阳极靠近施加电压端，探测器的阴极靠近接地端)，第二工作电压V2的绝对值大于探测器211的击穿电压VBR。
在步骤S14：获取探测器221的电串扰信号。
以给探测器221施加正压为例，探测器221在高于击穿电压VBR的第二工作电压V2下工作因此在第二时刻T2之后，探测器221进入测距模式，开始响应物体反射的激光，输出电信号，该电信号即为回波信号。在理想情况下，探测器221仅输出回波信号。实际上，因为电路中寄生电容的存在，当电压从V1上升至V2时会产生电串扰信号，探测器接收的探测信号包括了回波信号和电串扰信号。
图5示出了本发明一个实施例的光接收装置中的探测电路示意图，探测电路包括由SiPM组成的探测器221，在给探测器221施加偏置电压后，探测器221响应激光能量并输出探测信号，再经过放大器放大后输出到后续电路。由于探测电路中存在寄生电容，探测器221的偏置电压从第一工作电压V1提升至第二工作电压V2的过程中，探测器221输出的探测信号包含了电串扰信号，如图6a所示，电串扰信号是一个瞬时峰值较高的信号；近距离物体的回波信号与电串扰信号重叠形成叠加信号，如图6b所示，相对于电串扰信号，回波信号可能很小，两者叠加形成的信号很容易引起误判、反射率计算不准确等问题，因此需要去掉电串扰信号产生的影响。关于如何获取探测器221的电串扰信号，将在下文详细介绍。
在步骤S15：根据探测器221在第二时刻T2后接收的探测信号以及电串扰信号，获取探测光束经物体反射的回波信号。
以给探测器221施加正压为例，结合图4和图6b，探测器221的偏置电压从第一工作电压V1提升到第二工作电压V2后，探测器221进入测距模式，采集的探测信号为回波信号与电串扰信号形成的叠加信号；根据在步骤S14获取的电串扰信号，将叠加信号中的电串扰信号去除，如图6c所示。
根据本发明的一个优选实施例，其中步骤S15包括：从探测器221接收的探测信号中减去电串扰信号，获取回波信号。
根据上述分析，在测距时，探测器221输出的探测信号包括回波信号和电串扰信号。在第一时刻T1至第二时刻T2，探测器221没有响应探测光束的部分能量而导致饱和，通过合理设置T1和T2，将极大的减小近距离盲区，例如，设置T2-T1＝5ns，由此激光雷达的盲区范围可以降低为0.75m(5ns*ⅹ3ⅹ108m/s÷2＝0.75m)。
综上所述，通过步骤S11-S15对探测方法进行了介绍，本发明通过获取的探测信号以及电串扰信号，获得真实的回波信号，减小了激光雷达的近距离盲区。
以下通过实施例对步骤S14中的如何获取探测器221的电串扰信号详细描述。
根据本发明的一个优选实施例，其中探测方法还包括步骤测量电串扰信号，参考图7，其包括：
步骤S01：向探测器221施加第三工作电压，其中第三工作电压的绝对值小于等于第一工作电压的绝对值。
继续参考图4，当探测器221施加正压时，向探测器221施加第三工作电压V3，第三工作电压V3小于第一工作电压V1。当向探测器221施加负压，则第三工作电压V3的绝对值小于第一工作电压V1的绝对值。由于第一工作电压V1的绝对值小于或等于击穿电压VBR，则第三工作电压V3的绝对值也小于击穿电压VBR，因此探测器221在工作于第三工作电压V3时，不会响应外界光信号，通过后续步骤测得的电串扰信号也就不会引入额外的环境光噪声，从而保证获得的回波信号的信噪比不会被降低。这是因为环境光噪声的存在，所以激光雷达在正常测距时接收的探测信号必然会引入环境光噪声，如果在高于击穿电压VBR的偏置电压下测量电串扰信号也会引入环境光噪声，由于环境光噪声是无规律的，则在探测信号减去电串扰信号的过程中可能会造成环境光噪声增大的现象，这将会降低获得的回波信号的信噪比，从而影响激光雷达测远性能；而本实施的测量环境光噪声的方法中，由于第一工作电压V1和第三工作电压V3均小于或等于击穿电压VBR，因此探测器不响应环境光，则在测量电串扰的过程中不引入环境光噪声，所以回波信号减去电串扰信号得到的回波信号不降低信噪比。
步骤S02：向探测器221施加第一工作电压，获取探测器221在电压切换过程中的输出信号。
探测器221输出的电串扰信号的大小受两个因素影响，其一是探测器偏置电压的变化范围，其二是偏置电压的大小。在测距和测量电串扰信号时探测器221输出的电串扰信号并不完全相同，但十分接近，当两个电串扰信号十分接近时，可以用第三工作电压V3变化到第一工作电压V1时产生的电串扰信号代替第一工作电压V1变化到第二工作电压V2时产生的电串扰信。继续参考图4，在测距模式时，探测器221的偏置电压从第一工作电压V1提升至第二工作电压V2，电压变化范围△V1＝V2-V1，偏置电压中值Vm1＝V1+△V1/2；在测量电串扰信号时，探测器221的偏置电压从第三工作电压V3提升至第一工作电压V1，电压变化范围△V2＝V1-V3，偏置电压中值Vm2＝V1-△V2/2。通过合理设置第一工作电压V1以及第三工作电压V3，使得偏置电压变化范围△V1与△V2尽量接近，偏置电压中值Vm1与Vm2尽量接近，则电串扰信号也很接近。优选地，通过合理设置第一工作电压V1以及第三工作电压V3使得电串扰信号的差异在20％以内。根据本发明的一个优选实施例，其中第三工作电压与第一工作电压之间差值的绝对值等于第一工作电压与第二工作电压之间差值的绝对值。
探测器221输出的电串扰信号受到偏置电压变化范围的影响，继续参考图4，在测量电串扰信号时，探测器221的偏置电压从第三工作电压V3提升至第一工作电压V1，电压变化范围△V2＝V1-V3，在测距模式时，探测器221的偏置电压从第一工作电压V1提升至第二工作电压V2，电压变化范围△V1＝V2-V1，当△V2＝△V1时，在测距模式时产生的电串扰信号与测量电串扰信号时获取的电串扰信号十分接近，因此从探测信号中去除该电串扰信号时，获取的回波信号的准确性很高，从而保证了测距准确性。
在步骤S03：储存输出信号作为电串扰信号。
储存电串扰信号并在执行探测方法中的步骤S14中调用。
以上通过步骤S01-S03对如何测量电串扰信号进行了说明，探测器221在不响应外界光信号的偏置电压下测量电串扰信号，可以不降低回波信号的信噪比。因为，在测距时必然会同时引入环境光噪声，且环境光噪声是无规律的，如果在测量电串扰信号时也引入环境光噪声，则探测信号与电串扰信号相减的过程会使环境光噪声增大，降低回波信号的信噪比，从而影响雷达测远性能，而本发明中测量电串扰信号是将电压从第三工作电压提升至第一工作电压，第三工作电压的绝对值以及第一工作电压的绝对值均小于等于击穿电压，亦即在测量电串扰信号的整个过程中，探测器221不响应外界环境光，即在测量电串扰信号的过程中没有引入环境光噪声，所以探测信号在减去电串扰信号后不会降低信噪比。
根据本发明的一个优选实施例，其中测量电串扰信号的步骤还包括：间隔预设时间重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的电串扰信号。
可以每间隔预设时间段执行一次测量电串扰信号的步骤，储存并迭代上一次测量的电串扰信号，然后在步骤S14获取已测量并存储的电串扰信号；也可以提前测量并存储，然后在多次执行探测方法时在步骤S14调用已存储的电串扰信号，以重复利用电串扰信号，节约算力。
根据本发明的一个优选实施例，其中测量电串扰信号的步骤还包括：检测当前环境温度；根据当前环境温度确定并调整击穿电压VBR、第一工作电压V1、第二工作电压V2和第三工作电压V3；重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的电串扰信号。
探测器21的击穿电压VBR的大小与环境温度相关，当环境温度变化时，探测器21对应的击穿电压VBR也会发生变化，为得到更为准确的电串扰信号，在测量电串扰信号时，先根据当前环境温度调整击穿电压VBR，再基于击穿电压VBR确定第一工作电压、第二工作电压和第三工作电压。
在环境温度不变的情况下，可以只测量一次电串扰信号并存储，后续执行探测方法时重复使用该电串扰信号；在环境温度改变的情况下，需要定期根据调整后的击穿电压VBR确定第一工作电压、第二工作电压和第三工作电压，测量电串扰信号并迭代之前测量的电串扰信号。
根据本发明的一个优选实施例，所述探测方法还包括储存不同温度下的电串扰信号，参考图8，其包括：
在步骤S001：确定某一温度下探测器221的击穿电压VBR，进一步确定第一工作电压和第三工作电压，其中第三工作电压的绝对值小于等于第一工作电压的绝对值；
在步骤S002：在该温度下向探测器221施加第三工作电压V3并切换为第一工作电压V1，获取并储存探测器221在电压切换过程中的输出信号；
在步骤S003：储存输出信号为探测器221在该温度下的电串扰信号；
在步骤S004：改变温度重复进行步骤S001至S003，存储多个温度下对应的电串扰信号；
探测方法中的步骤S14还包括：根据当前环境温度，从存储的电串扰信号中获取与当前环境温度对应的电串扰信号。
上述优选实施例与前一实施例不同之处在于，获取在不同温度下的电串扰信号并存储，并且在每次执行探测方法时，根据当前环境温度确定探测器221的击穿电压VBR，以精确控制探测器221进入测距模式，并且根据当前环境温度调用对应的电串扰信号，从探测信号中去除电串扰信号，在不降低回波信号信噪比的情况下，减小激光雷达20的近距离盲区。
根据本发明的一个优选实施例，其中激光雷达20具有至少部分重合的发射光路和接收光路，其中测量电串扰信号的步骤在探测器221不需要接收探测信号时进行。
对于同轴光路的激光雷达，发射光路和接收光路至少部分重叠，激光器211发射探测光束，其中大部分能量出射到雷达外部进行探测，小部分能量直接进入探测器221。为了避免该部分能量以及外界光信号干扰，发明人构思出在探测器221不需要接收探测信号时测量电串扰信号，并且测量电串扰信号的过程在小于等于击穿电压VBR的电压下进行，获取的电串扰信号不会引入额外的干扰信号或者噪声。其中，探测器221不需要接收探测信号的时间是指激光雷达不进行测距工作时，在该时间段内激光器不发射激光束，探测器也不需要准备接收探测信号，例如，采用转镜的雷达，在转镜的多个镜面交接处，一般不进行测距，适合进行电串扰信号的测量；采用振镜的雷达，在振镜改变往复运动方向的时刻也不进行测距，适合进行电串扰信号的测量。
根据本发明的一个优选实施例，其中第一工作电压的绝对值等于探测器221的击穿电压VBR的绝对值。
图9a示出了本发明一个实施例的探测方法示意图，图9b示出了本发明一个实施例的应用图9a探测方法的探测电路示意图，探测电路包括由SiPM组成的探测器221，给探测器221施加正压(探测器221的阴极靠近施加电压端，探测器221的阳极靠近接地端)，根据当前环境温度确定击穿电压VBR，例如，第一工作电压V1＝VBR，第二工作电压V2＝VBR+VOV，第三工作电压＝VBR-VOV。在测量电串扰信号时，先向探测器221施加偏置电压VBR-VOV，然后将探测器221的偏置电压从VBR-VOV提升至VBR，获取探测器221在电压切换过程中的输出信号，该输出信号即为电串扰信号，由于整个测量过程中探测器221的偏置电压都低于VBR，不响应激光能量，探测器221输出的电串扰信号不会引入外界光信号；在测距时，激光器211正常发光，先向探测器221施加偏置电压VBR，保持一小段时间，该段时间内激光器211完成探测光束的发射，然后将探测器221的偏置电压从VBR提升至VBR+VOV，探测器221接收到探测信号，此时的探测信号包括电串扰信号以及探测光束经物体反射的回波信号，从探测信号中减去电串扰信号即可得到准确的回波信号。
图9c示出了本发明另一个实施例的探测电路示意图，探测电路包括由SiPM组成的探测器221，与图9b的实施例不同之处在于：给探测器221施加负压(探测器的221阳极靠近施加电压端，探测器的阴极靠近接地端)，在具体实施中，根据当前环境温度确定击穿电压VBR，例如，第一工作电压V1＝-VBR，第二工作电压V2＝-VBR-VOV，第三工作电压＝-VBR+VOV，其中VBR、VOV均为正数。在测量电串扰信号时，先向探测器221施加电压-VBR+VOV，然后将电压从-VBR+VOV调整至-VBR，获取探测器221在电压切换过程中的输出信号，该输出信号即为电串扰信号，由于整个测量过程中探测器221的偏置电压(V1的绝对值和V2的绝对值)都小于或等于击穿电压VBR，不响应激光能量，探测器221输出的电串扰信号不会引入外界光信号；在测距时，激光器211正常发光，先向探测器221施加电压-VBR，保持一小段时间，该段时间内激光器211完成探测光束的发射，然后电压从-VBR调整至-VBR-VOV，探测器221接收到探测信号，此时的探测信号包括电串扰信号以及探测光束经物体反射的回波信号，从探测信号中减去电串扰信号即可得到准确的回波信号。
根据本发明的一个优选实施例，其中探测器221为工作于盖革模式下的探测器。
探测器221选用工作于盖革模式下的探测器，例如SPAD、SiPM等，向探测器221施加低于击穿电压VBR的第三工作电压或者第一工作电压时，探测器221对激光能量的响应度降低为零或几乎不响应，从而保证测量的电串扰信号的准确性，并且通过合理设置探测器不能测距的时间，从而减小了近距离盲区。
综上所述，本发明通过控制探测器221的偏置电压先为绝对值小于等于击穿电压的第一工作电压，再从第一工作电压提升到绝对值大于击穿电压的第二工作电压，减小了探测器221不能测距的时间，从而减少了同轴收发系统的激光雷达的近距离盲区问题；还通过控制探测器221的偏置电压从绝对值低于击穿电压的第三工作电压提升到第一工作电压时，测量电压转换过程中产生的电串扰信号，此时探测器221不响应外界光信号，在测距时从接收的探测信号减去电串扰信号，从而保证了测距的准确性，且不降低回波信号的信噪比。
本说明书提供了如实施例或流程图所述的方法操作步骤，但基于常规或者无创造性的劳动可以包括更多或者更少的操作步骤。实施例中列举的步骤顺序仅仅为众多步骤执行顺序中的一种方式，不代表唯一的执行顺序。在实际中的系统或设备产品执行时，可以按照实施例或者流程图所示的方法顺序执行或者并行执行。
本发明还涉及一种计算机存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如上所述的探测方法。
本发明还涉及一种激光雷达，参考图3，激光雷达20包括：
至少一个激光器211，例如激光器211-1，……，激光器211-n，配置为发射探测光束；
至少一个探测器221，例如探测器221-1，……，探测器221-m，配置为接收光信号；和
控制装置23，所述控制装置23与所述至少一个激光器221和所述至少一个探测器221连接，对于其中一个激光器211及其对应的探测器221，所述控制装置23配置成：
控制激光器211在第一时刻T1发射探测光束；
在第一时刻T1至第二时刻T2，向探测器221施加第一工作电压V1，其中所述第一工作电压V1的绝对值小于或等于所述探测器221的击穿电压VBR；
在第二时刻T2之后，向所述探测器221施加第二工作电压V2，其中所述第二工作电压V2的绝对值大于所述探测器221的击穿电压VBR；
获取所述探测器221的电串扰信号；和
根据对应的探测器221在第二时刻T2后接收的探测信号以及所述电串扰信号，获取所述探测光束经物体反射的回波信号。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置23还配置成执行以下测量电串扰信号的操作：
在步骤S01：向所述探测器221施加第三工作电压V3，其中所述第三工作电压V3的绝对值小于等于所述第一工作电压V1的绝对值；
在步骤S02：向所述探测器221施加所述第一工作电压V1，获取所述探测器221在电压切换过程中的输出信号；
在步骤S03：储存所述输出信号作为所述电串扰信号。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置23还配置成：间隔预设时间重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的所述电串扰信号。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置23还配置成：
检测当前环境温度；
根据所述当前环境温度确定并调整所述击穿电压VBR、第一工作电压V1、第二工作电压V2和第三工作电压V3；
重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的所述电串扰信号。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述激光雷达20具有至少部分重合的发射光路和接收光路，所述控制装置23被配置为在所述探测器221不需要接收所述探测信号时执行所述测量电串扰信号的操作。
根据本发明的一个优选实施例，所述激光雷达20还包括储存装置24，配置为储存在多个温度下对应的电串扰信号；所述控制装置23还配置成：根据当前环境温度，从存储的电串扰信号中获取与当前环境温度对应的电串扰信号。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述第三工作电压V3与第一工作电压V1之间差值的绝对值等于所述第一工作电压V1与第二工作电压V2之间差值的绝对值。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述第一工作电压V1的绝对值等于所述探测器的击穿电压VBR。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述控制装置23还配置成：从所述探测器221接收的所述探测信号中减去所述电串扰信号，获取所述回波信号。
根据本发明的一个优选实施例，其中所述探测器221为工作于盖革模式下的探测器。
本发明通过控制探测器221的偏置电压，在不响应外界光信号的情况下测量电串扰信号，再根据探测信号和电串扰信号获得回波信号，既保证了回波信号的准确性，没有降低信噪比，又减少了探测器不能测距的时间，从而减小了近距离盲区。优选地，根据当前环境温度，调整探测器的击穿电压VBR、调用对应的电串扰信号，从而保证了测得的回波信号的准确性。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (21)

1.一种激光雷达的探测方法，所述激光雷达包括至少一个激光器和至少一个探测器，对于其中一个激光器及其对应的探测器，所述探测方法包括：
S11：控制激光器在第一时刻发射探测光束；
S12：在第一时刻至第二时刻，向探测器施加第一工作电压，其中所述第一工作电压的绝对值小于或等于所述探测器的击穿电压；
S13：在第二时刻之后，向所述探测器施加第二工作电压，其中所述第二工作电压的绝对值大于所述探测器的击穿电压；
S14：获取所述探测器的电串扰信号；
S15：根据所述探测器在第二时刻后接收的探测信号以及所述电串扰信号，获取所述探测光束经物体反射的回波信号。
2.根据权利要求1所述的探测方法，其中所述探测方法还包括步骤测量电串扰信号，其包括：
S01：向所述探测器施加第三工作电压，其中所述第三工作电压的绝对值小于等于所述第一工作电压的绝对值；
S02：向所述探测器施加所述第一工作电压，获取所述探测器在电压切换过程中的输出信号；
S03：储存所述输出信号作为所述电串扰信号。
3.根据权利要求2所述的探测方法，其中所述测量电串扰信号的步骤还包括：
间隔预设时间重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的所述电串扰信号。
4.根据权利要求2所述的探测方法，其中所述测量电串扰信号的步骤还包括：检测当前环境温度；
根据所述当前环境温度确定并调整所述击穿电压、第一工作电压、第二工作电压和第三工作电压；
重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的所述电串扰信号。
5.根据权利要求2所述的探测方法，其中所述激光雷达具有至少部分重合的发射光路和接收光路，其中所述测量电串扰信号的步骤在所述探测器不需要接收所述探测信号时进行。
6.根据权利要求1所述的探测方法，所述探测方法还包括储存不同温度下的电串扰信号，其包括：
S001：确定某一温度下所述探测器的击穿电压，进一步确定第一工作电压和第三工作电压，其中所述第三工作电压的绝对值小于等于所述第一工作电压的绝对值；
S002：在该温度下向所述探测器施加第三工作电压并切换为第一工作电压，获取并储存所述探测器在电压切换过程中的输出信号；
S003：储存所述输出信号为所述探测器在该温度下的电串扰信号；
S004：改变温度重复进行步骤S001至S003，存储多个温度下对应的电串扰信号；
所述步骤S14还包括：根据当前环境温度，从存储的电串扰信号中获取与当前环境温度对应的电串扰信号。
7.根据权利要求2至权利要求6中任一项所述的探测方法，其中所述第三工作电压与第一工作电压之间差值的绝对值等于所述第一工作电压与第二工作电压之间差值的绝对值。
8.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的探测方法，其中所述第一工作电压的绝对值等于所述探测器的击穿电压。
9.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的探测方法，其中所述步骤S15包括：从所述探测器接收的所述探测信号中减去所述电串扰信号，获取所述回波信号。
10.根据权利要求1至权利要求6中任一项所述的探测方法，其中所述探测器为工作于盖革模式下的探测器。
11.一种计算机存储介质，包括存储于其上的计算机可执行指令，所述可执行指令在被处理器执行时实施如权利要求1-10中任一项所述的探测方法。
12.一种激光雷达，包括：
至少一个激光器，配置为发射探测光束；
至少一个探测器，配置为接收光信号；和
控制装置，所述控制装置与所述至少一个激光器和所述至少一个探测器连接，对于其中一个激光器及其对应的探测器，所述控制装置配置成：
控制激光器在第一时刻发射探测光束；
在第一时刻至第二时刻，向探测器施加第一工作电压，其中所述第一工作电压的绝对值小于或等于所述探测器的击穿电压；
在第二时刻之后，向所述探测器施加第二工作电压，其中所述第二工作电压的绝对值大于所述探测器的击穿电压；
获取所述探测器的电串扰信号；
根据对应的探测器在第二时刻后接收的探测信号以及所述电串扰信号，获取所述探测光束经物体反射的回波信号。
13.根据权利要求12所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置成执行以下测量电串扰信号的操作：
S01：向所述探测器施加第三工作电压，其中所述第三工作电压的绝对值小于等于所述第一工作电压的绝对值；
S02：向所述探测器施加所述第一工作电压，获取所述探测器在电压切换过程中的输出信号；
S03：储存所述输出信号作为所述电串扰信号。
14.根据权利要求13所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置成：间隔预设时间重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的所述电串扰信号。
15.根据权利要求13所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置成：
检测当前环境温度；
根据所述当前环境温度确定并调整所述击穿电压、第一工作电压、第二工作电压和第三工作电压；
重复执行步骤S01至S03，并迭代上一次测量的所述电串扰信号。
16.根据权利要求13所述的激光雷达，其中所述激光雷达具有至少部分重合的发射光路和接收光路，所述控制装置被配置为在所述探测器不需要接收所述探测信号时执行所述测量电串扰信号的操作。
17.根据权利要求16所述的激光雷达，还包括储存装置，配置为储存在多个温度下对应的电串扰信号；所述控制装置还配置成：根据当前环境温度，从存储的电串扰信号中获取与当前环境温度对应的电串扰信号。
18.根据权利要求13至权利要求17中任一项所述的激光雷达，其中所述第三工作电压与第一工作电压之间差值的绝对值等于所述第一工作电压与第二工作电压之间差值的绝对值。
19.根据权利要求12至权利要求17中任一项所述的激光雷达，其中所述第一工作电压的绝对值等于所述探测器的击穿电压。
20.根据权利要求12至权利要求17中任一项所述的激光雷达，其中所述控制装置还配置成：从所述探测器接收的所述探测信号中减去所述电串扰信号，获取所述回波信号。
21.根据权利要求12至权利要求17中任一项所述的激光雷达，其中所述探测器为工作于盖革模式下的探测器。
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