CN117368882A - 基于动态阈值的回波信号检测方法、系统和激光雷达 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种基于动态阈值的回波信号检测方法、系统和激光雷达，能够获取至少一个特征参数，所述至少一个特征参数表征所述激光雷达的工作条件；获取所述激光雷达采集的回波信号，所述回波信号中至少包括噪声信号；基于所述至少一个特征参数选择回波信号的处理模式，利用该处理模式探测所述噪声信号，并调整检测阈值；以及将所述回波信号与所述检测阈值对比，并输出所述回波信号中的目标物体反射的目标信号。所述回波信号检测方法、系统和激光雷达能够基于激光雷达的特征参数和噪声信号来获取检测阈值，不同的特征参数下可以选择不同模式的检测阈值获取方法，以提高回波信号的检测阈值的精准度，从而提升回波信号检测的探测概率和探测精准度。

Description

基于动态阈值的回波信号检测方法、系统和激光雷达
技术领域
本发明涉及激光雷达领域，尤其涉及一种基于动态阈值的回波信号检测方法、系统和激光雷达。
背景技术
激光雷达作为一种通过发出激光束感知周围环境的主动传感器，主要应用于自动驾驶汽车环境感知、机器人环境感知、无人机测绘等领域。激光雷达的基本任务是发现周围的目标物体并测定其距离和空间坐标。
通常激光雷达采集的回波信号中总是混杂着各类噪声信号。因此，需要对激光雷达的回波信号进行回波信号检测，以检测出回波信号中的目标物体反射回的目标信号，并根据目标信号对目标物体的距离和空间坐标进行计算。
现有技术中主要通过设定检测阈值来进行回波信号检测，当回波信号大于阈值时，判定回波信号为目标信号，否则，判定回波信号不是目标信号。由于各类噪声信号均具有随机特性，而固定阈值无法根据各类噪声信号的变化进行调整，因此回波信号探测精准度较低。
因此，需要提供一种探测精准度更高的基于动态阈值的回波信号检测方法、系统和激光雷达。
发明内容
本发明提供一种精准度更高的基于动态阈值的回波信号检测方法、系统和激光雷达。
第一方面，本发明提供一种基于动态阈值的回波信号检测方法，用于激光雷达，包括：获取至少一个特征参数，所述至少一个特征参数表征所述激光雷达的工作条件；获取所述激光雷达采集的回波信号，所述回波信号中至少包括噪声信号；基于所述至少一个特征参数选择回波信号的处理模式，利用该处理模型探测所述噪声信号，并调整检测阈值；以及将所述回波信号与所述检测阈值对比，并输出所述回波信号中的目标物体反射的目标信号。
在一些实施例中，所述至少一个特征参数包括垂直方向探测角度、探测距离以及采样率中的至少一个。
在一些实施例中，所述基于所述至少一个特征参数选择回波信号的处理模式，利用该处理模式探测所述噪声信号，并调整检测阈值，包括：确定所述噪声信号的均值；基于所述至少一个特征参数，从预设的第一模式和第二模式中选择一个作为目标模式；基于所述目标模式，确定所述噪声信号的标准差；以及基于所述噪声信号的均值和标准差，生成所述检测阈值。
在一些实施例中，所述第一模式包括：基于第一速度对所述回波信号进行采样，获取多个第一采样点；设定目标窗口的长度以及移动步长，以所述移动步长移动所述目标窗口依次对所述多个第一采样点进行信号处理，获取每个目标窗口内的第一采样点的特征信息；基于所述特征信息，过滤所述回波信号中的所述目标信号，得到所述噪声信号；以及确定所述噪声信号的标准差。
在一些实施例中，所述特征信息包括幅值信息的统计信息，所述幅值信息的统计信息包括幅值信息的均值、熵、方差、标准差以及标准差的标准差中的至少一种。
在一些实施例中，所述基于所述特征信息，过滤所述回波信号中的所述目标信号，得到所述噪声信号，包括：确定所述特征信息超过预设的第一阈值范围的目标窗口中的第一采样点为所述目标信号；将所述目标信号从所述回波信号中删除，得到所述噪声信号。
在一些实施例中，所述确定所述噪声信号的标准差，包括：确定所述噪声信号对应的每个目标窗口的第一采样点的标准差；以及将包含的目标窗口数量最多的标准差作为所述噪声信号的标准差。
在一些实施例中，所述第二模式包括：基于第二速度对所述回波信号进行采样，获取多个第二采样点；基于预设的第二阈值范围，确定所述多个第二采样点中的所述目标信号，过滤所述回波信号中的所述目标信号，得到所述噪声信号；确定所述噪声信号的标准差。
在一些实施例中，所述基于预设的第二阈值范围，确定所述多个第二采样点中的所述目标信号，包括：确定在所述第二阈值范围外的第二采样点为所述目标信号。
在一些实施例中，所述第二阈值范围包括第二阈值上限和第二阈值下限，所述基于预设的第二阈值范围，确定所述多个第二采样点中的所述目标信号，还包括：确定在所述第二阈值范围内，并与所述第二阈值上限的第二采样点相邻的至少一个第二采样点为所述目标信号。
在一些实施例中，所述第二阈值范围包括第二阈值上限和第二阈值下限，所述基于预设的第二阈值范围，确定所述多个第二采样点中的所述目标信号，还包括：确定在所述第二阈值范围内呈单调递增，并与所述第二阈值下限的第二采样点相邻的连续的多个第二采样点为所述目标信号。
在一些实施例中，所述确定所述噪声信号的标准差，包括：将所述噪声信号对应的第二采样点的标准差作为所述噪声信号的标准差。
在一些实施例中，所述基于所述至少一个特征参数，从预设的第一模式和第二模式中选择一个作为目标模式，包括：确定所述至少一个特征参数满足第一预设条件，将所述第一模式作为所述目标模式；或者确定所述至少一个特征参数不满足所述第一预设条件，将所述第二模式作为所述目标模式，其中，所述第一预设条件包括以下情况中的至少一种：回波信号对应的垂直方向探测角度在角度阈值范围内；所述激光雷达当前可探测距离超过距离阈值；以及所述回波信号的采样率超过采样率阈值。
在一些实施例中，所述基于所述噪声信号的均值和标准差，生成所述检测阈值，包括：基于所述噪声信号的均值、标准差以及预设的虚警概率，确定所述检测阈值，使得所述噪声信号超过所述检测阈值的概率小于所述虚警概率。
在一些实施例中，所述至少一个特征参数还包括工作环境参数，所述工作环境参数表征所述激光雷达工作时所处环境的状态。
在一些实施例中，所述基于所述至少一个特征参数选择回波信号的处理模式，利用该处理模式探测所述噪声信号，并调整检测阈值，还包括：基于所述工作环境参数，确定与所述工作环境参数对应的所述检测阈值等级，从而确定与所述检测阈值等级对应的虚警概率。
在一些实施例中，所述确定所述噪声信号的均值，包括：确定所述噪声信号对应的每个目标窗口的第一采样点的均值；以及将包含的目标窗口数量最多的均值作为所述噪声信号的均值。
在一些实施例中，所述确定所述噪声信号的均值，包括：分别获取每个探测通道中的所述噪声信号的均值；以及将同一列/行内的所有探测通道的所述噪声信号的均值的平均值作为当前列中的所有探测通道的所述噪声信号的均值。
在一些实施例中，所述将所述回波信号与所述检测阈值对比，并输出所述回波信号中的目标物体反射的目标信号，包括：将所述回波信号中超过所述检测阈值的信号作为所述目标信号并输出。
第二方面，本发明还提供一种基于动态阈值的回波信号检测系统，包括至少一个存储介质以及至少一个处理器，所述至少一个存储介质存储有至少一个指令集，用于基于动态阈值的回波信号检测；所述至少一个处理器同所述至少一个存储介质通信连接，其中，当所述基于动态阈值的回波信号检测系统运行时，所述至少一个处理器读取所述至少一个指令集并实施本发明第一方面所述的基于动态阈值的回波信号检测方法。
第三方面，本发明还提供一种激光雷达，包括激光发射器、激光接收器以及基于动态阈值的回波信号检测系统，所述激光发射器工作时向外发射激光信号；所述激光接收器工作时接收目标物体反射的回波信号，所述回波信号中包括噪声信号；以及所述回波信号检测系统工作时与所述激光接收器通信连接，并执行本发明第一方面所述的基于动态阈值的回波信号检测方法。
由以上技术方案可知，本发明提供的基于动态阈值的回波信号检测方法、系统和激光雷达，能够基于激光雷达的特征参数和噪声信号来获取检测阈值，不同的特征参数下可以选择不同模式的检测阈值获取方法，以提高回波信号的检测阈值的精准度，从而提升回波信号检测的探测概率和探测精准度。
本发明提供的基于动态阈值的回波信号检测方法、系统和激光雷达的其他功能将在以下说明中部分列出。根据描述，以下数字和示例介绍的内容将对那些本领域的普通技术人员显而易见。本发明提供的基于动态阈值的回波信号检测方法、系统和激光雷达的创造性方面可以通过实践或使用下面详细示例中所述的方法、装置和组合得到充分解释。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了根据本发明的一些实施例提供的激光雷达的结构示意图；
图2示出了根据本发明的一些实施例提供的基于动态阈值的回波信号检测方法的示例性流程图；
图3示出了根据本发明的一些实施例提供的生成检测阈值的方法的示例性流程图；
图4示出了根据本发明的一些实施例提供的第一模式的工作示意图；
图5示出了根据本发明的一些实施例提供的回波信号的示意图；
图6示出了根据本发明的一些实施例提供的标准差分布直方图的示意图；
图7示出了根据本发明的一些实施例提供的第二模式的工作示意图；
图8示出了根据本发明的一些实施例提供的第二采样点的示意图；
图9示出了根据本发明的一些实施例提供的阈值校准的示意图；
图10示出了根据本发明的一些实施例提供的回波信号检测系统的示例性硬件示意图；
图11示出了根据本发明的一些实施例提供的第一模块的示意图；以及
图12示出了根据本发明的一些实施例提供的第二模块的示意图。
具体实施方式
以下描述提供了本发明的特定应用场景和要求，目的是使本领域技术人员能够制造和使用本发明中的内容。对于本领域技术人员来说，对所公开的实施例的各种局部修改是显而易见的，并且在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以将这里定义的一般原理应用于其他实施例和应用。因此，本发明不限于所示的实施例，而是与权利要求一致的最宽范围。
这里使用的术语仅用于描述特定示例实施例的目的，而不是限制性的。比如，除非上下文另有明确说明，这里所使用的，单数形式“一”，“一个”和“该”也可以包括复数形式。当在本发明中使用时，术语“包括”、“包含”和/或“含有”意思是指所关联的整数，步骤、操作、元素和/或组件存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或组的存在或在该系统/方法中可以添加其他特征、整数、步骤、操作、元素、组件和/或组。
考虑到以下描述，本发明的这些特征和其他特征、以及结构的相关元件的操作和功能、以及部件的组合和制造的经济性可以得到明显提高。参考附图，所有这些形成本发明的一部分。然而，应该清楚地理解，附图仅用于说明和描述的目的，并不旨在限制本发明的范围。还应理解，附图未按比例绘制。
本发明中使用的流程图示出了根据本发明中的一些实施例的系统实现的操作。应该清楚地理解，流程图的操作可以不按顺序实现。相反，操作可以以反转顺序或同时实现。此外，可以向流程图添加一个或多个其他操作。可以从流程图中移除一个或多个操作。
为了方便展示，首先对以下描述中可能出现的术语进行如下解释：
回波信号检测：检测接收信号中是否存在有效信号的方法，在雷达技术领域中，雷达接收的回波信号中通常携带有噪声信号和干扰信号，回波信号检测是指从雷达接收的回波信号中检测出目标物体反射的目标信号。
阈值：雷达回波信号检测中判断目标信号的门限，幅值超过阈值的信号为目标信号，幅值低于阈值的为噪声信号。
虚警概率：也可以称为噪点率，把噪声信号检测成目标信号的概率，阈值的取值与虚警概率有关。
漏警概率：把目标回波信号检测成噪声信号的概率，阈值的取值与漏警概率有关。
正确检测概率：正确检测到目标信号的概率，正确检测概率与漏警概率的和为1。
图1是根据本发明一些实施例所示的激光雷达001的结构示意图。激光雷达001是以发射激光束探测目标物体002的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标物体发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标物体反射回来的回波信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标物体的有关信息，如目标物体相对于激光雷达001的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对目标物体进行探测、跟踪和识别。激光雷达001在工作时可以向外发射激光信号，并接收目标物体反射回的回波信号，从而生成点云数据。一帧点云数据中可以包括多个激光点数据。每个激光点数据都包含了X、Y、Z三维坐标信息。目标物体002可以是激光雷达001周围的任意形式的物体。比如，在自动驾驶场景中，目标物体002可以是激光雷达001周围的车辆、建筑物、行人，等等。又比如，在3D扫描场景中，目标物体002可以是激光雷达001所在场景中的任意形式的建筑物。如图1所示，激光雷达001可以包括激光发射器200、激光接收器400和回波信号检测系统600。
激光发射器200工作时可以周期性地向外发射激光信号。根据激光信号线束的多少，激光雷达001通常可以分为8/16/32/64/128线激光雷达等。一个或多个激光束在竖直方向沿着不同的角度发射，经水平方向扫描，实现对目标区域三维轮廓的探测。多个探测通道(线束)相当于多个倾角的扫描平面，因此垂直视场内激光信号的线束越多，其竖直方向的角分辨率就越高，点云的密度就越大。
在一些实施例中，激光发射器200发射的激光信号为窄脉冲信号。在一些实施例中，所述窄脉冲信号的脉宽都在10ns以内，比如，10ns、8ns、6ns、4ns、2ns，等等。本领域技术人员应当明白，窄脉冲信号的脉宽在10ns以上也在本发明的保护范围内，比如，12ns、14ns、16ns，等等。为了方便展示，以下描述中将以激光发射器200发射的激光信号为窄脉冲信号为例进行描述。当激光发射器200发射的激光信号为窄脉冲信号时，回波信号检测可以是从回波信号中检测窄脉冲信号。
激光接收器400工作时可以接收目标物体002对所述激光信号的反射信号。为了方便描述，将目标物体002对激光发射器200发射的激光信号的反射信号定义为目标信号。所述激光信号在遇到目标物体002后，经目标物体002漫反射，形成所述目标信号，并被激光接收器400接收。在一些实施例中，激光接收器400不仅可以接收所述目标信号，还可以接收噪声信号。为了方便描述，将激光接收器400接收到的信号定义为回波信号。所述回波信号可以包括所述目标信号和所述噪声信号。所述目标信号通常称为有用信号或有效信号，可以用于对目标物体002进行定位和跟踪。在一些实施例中，所述噪声信号可以包括激光接收器400内部噪声及其外部环境噪声。在一些实施例中，所述噪声信号还可以包括杂波信号和干扰信号。所述杂波信号可以是自然环境中不需要的回波，即传播路径中客观存在的各种“不需要”物体散射的回波信号，比如来自植物、海洋、天气(特别是雨、雪、雾)、鸟群等的回波。所述干扰信号是指人类活动过程中所发出的电磁波对激光接收器400的影响，或者太阳光干扰。
回波信号检测系统600可以存储有执行本发明描述的基于动态阈值的回波信号检测方法的数据或指令，并可以执行或用于执行所述数据和/或指令。回波信号检测系统600可以包括具有数据信息处理功能的硬件设备和驱动该硬件设备工作所需必要的程序。当然，回波信号检测系统600也可以仅为具有数据处理能力的硬件设备，或者，仅为运行在硬件设备中的程序。回波信号检测系统600运行时可以与激光接收器400通信连接。回波信号检测系统600工作时可以从激光接收器400中获取所述回波信号，并基于本发明描述的基于动态阈值的回波信号检测方法对所述回波信号进行回波信号检测，以检测其中的目标信号。
所述通信连接是指能够直接地或者间接地接收信息的任何形式的连接。在一些实施例中，回波信号检测系统600可以同激光接收器400通过无线通信连接来彼此传递数据；在一些实施例中，回波信号检测系统600也可以同激光接收器400通过电连接来彼此传递数据；在一些实施例中，回波信号检测系统600也可以通过电线同其他电路直接连接来建立同激光接收器400的间接连接，从而实现彼此传递数据。所述无线通信连接可以是网络连接，蓝牙连接，NFC连接，等等。
在一些实施例中，回波信号检测系统600可以是本地的或者远程的。在一些实施例中，回波信号检测系统600可以在云平台上执行。在一些实施例中，回波信号检测系统600可以通过网络访问激光接收器400中的数据。在一些实施例中，回波信号检测系统600可以直接与激光接收器400连接以访问其中的数据。
图2示出了根据本发明的一些实施例提供的基于动态阈值的回波信号检测方法P100的示例性流程图。如前所述，回波信号检测系统600可以执行本发明所述的基于动态阈值的回波信号检测方法P100。在一些实施例中，激光雷达001的激光发射器200可以包括多个探测通道。所述多个探测通道可以在垂直方向上向多个角度发射激光信号。激光接收器400也可以接收所述多个探测通道的回波信号。回波信号检测系统600可以对所述多个探测通道中的至少一个探测通道中的回波信号执行所述方法P100。如图2所示，所述方法P100可以包括：
S120：获取激光雷达001的至少一个特征参数。
所述至少一个特征参数可以表征所述激光雷达001的工作条件。在一些实施例中，激光雷达001的工作条件可以是激光雷达001的工作参数或工作状态。此时，所述至少一个特征参数可以包括垂直方向探测角度、探测距离以及采样率中的至少一个。
如前所述，在一些实施例中，激光雷达001的激光发射器200可以包括多个探测通道。所述多个探测通道可以在垂直方向上向多个角度发射激光信号。不同的探测通道在垂直方向上的探测角度是不同的。在一些实施例中，对于上侧或下侧的探测通道来说，其垂直方向的探测角度较大，相当于测量天空/地面角度的探测通道，其实际探测距离较近，相当于非测远通道。此时，激光发射器200发射一次激光的飞行时间较短。而对于中间通道的探测通道来说，其垂直方向的探测角度较小，其实际探测距离较远，相当于测远通道。此时，激光发射器200发射一次激光的飞行时间较长。
探测距离可以是激光雷达001的最远探测距离。探测距离可以进行设定和更改。当激光雷达001的探测距离为远距离探测时，激光发射器200发射一次激光的飞行时间较长。当激光雷达001的探测距离为近距离探测时，激光发射器200发射一次激光的飞行时间较短。
采样率可以是信号采集器(例如模拟数字转换器)预先设定的在单位时间内进行采样的次数。当采样率较高时，在相同时间内，采样点数量较多。当采样率较低时，在相同时间内，采样点数量较少。
当采样率固定时，激光雷达001的探测距离越远，激光发射器200发射一次激光的飞行时间越长，激光接收器400采集到的采样点数量也越多。当激光雷达001的探测距离固定时，激光雷达001的采样率越高，激光接收器400采集到的采样点数量也越多。
在一些实施例中，激光雷达001的工作条件也可以是激光雷达001工作时所处环境的状态。此时，所述至少一个特征参数还可以包括工作环境参数。所述环境状态可以是激光雷达001的工作时所处环境的天气情况，比如，灰尘指数、雨雪指数、空气湿度，等等。所述工作环境参数可以是评价环境状态的指标，比如，灰尘指数用来评价灰尘指标，灰尘指数越高代表灰尘浓度越大。再比如，雨雪指数用来评价雨雪指标，雨雪指数越大代表雨雪浓度越大，等等。所述环境中的灰尘浓度越大、雨雪浓度越大以及空气湿度越高，可能导致回波信号中的噪声比例越高。其中，工作环境参数越高，代表工作环境的天气情况越苛刻，回波信号中的噪声信号比例越高，此时需要提升检测阈值等级来提升探测精准度。因此，回波信号检测系统600需要根据所述工作环境参数设定检测阈值等级，以根据不同的环境调节检测阈值等级，以提高探测精准度。其中，所述检测阈值等级与虚警概率负相关。即虚警概率越高，检测阈值等级越低，虚警概率越低，检测阈值等级越高。当噪声信号确定时，检测阈值等级越高，代表检测阈值越高，对应的虚警概率越低，把噪声信号检测成目标信号的概率越低；检测阈值等级越低，代表检测阈值越低，对应的虚警概率越高，把噪声回波信号检测成目标信号的概率越高。所述工作环境参数可以与所述检测阈值等级正相关。即工作环境参数越高，检测阈值等级越高，虚警概率就越低，把噪声信号检测成目标信号的概率越低；工作环境参数越低，检测阈值等级越低，虚警概率就越高，把噪声信号检测成目标信号的概率越高。
如图2所示，所述方法P100还可以包括：
S140：获取所述激光雷达001采集的回波信号。
如前所述，所述回波信号中至少可以包括噪声信号。在一些实施例中，所述噪声信号满足正态分布N～(μ,σ2)。其中，μ为噪声信号的均值，σ为噪声信号的标准差。为了方便描述，所述方法P100可以以激光雷达001一次发光探测的飞行时间内接收到的回波信号进行计算。
S160：基于所述至少一个特征参数选择回波信号的处理模式，利用该处理模式探测所述噪声信号，并调整检测阈值。
图3示出了根据本发明的一些实施例提供的生成检测阈值的方法的示例性流程图。图3示出了步骤S160。具体地，步骤S160可以包括：
S161：确定所述噪声信号的均值。
在一些实施例中，噪声信号是波动的，噪声信号的均值可以实时进行更新和获取。此时，同一列/行内各个通道中的均值均需要进行实时更新和获取。在一些实施例中，步骤S161可以基于滑窗的方式获取所述噪声信号的均值。比如，通过对回波信号进行采样，并采用滑窗的方式将采样点划分为多个目标窗口；过滤目标信号对应的目标窗口；并获取所述噪声信号对应的剩余目标窗口中的每个目标窗口中的第一采样点的均值，将包含的目标窗口数量最多的均值作为噪声信号的均值。此时，均值的获取可以与标准差的获取同步进行。
在一些实施例中，同一列/行内的通道内的噪声信号波动较小，均值偏差较小，不需要实时获取均值。此时，同一列/行内的所有通道的噪声信号的均值可以是相同的。此时，步骤S161可以包括：分别获取每个探测通道中的所述噪声信号的均值；以及将同一列/行内的所有探测通道的所述噪声信号的均值的平均值作为当前列中的所有探测通道的所述噪声信号的均值。在一些实施例中，在进行每一个探测通道的均值计算时，可以是通过对回波信号进行采样，过滤目标信号对应的采样点，并统计剩余采样点的均值作为所述噪声信号的均值。在一些实施例中，可以通过设置过滤阈值来过滤目标信号对应的采样点。比如，通过设置正负两条过滤阈值线，超过阈值线的采样点不是噪声信号。在一些实施例中，当连续三个采样点内任意两个采样点的斜率大于一定数值时，则将三个采样点均过滤。
由于不需要实时性，均值高低只受温度影响，因此，同一列/行通道内的均值还可以前后进行多次的平均，减少误差。具体地，可以获取同一列/行内的每个通道的均值，并将所有通道的均值的平均值作为此通道内的噪声信号的均值。在所有列都计算完成后，才开始新一轮的均值计算。
S162：基于所述至少一个特征参数，从预设的第一模式1和第二模式2中选择一个作为目标模式。
其中，从预设的第一模式1和第二模式2中选择一个作为目标模式通过考虑至少一个特征参数是否满足第一预设条件来进行选择，具体可以如下：如图3所示，步骤S162可以包括以下情况中的一种：
S162-2：确定所述至少一个特征参数满足第一预设条件，将所述第一模式作为所述目标模式；或者
S162-4：确定所述至少一个特征参数不满足所述第一预设条件，将所述第二模式作为所述目标模式。
具体地，在步骤S162中，回波信号检测系统600可以基于所述至少一个特征参数，生成对应的控制信号，并基于所述控制信号选择与所述控制信号对应模式作为目标模式。其中，控制信号可以包括第一控制信号或第二控制信号。所述第一模式1与所述第一控制信号对应，所述第二模式2与所述第二控制信号对应。回波信号检测系统600在确定所述至少一个特征参数满足第一预设条件，生成第一控制信号，并基于所述第一控制信号选择第一模式1作为所述目标模式。回波信号检测系统600在确定所述至少一个特征参数不满足所述第一预设条件时，生成第二控制信号，并基于所述第二控制信号选择第二模式2作为所述目标模式。
所述第一预设条件包括以下情况中的至少一种：
所述回波信号对应的垂直方向探测角度在角度阈值范围内；
所述激光雷达001当前可探测距离超过距离阈值；以及
所述激光雷达001的采样率超过采样率阈值。
如前所述，当探测通道对应的垂直方向探测角度在角度阈值范围内(比如中间通道)时，其垂直方向的测量角度较小，其实际探测距离较远，相当于测远通道。此时，激光发射器200发射一次激光的飞行时间较长，激光接收器400采集到的采样点数量也较多。此时，为了提高探测精准度，回波信号检测系统600可以采用第一模式1以获取足够多数量的第一采样点来计算噪声信号的标准差。当探测通道对应的垂直方向探测角度在角度阈值范围外(比如上侧或下侧的探测通道)时，其实际探测距离较近，相当于非测远通道。此时，激光发射器200发射一次激光的飞行时间较短，激光接收器400采集到的采样点数量有限。此时，为了提高探测精准度，回波信号检测系统600可以采用第二模式2来计算噪声信号的标准差。所述角度阈值范围可以基于经验取值，也可以基于统计实验的方式获取，还可以基于机器学习的方式获取。
当激光雷达001当前可探测距离超过距离阈值时，相当于远距离探测，此时，激光发射器200发射一次激光的飞行时间较长，激光接收器400采集到的采样点数量也较多。此时，为了提高探测精准度，回波信号检测系统600可以采用第一模式1以获取足够多数量的第一采样点来计算噪声信号的标准差。当激光雷达001的探测距离在距离阈值内时，相当于近距离探测，激光发射器200发射一次激光的飞行时间较短，激光接收器400采集到的采样点的数量有限。此时，为了提高探测精准度，回波信号检测系统600可以采用第二模式2来计算噪声信号的标准差。所述距离阈值可以基于经验取值，也可以基于统计实验的方式获取，还可以基于机器学习的方式获取。在一些实施例中，所述距离阈值可以是一个值，也可以是一个取值范围，比如，距离阈值可以是100m、150m，等等，也可以是100m～150m，等等。
当采样率超过采样率阈值时，在相同时间内，激光接收器400接收到的回波信号中的采样点数量较多。此时，回波信号检测系统600可以采用第一模式1以获取足够多数量的第一采样点来计算噪声信号的标准差。当采样率低于采样率阈值时，在相同时间内，激光接收器400接收到的回波信号中的采样点数量较少。此时，为了提高探测精准度，回波信号检测系统600可以采用第二模式2来计算噪声信号的标准差。所述采样率阈值可以基于经验取值，也可以基于统计实验的方式获取，还可以基于机器学习的方式获取。在一些实施例中，所述采样率阈值可以是一个值，也可以是一个取值范围。
通过上述描述，就可以在第一模式1和第二模式2中选择出一个作为目标模式，因此，该目标模式可以为第一模式1，也可以为第二模式2。
图4示出了根据本发明的一些实施例提供的第一模式1的工作示意图。如图4所示，第一模式1可以包括：
S12：对所述回波信号进行采样，获取多个第一采样点。
在步骤S12中，可以基于模拟数字转换器(Analog-to-Digital Converter，即A/D转换器，简称ADC)对所述回波信号进行采样。ADC通常是指一个将模拟信号转变为数字信号的电子元件。通常的ADC是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。为了方便描述，将第一模式1生成的采样点定义为第一采样点。在一些实施例中，步骤S12可以基于第一速度对所述回波信号进行采样。所述第一速度可以是高速。高速ADC可以是高采样频率的ADC，比如，500MHz～1GHz，甚至更高。高速ADC可以在单位时间内获取更多的采样点，其采样精准度更高。以1GHz的高速ADC为例，1s的时间内可以生成109个采样点。以激光信号的传播速度为3×108m/s为例，当激光雷达001的探测距离为200m时，激光雷达001从发射激光信号到接收到回波信号的一次发光探测的飞行时间为1.33×10-6s，此时，1GHz的高速ADC可以在激光雷达001的一次发光探测的时间内生成1330个采样点。当激光雷达001的探测距离为100m时，激光雷达001从发射激光信号到接收到回波信号的一次发光探测的时间为0.67×10-6s，此时，1GHz的高速ADC可以在激光雷达001的一次发光探测的飞行时间内生成670个采样点。
如前所述，所述回波信号中可以包括所述噪声信号和所述目标信号。因此，所述多个第一采样点中实际存在目标信号。所述检测阈值的大小与所述噪声信号相关。要获取所述检测阈值，需从所述回波信号中提取所述噪声信号。在一些实施例中，噪声信号一般为平稳信号，即噪声信号在一定时间内的幅值的均值、方差稳定或波动较小。而脉冲信号为非平稳信号。因此，噪声信号与目标信号中的脉冲信号的幅值信息有明显区别。图5示出了根据本发明的一些实施例提供的回波信号003的示意图。如图5所示，横轴为时间，纵轴为幅值。脉冲信号005和噪声信号006的幅值信息差别明显。可以基于回波信号的幅值信息，将目标信号从回波信号中删除，从而提取出噪声信号并计算噪声信号的标准差。
如图4所示，第一模式1还可以包括：
S14：设定目标窗口的长度以及移动步长，以所述移动步长移动所述目标窗口依次对所述多个第一采样点进行信号处理，获取每个目标窗口内的第一采样点的特征信息。
所述特征信息可以包括幅值信息的统计信息。所述幅值信息可以是所述第一采样点采样得到的幅值。所述幅值信息的统计信息可以是对所述第一采样点的幅值进行统计学计算得到的值。所述幅值信息的统计信息可以包括幅值信息的均值、熵、方差、标准差、标准差的标准差中的至少一种。熵可以被看作一个系统混乱程度的度量。方差、标准差以及标准差的标准差可以用于评价数据离散程度的度量。
目标窗口的长度和移动步长的类型可以为时间长度。目标窗口的长度以及移动步长可以是任意数，具体可以根据实际应用进行设定，比如，可以对应图5中的横坐标设置目标窗口长度和移动步长。在一些实施例中，回波信号检测系统600可以基于经验值设定目标窗口的长度以及移动步长。在一些实施例中，回波信号检测系统600可以基于统计方式设定目标窗口的长度以及移动步长。在一些实施例中，回波信号检测系统600可以基于机器学习的方式设定目标窗口的长度以及移动步长。在一些实施例中，回波信号检测系统600可以基于第一采样点的数量设定目标窗口的长度以及移动步长。在一些实施例中，为了提高探测精准度，目标窗口的数量不应小于阈值M。为了方便描述，将激光雷达001一次发光探测的飞行时间中所采集的第一采样点的数量定义为N，一个目标窗口中包含的第一采样点的数量为n，移动步长为t个第一采样点。那么，激光雷达001一次发光探测的飞行时间中包含的目标窗口的数量为其中，M的取值可以基于经验值获取，也可以基于统计方式获取，还可以基于机器学习的方式获取。在一些实施例中，目标窗口的长度n可以小于脉冲信号的长度。在一些实施例中，移动步长t也可以小于脉冲信号的长度。在一些实施例中，目标窗口的长度n以及移动步长t需要根据处理器620的设置参数确定，以便于计算机识别。
如图4所示，第一模式1还可以包括：
S16：基于所述特征信息，过滤所述回波信号中的目标信号，得到所述噪声信号。
具体地，步骤S16可以包括：
S16-2：确定所述特征信息超过预设的第一阈值范围的目标窗口中的第一采样点为所述目标信号；
S16-4：将所述目标信号从所述回波信号中删除，得到所述噪声信号。
所述第一阈值范围可以预先存储在回波信号检测系统600中。所述第一阈值范围可以基于经验值获取，也可以基于统计方式获取，还可以基于机器学习的方式获取。在一些实施例中，回波信号检测系统600中可以预先存储有脉冲信号的幅值信息，所述第一阈值范围还可以基于所述脉冲信号计算得到。所述第一阈值范围可以是一个确定的阈值，也可以是一个连续的阈值范围，还可以是多个不连续的阈值范围。所述第一阈值范围可以与所述特征信息的类型相对应。即当特征信息为幅值信息的均值时，所述第一阈值范围可以是均值阈值范围。当特征信息为幅值信息的标准差时，所述第一阈值范围可以是标准差阈值范围。当特征信息为幅值信息的熵时，所述第一阈值范围可以是熵阈值范围。当特征信息为幅值信息的方差时，所述第一阈值范围可以是方差阈值范围。当特征信息为幅值信息的标准差的标准差时，所述第一阈值范围可以是标准差的标准差阈值范围。
以所述特征信号为幅值信息的均值为例，当目标窗口内的第一采样点的幅值信息的均值与均值阈值范围相差较大(即目标窗口内的第一采样点的幅值信息的均值超过均值阈值范围)时，确定当前目标窗口内的第一采样点不是噪声信号，并删除当前目标窗口内的第一采样点。以所述特征信号为幅值信息的标准差为例，当目标窗口内的第一采样点的幅值信息的标准差与标准差阈值范围相差较大(即目标窗口内的第一采样点的幅值信息的标准差超过标准差阈值范围)时，确定当前目标窗口内的第一采样点不是噪声信号，并删除当前目标窗口内的第一采样点。
在一些实施例中，步骤S16可以选择一种特征信息进行噪声信号提取。在一些实施例中，步骤S16可以选择多种特征信息进行噪声信号提取，当目标窗口对应的第一采样点中的一种特征信息超过所述第一阈值范围时，则判定目标窗口中的信号不是噪声信号。
如图4所示，第一模式1还可以包括：
S18：确定所述噪声信号的标准差。具体地，步骤S18可以包括：
S18-2：确定所述噪声信号对应的每个目标窗口的第一采样点的标准差；以及
S18-6：将包含的目标窗口数量最多的标准差作为所述噪声信号的标准差。
步骤S18可以获取过滤后的多个目标窗口中的第一采样点的标准差，并根据标准差的计算结果生成标准差的分布直方图；再将包含的目标窗口数量最多的标准差值作为噪声信号的标准差值。图6示出了根据本发明的一些实施例提供的标准差分布直方图的示意图。横轴为标准差，纵轴为每个标准差包含的目标窗口的分布数量。
在一些实施例中，步骤S18还可以采取其他统计方式，确定标准差的分布结果，比如，曲线图。为了方便描述，将第一模式1生成的噪声信号的标准差标记为σ1。
图7示出了根据本发明的一些实施例提供的第二模式2的工作示意图。如图7所示，第二模式2可以包括：
S22：对所述回波信号进行采样，获取多个第二采样点。
为了方便描述，将第二模式2生成的采样点定义为第二采样点。在步骤S22中，步骤S22可以基于中速或低速ADC，以第二速度对回波信号进行采样。所述第二速度可以是中速或低速。所述第一速度高于第二速度。所述第一采样点的数量高于所述第二采样点的数量。中速或低速ADC可以是中速或低速采样频率的ADC，比如，100MHz～500MHz的中速采样频率，或者小于100MHz～500MHz的低速采样频率，其单位时间内的采样点较高速ADC少。以100MHz的中速ADC为例，1s的时间内可以生成108个采样点。以激光信号的传播速度为3×108m/s为例，当激光雷达001的探测距离为200m时，激光雷达001从发射激光信号到接收到回波信号的一次发光探测的时间为1.33×10-6s，此时，100MHz的中速ADC可以在激光雷达001的一次发光探测的时间内生成133个采样点。当激光雷达001的探测距离为100m时，激光雷达001从发射激光信号到接收到回波信号的一次发光探测的时间为0.67×10-6s，此时，100MHz的中速ADC可以在激光雷达001的一次发光探测的时间内生成67个采样点。
如前所述，要获取所述检测阈值，需从所述回波信号中提取所述噪声信号。如图7所示，第二模式2还可以包括：
S24：基于预设的第二阈值范围，确定所述多个第二采样点中的所述目标信号，过滤所述回波信号中的所述目标信号，得到所述噪声信号。具体地，步骤S24可以基于所述第二采样点的幅值判断所述第二采样点是否属于目标信号。
所述第二阈值范围可以预先存储在回波信号检测系统600中。所述第二阈值范围可以基于经验值获取，也可以基于统计方式获取，还可以基于机器学习的方式获取。在一些实施例中，回波信号检测系统600中可以预先存储有脉冲信号的幅值信息，所述第二阈值范围还可以基于所述脉冲信号计算得到。所述第二阈值范围可以是一个确定的阈值，也可以是一个连续的阈值范围，还可以是多个不连续的阈值范围。为了方便描述，以所述第二阈值范围是一个连续的阈值范围为例进行描述。所述第二阈值范围可以包括位于第二阈值上限和第二阈值下限之间的部分。所述第二阈值上限大于所述第二阈值下限。
在一些实施例中，当所述第二采样点的幅值位于所述第二阈值范围之外时，步骤S24可以将所述第二阈值范围外的第二采样点判定为目标信号。在一些实施例中，为了提高探测精准度，步骤S24不仅可以将所述第二阈值范围外的第二采样点判定为目标信号，还可以将位于第二阈值范围内且位于所述第二阈值上限附近或所述第二阈值下限附近的至少一个第二采样点判定为目标信号。在一些实施例中，步骤S24可以将在所述第二阈值范围内，并与所述第二阈值上限之外的第二采样点相邻的至少一个第二采样点判定为所述目标信号。在一些实施例中，为了提高探测精准度，步骤S24还可以对负向脉冲信号进行过滤。通常大脉冲信号，会产生从底部慢慢向基线恢复的采样波形，即所述负向脉冲信号。负向脉冲信号的幅值小于噪声信号，需要通过第二阈值下限进行过滤。步骤S24可以将小于第二阈值下限的第二采样点判定为目标信号进行过滤。在一些实施例中，步骤S24还可以将在所述第二阈值范围内呈单调递增，并与所述第二阈值下限的第二采样点相邻的连续多个第二采样点为所述目标信号。
图8示出了根据本发明的一些实施例提供的第二采样点的示意图。其中，横轴为时间，纵轴为幅值。一般正向脉冲信号的幅值大于噪声信号，因此，正向脉冲信号需要通过第二阈值上限进行过滤。步骤S24可以将大于第二阈值上限的第二采样点判定为目标信号并过滤，还可以将大于第二阈值上限的第二采样点附近的q个第二采样点作为目标信号过滤。q可以为任意正整数，比如1、2、3甚至更大，等等。负向脉冲信号的幅值小于噪声信号，需要通过第二阈值下限进行过滤。步骤S24可以将小于第二阈值下限的第二采样点判定为目标信号进行过滤，还可以将位于其后的在第二阈值范围内的单调上升的若干个连续的第二采样点判定为目标信号并过滤。
如图8所示，以q＝2为例，在以第二阈值上限对正向脉冲信号进行过滤时，当第n个第二采样点到第n+m-1个第二采样点均超过第二阈值上限，而第n-1个第二采样点和第n+m个第二采样点在第二阈值范围内时，步骤S24可以将第n-2，n-1，n，……，n+m+1个第二采样点均判定为目标信号，并过滤。
如图8所示，在以第二阈值下限对负向脉冲信号进行过滤时，当第n-p个第二采样点到第n个第二采样点均在第二阈值下限以下，第n-p-1个第二采样点在第二阈值范围内，第n+1个第二采样点在第二阈值范围内，若第n+2个第二采样点在第二阈值范围内且大于等于第n+1个第二采样点，若第n+3个第二采样点在第二阈值范围内且大于等于第n+2个第二采样点，直到第n+m个第二采样点在第二阈值范围内且小于第n+m-1个第二采样点时，步骤S24可以将第n，n+1，n+2，n+3，……，n+m个的第二采样点判定为目标信号，并过滤。
在一些实施例中，步骤S24还可以采取其他方式过滤所述目标信号。比如，步骤S24可以计算所述多个第二采样点中，相邻的两个第二采样点的斜率，当连续三个第二采样点中任意两点之间的斜率大于预先设定的斜率阈值时，步骤S24判定当前的三个第二采样点均为目标信号。
如图7所示，第二模式2还可以包括：
S26：将所述噪声信号对应的第二采样点的标准差作为所述噪声信号的标准差。
所述噪声信号中包含的第二采样点的数量越多，噪声信号的标准差的精准度越高。当所述噪声信号中包含的第二采样点的数量高于预设的阈值时，基于噪声信号中包含的第二采样点获取噪声信号的标准差。当所述噪声信号中包含的第二采样点的数量低于预设的阈值时，将噪声信号的标准差设定为默认值。
为了方便描述，将第二模式2生成的噪声信号的标准差标记为σ2。
综上所述可知，在第一模式1中采用第一速度采样获取更多数量的第一采样点。当采样点数量足够多时，采用以移动步长移动目标窗口的方式计算噪声信号的标准差的精准度更高。而在第二模式2中采用第二速度采样获取的第二采样点的数量较少，不足以采用以移动步长移动目标窗口的方式计算，因此采用整体计算的方式计算噪声信号的标准差的精准度更高。
如图3所示，步骤S160还可以包括：
S164：基于所述目标模式，确定所述噪声信号的标准差。
步骤S164的具体内容可参见第一模式1和第二模式2的具体内容，本发明在此不再赘述。
如图3所示，步骤S160还可以包括：
S168：基于所述噪声信号的均值和标准差，生成检测阈值。
具体地，步骤S168可以包括：基于所述噪声信号的均值μ、标准差σ以及预设的虚警概率，确定所述检测阈值η，使得所述噪声信号超过所述检测阈值η的概率小于所述虚警概率。在一些实施例中，虚警概率也可以是噪声信号中大于检测阈值的噪声信号的概率。如前所述，在步骤S160中，所述方法P100可以输出所述噪声信号的均值和标准差。所述检测阈值η的公式可以表示为η＝μ+bσ。当目标模式为第一模式1时，μ＝μ1，σ＝σ1。当目标模式为第二模式2时，μ＝μ2，σ＝σ2。其中，b为标准差倍数。b的取值与虚警概率有关。虚警概率越高，b的取值越小；虚警概率越低，b的取值越大。步骤S160中，回波信号检测系统600可以基于预设的虚警概率，结合正态分布概率表，就可以得到具体的b。
在一些实施例中，如图3所示，在步骤S168之前，步骤S160还可以包括：
S166：基于所述工作环境参数，确定与所述工作环境参数对应的所述检测阈值等级，从而确定与所述检测阈值等级对应的虚警概率。
如前所述，所述检测阈值等级与虚警概率负相关，所述工作环境参数与所述检测阈值等级正相关。回波信号检测系统600可以基于所述工作环境参数，确定与之对应的检测阈值等级，从而确定与检测阈值等级对应的虚警概率的值，并通过结合正态分布概率表，就可以得到具体的b。回波信号检测系统600中可以预先存储有工作环境参数、检测阈值等级以及虚警概率之间的对应关系。
如图2所示，所述方法P100还可以包括：
S180：将所述回波信号与所述检测阈值对比，并输出所述回波信号中的目标物体反射的目标信号。
步骤S180可以是：将所述回波信号中超过所述检测阈值的信号作为所述目标信号并输出。
需要说明的是，在一些实施例中，步骤S180中将回波信号与检测阈值进行对比的方式可能不同。在一些实施例中，步骤S180可以是直接将ADC采样器采集的回波信号的采样点与检测阈值进行对比。此时，步骤S180可以直接将采样点与检测阈值进行对比。在一些实施例中，步骤S180可以是基于比较器将回波信号与检测阈值进行对比。此时，步骤S180需要通过比较器对回波信号进行采样，并与检测阈值进行对比。由于比较器在对比时采用的信号是电压信号，而检测阈值在计算时采用的信号是ADC信号，因此，需要将检测阈值转换为电压信号再输入比较器进行比较。由于ADC和比较器存在器件差异和温度变化的影响，在单位转换时需要实时更新校准值，以确保设置正确。为了方便描述，将ADC信号的检测阈值标记为ADC阈值，将ADC阈值转换为电压信号后的阈值标记为DAC阈值。图9示出了根据本发明的一些实施例提供的阈值校准的示意图。如图9所示，将回波信号分为两路，一路直接进行ADC采样，另一路进入比较器。ADC采样输出ADC阈值后进入DAC，DAC进行统计、配置和阈值转换，输出DAC阈值，然后DAC阈值进入比较器另一端，与回波信号做比较，从而实现阈值校准。比较器向时间数字转换器TDC输出经回波信号和DAC阈值比较后的信号，时间数字转换器TDC根据比较器的输出信号获得数字化的时间信息。
综上所述，本发明提供的基于动态阈值的回波信号检测方法P100，能够基于激光雷达001的特征参数和噪声信号来获取检测阈值，不同的特征参数下可以选择不同模式的检测阈值获取方法，以提高回波信号的检测阈值的精准度，从而提升回波信号检测的探测概率和探测精准度。
本发明还提供一种回波信号检测系统600，并被配置为执行本发明提供的基于动态阈值的回波信号检测方法P100。具体地，被配置为：
获取至少一个特征参数，所述至少一个特征参数表征所述激光雷达的工作条件；
获取所述激光雷达采集的回波信号，所述回波信号中至少包括噪声信号；
基于所述至少一个特征参数选择回波信号的处理模式，利用该处理模式探测所述噪声信号，并调整检测阈值；以及
将所述回波信号与所述检测阈值对比，并输出所述回波信号中的目标物体反射的目标信号。
图10示出了根据本发明的一些实施例提供的回波信号检测系统600的示例性硬件示意图。如图10所示，回波信号检测系统600可以包括至少一个存储介质630和至少一个处理器620。
存储介质630可以包括数据存储装置。所述数据存储装置可以是非暂时性存储介质，也可以是暂时性存储介质。比如，所述数据存储装置可以包括磁盘632、只读存储介质(ROM)634或随机存取存储介质(RAM)636中的一种或多种。存储介质630还包括存储在所述数据存储装置中的至少一个指令集。所述至少一个指令集用于执行基于动态阈值的回波信号检测的方法P100。所述指令是计算机程序代码，所述计算机程序代码可以包括执行本发明提供的基于动态阈值的回波信号检测方法P100的程序、例程、对象、组件、数据结构、过程、模块等等。
至少一个处理器620可以同至少一个存储介质630以及通信端口650通过内部通信总线610通信连接。至少一个处理器620用以执行上述至少一个指令集。当回波信号检测系统600运行时，至少一个处理器620读取所述至少一个指令集，并且根据所述至少一个指令集的指示执行本发明提供的基于动态阈值的回波信号检测方法P100。处理器620可以执行基于动态阈值的回波信号检测方法P100包含的所有步骤。处理器620可以是一个或多个处理器的形式，在一些实施例中，处理器620可以包括一个或多个硬件处理器，例如微控制器，微处理器，精简指令集计算机(RISC)，专用集成电路(ASIC)，特定于应用的指令集处理器(ASIP)，中央处理单元(CPU)，图形处理单元(GPU)，物理处理单元(PPU)，微控制器单元，数字信号处理器(DSP)，现场可编程门阵列(FPGA)，高级RISC机器(ARM)，可编程逻辑器件(PLD)，能够执行一个或多个功能的任何电路或处理器等，或其任何组合。仅仅为了说明问题，在本发明中回波信号检测系统600中仅描述了一个处理器620。然而，应当注意，本发明中回波信号检测系统600还可以包括多个处理器，因此，本发明中披露的操作和/或方法步骤可以如本发明所述的由一个处理器执行，也可以由多个处理器联合执行。例如，如果在本发明中回波信号检测系统600的处理器620执行步骤A和步骤B，则应该理解，步骤A和步骤B也可以由两个不同处理器620联合或分开执行(例如，第一处理器执行步骤A，第二处理器执行步骤B，或者第一和第二处理器共同执行步骤A和B)。
在一些实施例中，处理器620可以包括均值计算模块621、控制模块622、标准差计算模块624、检测阈值计算模块626以及检测模块628。
均值计算模块621工作时被配置为基于所述回波信号计算噪声信号的均值。
在一些实施例中，控制模块622工作时被配置为基于激光雷达001的至少一个特征参数，生成与至少一个特征参数对应的控制信号。所述控制信号可以包括第一控制信号或第二控制信号。其中，所述第一控制信号与第一模式1相对应。所述第二控制信号与第二模式2相对应。控制模块622还可以根据所述控制信号选择与所述控制信号对应的目标模式。当所述控制信号为所述第一控制信号时，控制模块622选择第一模式1；当所述控制信号为所述第二控制信号时，控制模块622选择第二模式2。所述控制信号可以是任意形式的信号，比如，所述第一控制信号可以是信号1，所述第二控制信号可以是信号2，再比如，所述第一控制信号可以是信号01，所述第二控制信号可以是信号02，等等。
在一些实施例中，控制模块622工作时还可以被配置基于所述至少一个特征参数，生成与所述至少一个特征参数对应的检测阈值等级。其中，所述检测阈值等级与虚警概率负相关。即虚警概率越高，检测阈值等级越低，虚警概率越低，检测阈值等级越高。当噪声信号确定时，检测阈值等级越高，代表检测阈值越高，对应的虚警概率越低，把噪声信号检测成目标信号的概率越低；检测阈值等级越低，代表检测阈值越低，对应的虚警概率越高，把噪声信号检测成目标信号的概率越高。
在一些实施例中，标准差计算模块624工作时可以被配置为接收控制模块622输出的所述控制信号以及所述回波信号，基于所述控制信号，通过目标模式对所述回波信号进行信号处理，以从所述回波信号中确定噪声信号以及所述噪声信号的标准差。标准差计算模块624可以包括第一模块624-1和第二模块624-2。第一模块624-1对应的是第一模式1。第二模块624-2对应的是第二模式2。当所述控制信号为所述第一控制信号时，所述目标模式为第一模式1，标准差计算模块624采用第一模块624-1中的第一模式1对所述回波信号进行信号处理。当所述控制信号为所述第二控制信号时，所述目标模式为第二模式2，标准差计算模块624采用第二模块624-2中的第二模式2对所述回波信号进行信号处理。
在一些实施例中，检测阈值计算模块626工作时可以被配置为接收均值计算模块621和标准差计算模块624输出的所述噪声信号的均值和标准差，检测阈值计算模块626在接收到所述噪声信号的均值和标准差之后，便可以根据均值、标准差以及预设虚警概率，利用检测阈值公式输出检测阈值。在一些实施例中，检测阈值计算模块626工作时还可以被配置为接收控制模块622输出的检测阈值等级。在一些实施例中，检测阈值计算模块626工作时可以基于所述噪声信号的均值和标准差以及所述检测阈值等级，计算所述检测阈值并输出。
在一些实施例中，检测模块628工作时可以被配置为接收检测阈值计算模块626输出的所述检测阈值以及所述回波信号，并将所述回波信号与所述检测阈值对比，输出所述回波信号中的目标信号。
图11示出了根据本发明的一些实施例提供的第一模块624-1的示意图。如图11所示，第一模块624-1可以包括第一采样模块624-12、特征信息生成模块624-14、第一噪声生成模块624-16以及第一噪声标准差生成模块624-18。
第一采样模块624-12工作时可以被配置为对回波信号进行采样，以生成多个第一采样点。第一采样模块624-12可以是高速ADC。
特征信息生成模块624-14工作时可以被配置为基于第一采样模块624-12输出的多个第一采样点，设定目标窗口的长度以及移动步长，以移动步长移动目标窗口的方式对多个第一采样点进行信号处理，获取每个目标窗口内的第一采样点的特征信息。
第一噪声生成模块624-16工作时可以被配置为基于特征信息生成模块624-14输出的所述特征信息，过滤所述回波信号中的目标信号，确定所述噪声信号。
第一噪声标准差生成模块624-18工作时可以被配置为基于所述噪声信号，生成所述噪声信号的标准差。
图12示出了根据本发明的一些实施例提供的第二模块624-2的示意图。如图12所示，第二模块624-2可以包括第二采样模块624-22、第二噪声生成模块624-26以及第二噪声标准差生成模块624-28。
第二采样模块624-22工作时可以被配置为对回波信号进行采样，以生成多个第二采样点。在一些实施例中，第二采样模块624-22可以是中速或低速ADC。
第二噪声生成模块624-26工作时可以被配置为基于第二采样模块624-22输出的所述多个第二采样点，确定所述多个第二采样点中的目标信号，并从所述回波信号中过滤掉所述目标信号，从而得到所述噪声信号。
第二噪声标准差生成模块624-28工作时可以被配置为基于所述噪声信号，生成所述噪声信号的标准差。
本发明另一方面提供一种非暂时性存储介质，存储有至少一组基于动态阈值的回波信号检测的可执行指令。当所述可执行指令被处理器执行时，所述可执行指令指导所述处理器实施本发明所述的基于动态阈值的回波信号检测方法P100的步骤。在一些可能的实施方式中，本发明的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码。当所述程序产品在回波信号检测系统600上运行时，所述程序代码用于使回波信号检测系统600执行本发明描述的基于动态阈值的回波信号检测的步骤。用于实现上述方法的程序产品可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)包括程序代码，并可以在回波信号检测系统600上运行。然而，本发明的程序产品不限于此，在本发明中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统(例如处理器620)使用或者与其结合使用。所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。所述计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在回波信号检测系统600上执行、部分地在回波信号检测系统600上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在回波信号检测系统600上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备上执行。
上述对本发明特定实施例进行了描述。其他实施例在所附权利要求书的范围内。在一些情况下，在权利要求书中记载的动作或步骤可以按照不同于实施例中的顺序来执行并且仍然可以实现期望的结果。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者是可能有利的。
综上所述，在阅读本详细公开内容之后，本领域技术人员可以明白，前述详细公开内容可以仅以示例的方式呈现，并且可以不是限制性的。尽管这里没有明确说明，本领域技术人员可以理解本发明需求囊括对实施例的各种合理改变，改进和修改。这些改变，改进和修改旨在由本发明提出，并且在本发明的示例性实施例的精神和范围内。
此外，本发明中的某些术语已被用于描述本发明的实施例。例如，“一个实施例”，“实施例”和/或“一些实施例”意味着结合该实施例描述的特定特征，结构或特性可以包括在本发明的至少一个实施例中。因此，可以强调并且应当理解，在本发明的各个部分中对“实施例”或“一个实施例”或“替代实施例”的两个或更多个引用不一定都指代相同的实施例。此外，特定特征，结构或特性可以在本发明的一个或多个实施例中适当地组合。
应当理解，在本发明的实施例的前述描述中，为了帮助理解一个特征，出于简化本发明的目的，本发明将各种特征组合在单个实施例、附图或其描述中。然而，这并不是说这些特征的组合是必须的，本领域技术人员在阅读本发明的时候完全有可能将其中一部分设备标注出来作为单独的实施例来理解。也就是说，本发明中的实施例也可以理解为多个次级实施例的整合。而每个次级实施例的内容在于少于单个前述公开实施例的所有特征的时候也是成立的。
本文引用的每个专利，专利申请，专利申请的出版物和其他材料，例如文章，书籍，说明书，出版物，文件，物品等，可以通过引用结合于此。用于所有目的的全部内容，除了与其相关的任何起诉文件历史，可能与本文件不一致或相冲突的任何相同的，或者任何可能对权利要求的最宽范围具有限制性影响的任何相同的起诉文件历史。现在或以后与本文件相关联。举例来说，如果在与任何所包含的材料相关联的术语的描述、定义和/或使用与本文档相关的术语、描述、定义和/或之间存在任何不一致或冲突时，使用本文件中的术语为准。
最后，应理解，本文公开的申请的实施方案是对本发明的实施方案的原理的说明。其他修改后的实施例也在本发明的范围内。因此，本发明披露的实施例仅仅作为示例而非限制。本领域技术人员可以根据本发明中的实施例采取替代配置来实现本发明中的申请。因此，本发明的实施例不限于申请中被精确地描述过的实施例。

Claims (21)

1.一种基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，用于激光雷达，包括：
获取至少一个特征参数，所述至少一个特征参数表征所述激光雷达的工作条件；
获取所述激光雷达采集的回波信号，所述回波信号中至少包括噪声信号；
基于所述至少一个特征参数选择回波信号的处理模式，利用该处理模式探测所述噪声信号，并调整检测阈值；以及
将所述回波信号与所述检测阈值对比，并输出所述回波信号中的目标物体反射的目标信号。
2.如权利要求1所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述至少一个特征参数包括垂直方向探测角度、探测距离以及采样率中的至少一个。
3.如权利要求2所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述基于所述至少一个特征参数选择回波信号的处理模式，利用该处理模式探测所述噪声信号，并调整检测阈值，包括：
确定所述噪声信号的均值；
基于所述至少一个特征参数，从预设的第一模式和第二模式中选择一个作为目标模式；
基于所述目标模式，确定所述噪声信号的标准差；以及
基于所述噪声信号的均值和标准差，生成所述检测阈值。
4.如权利要求3所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述第一模式包括：
基于第一速度对所述回波信号进行采样，获取多个第一采样点；
设定目标窗口的长度以及移动步长，以所述移动步长移动所述目标窗口依次对所述多个第一采样点进行信号处理，获取每个目标窗口内的第一采样点的特征信息；
基于所述特征信息，过滤所述回波信号中的所述目标信号，得到所述噪声信号；以及
确定所述噪声信号的标准差。
5.如权利要求4所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述特征信息包括幅值信息的统计信息，所述幅值信息的统计信息包括幅值信息的均值、熵、方差、标准差以及标准差的标准差中的至少一种。
6.如权利要求4所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述基于所述特征信息，过滤所述回波信号中的所述目标信号，得到所述噪声信号，包括：
确定所述特征信息超过预设的第一阈值范围的目标窗口中的第一采样点为所述目标信号；
将所述目标信号从所述回波信号中删除，得到所述噪声信号。
7.如权利要求4所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述确定所述噪声信号的标准差，包括：
确定所述噪声信号对应的每个目标窗口的第一采样点的标准差；以及
将包含的目标窗口数量最多的标准差作为所述噪声信号的标准差。
8.如权利要求3所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述第二模式包括：
基于第二速度对所述回波信号进行采样，获取多个第二采样点；
基于预设的第二阈值范围，确定所述多个第二采样点中的所述目标信号，过滤所述回波信号中的所述目标信号，得到所述噪声信号；
确定所述噪声信号的标准差。
9.如权利要求8所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述基于预设的第二阈值范围，确定所述多个第二采样点中的所述目标信号，包括：确定在所述第二阈值范围外的第二采样点为所述目标信号。
10.如权利要求9所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述第二阈值范围包括第二阈值上限和第二阈值下限，所述基于预设的第二阈值范围，确定所述多个第二采样点中的所述目标信号，还包括：
确定在所述第二阈值范围内，并与所述第二阈值上限的第二采样点相邻的至少一个第二采样点为所述目标信号。
11.如权利要求9所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述第二阈值范围包括第二阈值上限和第二阈值下限，所述基于预设的第二阈值范围，确定所述多个第二采样点中的所述目标信号，还包括：
确定在所述第二阈值范围内呈单调递增，并与所述第二阈值下限的第二采样点相邻的连续多个第二采样点为所述目标信号。
12.如权利要求8所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述确定所述噪声信号的标准差，包括：
将所述噪声信号对应的第二采样点的标准差作为所述噪声信号的标准差。
13.如权利要求3所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述基于所述至少一个特征参数，从预设的第一模式和第二模式中选择一个作为目标模式，包括：
确定所述至少一个特征参数满足第一预设条件，将所述第一模式作为所述目标模式；或者
确定所述至少一个特征参数不满足所述第一预设条件，将所述第二模式作为所述目标模式，
其中，所述第一预设条件包括以下情况中的至少一种：
所述回波信号对应的垂直方向探测角度在角度阈值范围内；
所述激光雷达当前可探测距离超过距离阈值；以及
所述回波信号的采样率超过采样率阈值。
14.如权利要求3所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述基于所述噪声信号的均值和标准差，生成所述检测阈值，包括：
基于所述噪声信号的均值、标准差以及预设的虚警概率，确定所述检测阈值，使得所述噪声信号超过所述检测阈值的概率小于所述虚警概率。
15.如权利要求14所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述至少一个特征参数还包括工作环境参数，所述工作环境参数表征所述激光雷达工作时所处环境的状态。
16.如权利要求15所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述基于所述至少一个特征参数选择回波信号的处理模式，利用该处理模式探测所述噪声信号，并调整检测阈值，还包括：
基于所述工作环境参数，确定与所述工作环境参数对应的所述检测阈值等级，从而确定与所述检测阈值等级对应的虚警概率。
17.如权利要求4所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述确定所述噪声信号的均值，包括：
确定所述噪声信号对应的每个目标窗口的第一采样点的均值；以及
将包含的目标窗口数量最多的均值作为所述噪声信号的均值。
18.如权利要求3所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述确定所述噪声信号的均值，包括：
分别获取每个探测通道中的所述噪声信号的均值；以及
将同一列/行内的所有探测通道的所述噪声信号的均值的平均值作为当前列中的所有探测通道的所述噪声信号的均值。
19.如权利要求1所述的基于动态阈值的回波信号检测方法，其特征在于，所述将所述回波信号与所述检测阈值对比，并输出所述回波信号中的目标物体反射的目标信号，包括：
将所述回波信号中超过所述检测阈值的信号作为所述目标信号并输出。
20.一种基于动态阈值的回波信号检测系统，其特征在于，包括：
至少一个存储介质，存储有至少一个指令集，用于基于动态阈值的回波信号检测；以及
至少一个处理器，同所述至少一个存储介质通信连接，
其中，当所述基于动态阈值的回波信号检测系统运行时，所述至少一个处理器读取所述至少一个指令集并实施权利要求1至19中任一项所述的基于动态阈值的回波信号检测方法。
21.一种激光雷达，其特征在于，包括：
激光发射器，工作时向外发射激光信号；
激光接收器，工作时接收目标物体反射的回波信号，所述回波信号中包括噪声信号；以及
权利要求20所述的基于动态阈值的回波信号检测系统，工作时与所述激光接收器通信连接。
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