CN118259268A - 光源线性度检测、线性调频控制方法、系统及激光雷达 - Google Patents

光源线性度检测、线性调频控制方法、系统及激光雷达 Download PDF

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CN118259268A
CN118259268A CN202211698253.1A CN202211698253A CN118259268A CN 118259268 A CN118259268 A CN 118259268A CN 202211698253 A CN202211698253 A CN 202211698253A CN 118259268 A CN118259268 A CN 118259268A
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毛剑豪
潘政清
卢炤宇
向少卿
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Hesai Technology Co Ltd
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Abstract

本说明书实施例提供一种在FMCW激光雷达中使用的光源线性度检测、线性调频控制方法、系统及FMCW激光雷达。所述光源线性度检测方法包括：以部分所发射的光信号作为检测光信号；将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号；根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，获取线性度检测结果。采用上述方案，能够对FMCW激光雷达的光源的线性度进行实时检测，从而保障激光雷达探测结果的可靠性。

Description

光源线性度检测、线性调频控制方法、系统及激光雷达
技术领域
本说明书实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种在FMCW激光雷达中使用的光源线性度检测、线性调频控制方法、系统及FMCW激光雷达。
背景技术
调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)激光雷达发射连续调频激光作为探测光，被障碍物反射回来的回波信号与相应的探测光信号之间有一定的频移，通过测量频移可以获得障碍物的距离和速度信息，进而实现空间探测。
为了能够高效准确地进行测距，必须确保探测光信号的频率是随时间线性变化的，目前FMCW激光雷达的光源主要通过外调制和直调两种方式获得线性扫频光信号。其中，外调制光源在激光器之后，通过独立的电光调制器在激光器输出的激光上加载调制信号，以获得线性调频光。直调光源是基于激光器输出频率受电流和温度的影响，通过控制电流来实现激光器的调制。
但是，上述电光调制器的价格较高，并且电光调制器还需要配备相应的驱动信号源，其价格也较高，因此不利于量产及应用。此外，电光调制器的工作温度范围较窄。
而直调光源容易受到温度、噪声等影响，也就是温度、噪声会有损光信号的频率随时间变化的线性度。为了缓解这个问题，现有技术采用光学锁相环对光源的线性度进行检测，但是检测周期较长，无法正确反映光源的实时线性度。
因此，如何高效且低成本地对FMCW激光雷达的光源的线性度进行实时检测，以保障激光雷达探测结果的可靠性，有待本领域技术人员解决。
发明内容
有鉴于此，本说明书实施例提供一种在FMCW激光雷达中使用的光源线性度检测、线性调频控制方法、系统及FMCW激光雷达，能够对FMCW激光雷达的光源的线性度进行实时检测，从而保障激光雷达探测结果的可靠性。
首先，本说明书实施例提供一种在FMCW激光雷达中使用的光源线性度检测方法，包括：
以部分所发射的光信号作为检测光信号；
将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号；
根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，获取线性度检测结果。
可选地，所述根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，获取线性度检测结果，包括：
获取所述拍频信号的瞬时相位；
获取所述拍频信号的瞬时相位与在同一采样时刻所预设的标准拍频信号的瞬时相位之间的偏差；
根据所述偏差，获取线性度检测结果。
可选地，所述获取所述拍频信号的瞬时相位，包括：
将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号；
基于所述正交信号，获取所述拍频信号的瞬时相位。
可选地，所述将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号，包括：
将所述拍频信号表示为相位随时间变化的余弦曲线；
通过有限脉冲响应滤波器对所述拍频信号进行相移，得到相位随时间变化的正弦曲线，作为所述拍频信号的正交信号。
可选地，基于所述正交信号，获取所述拍频信号的瞬时相位，包括：
基于拍频信号的余弦曲线和正弦曲线获取拍频信号的正切曲线；
基于所述拍频信号的正切曲线获取拍频信号的反正切曲线，作为所述拍频信号的瞬时相位。
可选地，在所述基于所述拍频信号的正切曲线获取拍频信号的反正切曲线，作为所述拍频信号的瞬时相位，还包括：
将拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系，转换为呈连续变化的对应关系。
可选地，所述将拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系，转换为呈连续变化的对应关系，包括：
在确定所述拍频信号的相位发生跳变时，在所述跳变时刻之后的时段对应的拍频信号的相位上，叠加所述拍频信号的周期相位差。
本说明书实施例还提供一种光源线性调频控制方法，包括：
以部分所发射的光信号作为检测光信号；
将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号；
根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对发射的光信号进行调整。
可选地，所述根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对发射的光信号进行调整，包括：
基于所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差获取校正信号；
将所述校正信号与预设的预校正信号进行叠加，得到驱动信号；
基于所述驱动信号对发射的光信号进行调整。
可选地，所述基于所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差获取校正信号，包括：
通过线性控制器获取校正信号。
本说明书实施例还提供一种光源线性度检测系统，与光源耦接，包括：
干涉处理模块，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，其中，所述检测光信号为光源发射的部分光信号；
数据处理模块，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，并根据所述偏差，获取线性度检测结果。
本说明书实施例还提供一种光源线性调频控制系统，与光源耦接，包括：
干涉处理模块，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，其中，所述检测光信号为光源发射的部分光信号；
数据处理模块，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差；
反馈控制模块，适于根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对发射的光信号进行调整，以得到线性调频的光信号。
本说明书实施例还提供一种FMCW激光雷达，包括：光源、干涉处理模块、数据处理模块，其中：
所述光源，适于发射光信号，其中部分光信号作为检测光信号，部分光信号作为探测光信号；
所述干涉处理模块，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号；
所述数据处理模块，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，并根据所述偏差，获取线性度检测结果。
可选地，所述FMCW激光雷达还包括探测器，其中：
所述光源，适于发射线性调频的光信号，作为所述探测光信号，且所述线性调频的光信号一部分被传输至所述探测器，作为本振光；
所述探测器，适于接收所述探测光信号经障碍物反射回到雷达的探测回波信号；
所述数据处理模块，还适于基于所述本振光和所述探测回波信号，获取障碍物的距离和速度。
可选地，所述数据处理模块，还适于根据所述探测回波信号相对于所述本振光的多普勒频移，计算获得障碍物的距离和速度。
可选地，所述干涉处理模块包括：不等臂长光纤干涉仪。
可选地，所述获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，包括：
获取所述拍频信号的瞬时相位；
获取所述拍频信号的瞬时相位与在同一采样时刻所预设的标准拍频信号的瞬时相位之间的偏差。
可选地，所述获取所述拍频信号的瞬时相位，包括：
将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号；
基于所述正交信号，获取所述拍频信号的瞬时相位。
本说明书实施例还提供一种FMCW激光雷达，包括：光源、干涉处理模块、数据处理模块及反馈控制模块，其中：
所述光源，适于发射光信号，其中部分光信号作为检测光信号，部分光信号作为探测光信号；
所述干涉处理模块，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号；
所述数据处理模块，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差；
所述反馈控制模块，适于根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对光源发射的光信号进行调整，以得到线性调频的光信号。
可选地，所述FMCW激光雷达还包括探测器，其中：
所述光源，适于发射线性调频的光信号，作为所述探测光信号，且所述线性调频的光信号一部分被传输至所述探测器，作为本振光；
所述探测器，适于接收所述探测光信号经障碍物反射回到雷达的探测回波信号；
所述数据处理模块，还适于基于所述本振光和所述探测回波信号，获取障碍物的距离和速度。
可选地，所述数据处理模块，还适于根据所述探测回波信号相对于所述本振光的多普勒频移，计算获得障碍物的距离和速度。
可选地，所述干涉处理模块包括：不等臂长光纤干涉仪。
可选地，所述获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，包括：
获取所述拍频信号的瞬时相位；
获取所述拍频信号的瞬时相位与在同一采样时刻所预设的标准拍频信号的瞬时相位之间的偏差。
可选地，所述获取所述拍频信号的瞬时相位，包括：
将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号；
基于所述正交信号，获取所述拍频信号的瞬时相位。
采用本说明书实施例提供的光源线性度检测方法，以部分所发射的光信号作为检测光信号，将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，进而根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，可以获取线性度检测结果。采用此方法进行光源线性度检测，一方面，由于不需要额外配置器件，因此检测成本低；另一方面，由于可以仅以光源部分所发射的光信号作为检测光信号进行检测，因此不影响所述光源用于正常探测；另外，还可以保障检测的实时性，因此能够有效保障激光雷达探测结果的可靠性。
进一步地，通过获取所述拍频信号的相位与时间之间的对应关系，可以比较在同一时刻，也就是于拍频信号的采样时刻，拍频信号瞬时相位与预设标准拍频信号的瞬时相位，得到他们之间的偏差，从而可以基于所述偏差，获取线性度检测结果。由于根据拍频信号的相位与时间之间的对应关系，可以在任意时刻对拍频信号进行采样，从而获得拍频信号和预设标准拍频信号之间的实时偏差，可以进一步提高检测的实时性。
进一步地，通过将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号，进而基于所述正交信号获取所述拍频信号的瞬时相位，可以对拍频信号中的噪声进行量化，从而能够保障获取的瞬时相位的准确性，进而提高检测结果的准确性。
进一步地，由于有限脉冲响应滤波器可以实时对所述拍频信号进行相移，而不需要基于完整的扫频段，因而通过将所述拍频信号表示为相位随时间变化的余弦曲线，并通过有限脉冲响应滤波器对所述拍频信号进行相移，得到相位随时间变化的正弦曲线，作为所述拍频信号的正交信号，能够实时获取拍频信号的正交信号，故而可以提高检测的实时性。
进一步地，基于拍频信号的余弦曲线和正弦曲线获取拍频信号的正切曲线，进而基于所述拍频信号的正切曲线获取拍频信号的反正切曲线，作为所述拍频信号的瞬时相位，可以避免噪声对检测结果的影响，能够进一步提高检测结果的准确性。
进一步地，通过将拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系转换为呈连续变化的对应关系，可以避免拍频信号的相位在周期跳变时刻出现误差或异常，能够进一步提高检测结果的准确性。
进一步地，在确定所述拍频信号的相位发生跳变时，通过在所述跳变时刻之后的时段对应的拍频信号的相位上叠加上所述拍频信号的周期相位差，可以有效实现将拍频信号的相位与时间之间的对应关系转换为呈连续变化的对应关系，可以避免拍频信号的相位在周期跳变时刻出现误差或异常，能够进一步提高检测结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了本说明书实施例中一种在FMCW激光雷达中使用的光源线性度检测方法的流程图；
图2a示出了本说明书实施例中对同一个线性扫频光信号经不等长延迟后的两路检测光信号的频率示意图；
图2b示出了图2a所示的两路检测光信号的拍频信号示意图；
图3示出了本说明书实施例中一种获取线性度检测结果的方法的流程图；
图4示出了本说明书实施例中一种获取所述拍频信号的瞬时相位的方法的流程图；
图5示出了本说明书实施例中一种获取拍频信号的正交信号的方法的流程图；
图6示出了本说明书实施例中一种两路检测光信号的拍频信号及其正交信号的相位示意图；
图7示出了本说明书实施例中一种基于所述正交信号获取所述拍频信号的瞬时相位的方法的流程图；
图8示出了本说明书实施例中一种两路检测光信号的拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系示意图；
图9示出了本说明书实施例中一种呈连续变化的拍频信号的相位与时间之间的对应关系示意图；
图10示出了本说明书实施例中一种光源线性度检测系统的结构示意图；
图11示出了本说明书实施例中一种光源线性调频控制方法的流程图；
图12示出了本说明书实施例中一种对发射的光信号进行调整的方法的流程图；
图13示出了本说明书实施例中一种光源线性调频控制系统的结构示意图；
图14示出了本说明书实施例中一种FMCW激光雷达的结构示意图；
图15示出了本说明书实施例中另一种FMCW激光雷达的结构示意图；
图16示出了本说明书实施例中一种FMCW激光雷达的具体结构示意图；
图17示出了本说明书实施例中一种FMCW激光雷达的本振光和探测回波信号的拍频信号示意图。
具体实施方式
如背景技术所述，目前FMCW激光雷达的光源主要通过外调制和直调两种方式获得线性扫频光信号，但是，外调制光源在激光器之后需要通过独立的电光调制器在激光器输出的激光上加载调制信号，并且电光调制器还需要配备相应的驱动信号源，成本较高，不利于量产及应用；而直调光源容易受到温度、噪声等影响。现有技术采用光学锁相环对光源的线性度进行检测，但是检测周期较长，无法正确反映光源的实时线性度。
针对上述问题，本说明书实施例提供一种在FMCW激光雷达中使用的光源线性度检测方法，以部分所发射的光信号作为检测光信号，将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，进而根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，可以获取线性度检测结果。采用此方法进行光源线性度检测，一方面，由于不需要额外配置器件，因此检测成本低；另一方面，由于可以仅以光源部分所发射的光信号作为检测光信号进行检测，因此不影响所述光源用于正常探测。另外，该方案还可以保障检测的实时性，因此可以有效保障激光雷达探测结果的可靠性。
为使本领域技术人员更好地理解和实施本说明书实施例，以下对本说明书实施例的构思、方案、原理及优点等结合附图，并通过具体应用示例进行详细描述。
首先，本说明书实施例提供一种在FMCW激光雷达中使用的光源线性度检测方法，参照图1所示的一种在FMCW激光雷达中使用的光源线性度检测方法的流程图，可以采用如下步骤进行光源线性度检测：
步骤A，以部分所发射的光信号作为检测光信号。
在具体实施中，可以使用耦合器对光源发射的光信号进行分束，以部分所发射的光信号作为检测光信号，另一部分可以作为探测光信号输出到外部空间进行探测。
步骤B，将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号。
在具体实施中，可以采用多种不同形式的干涉仪对两路检测光信号进行不等长延迟，进而通过耦合器互相拍频，以得到拍频信号。
作为一具体示例，可以采用马赫曾德尔干涉仪对两路检测光信号进行不等长延迟。这个不等长的时间τ与干涉仪对激光器相位的增益大小有关，在具体实施中，可以结合雷达系统的参数，设置使得拍信号频率在合理范围内。另外，该延迟可以在激光器的控制环中引入延迟，影响控制效果。
步骤C，根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，获取线性度检测结果。
在具体实施中，参照图2a和2b，其中图2a示出了对同一个线性扫频光信号经不等长延迟后的两路检测光信号：光信号1和光信号2的频率示意图，这两个检测光信号来自理想的经线性调频后的光信号。图2b示出了图2a所示的两路检测光信号的拍频信号示意图。从图上可以看到，因为延迟不等长，光信号1和光信号2有不同的初始相位，但是两个信号的扫描频率范围，斜率，周期都一致。具体而言，当光源发射的光信号为经线性调频的光信号时，则在二者均处于上升沿和下降沿期间，比如t1-t2以及t3-t4期间，二者拍频信号的频率应为定值f0。
因此，在本发明一些实施例中，可以将t1-t2时间段内，所述定值f0设置为预设标准拍频信号的频率，通过比较拍频信号与预设标准拍频信号，基于两者之间的偏差，可以获取线性度检测结果。
采用上述实施例，以部分所发射的光信号作为检测光信号，将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，进而根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，可以获取线性度检测结果，一方面，由于不需要额外配置器件，因此检测成本低；另一方面，由于可以仅以光源部分所发射的光信号作为检测光信号进行检测，因此不影响所述光源用于正常探测；另外，还可以保障检测的实时性，从而能够有效保障激光雷达探测结果的可靠性。
为使本领域技术人员更好地理解和实施，以下通过具体示例并结合具体应用场景进行详细描述。
首先对于上述实施例中的步骤C，以下结合具体示例描述一些根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，获取线性度检测结果的具体方法。参照图3所示的一种获取线性度检测结果的方法的流程图，作为一可选示例，具体可以采用如下步骤获取线性度检测结果：
步骤C1，获取所述拍频信号的瞬时相位。
在具体实施中，通过相位反应拍频信号随时间的变化，可以明确各时刻所对应的拍频信号，准确反映拍频信号的实时变化。
步骤C2，获取所述拍频信号的瞬时相位与在同一采样时刻所预设的标准拍频信号的瞬时相位之间的偏差。
在具体实施中，根据拍频信号的相位与时间之间的对应关系，可以在任意时刻对拍频信号进行采样，获取拍频信号的瞬时相位，由于拍频信号已经是一个近似正弦信号，而不是一个线性信号，且一个标准正弦的相位是线性变化的，因此进而可以获取所述拍频信号在采样时刻的瞬时相位与预设标准拍频信号的瞬时相位之间的偏差。
步骤C3，根据所述偏差，获取线性度检测结果。
在具体实施中，根据拍频信号的相位与时间之间的对应关系，可以获得拍频信号和预设标准拍频信号之间的实时偏差，从而能够获取实时线性度检测结果。
采用上述实施例，通过获取所述拍频信号的相位与时间之间的对应关系，可以比较在同一时刻，也就是于拍频信号的采样时刻，拍频信号瞬时相位与预设标准拍频信号的瞬时相位，得到他们之间的偏差，从而可以基于所述偏差，获取线性度检测结果。由于根据拍频信号的相位与时间之间的对应关系，可以在任意时刻对拍频信号进行采样，从而获得拍频信号和预设标准拍频信号之间的实时偏差，因此可以进一步提高检测的实时性。
在具体实施中，参照图4所示的一种获取所述拍频信号的瞬时相位的方法的流程图，作为一可选示例，具体可以采用如下步骤获取所述拍频信号的瞬时相位：
步骤C11，将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号。
在具体实施中，对于某一时刻的拍频信号，在时域可以表示为相位随时间变化的曲线，进而基于所述曲线对拍频信号进行相移，幅度保持不变，以获取所述拍频信号的正交信号，也就是两个相位相差90°的信号。具体而言，对拍频信号进行90°相移后的信号即为拍频信号的正交信号。
步骤C12，基于所述正交信号，获取所述拍频信号的瞬时相位。
在具体实施中，由于拍频信号中的噪声无法预测，导致无法直接获取拍频信号在某一时刻的准确相位，因此可以基于所述正交信号获取所述拍频信号的瞬时相位。
采用上述实施例，通过将所述拍频信号转换到时域，以及在时域对如图6示出的近似标准正弦信号的所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号，进而基于所述正交信号获取所述拍频信号的瞬时相位，可以对拍频信号中的噪声进行量化，从而能够保障获取的瞬时相位的准确性，进而提高检测结果的准确性。
在具体实施中，参照图5所示的一种获取拍频信号的正交信号的方法的流程图，作为一可选示例，具体可以采用如下步骤获取拍频信号的正交信号：
步骤C111，将所述拍频信号表示为相位随时间变化的余弦曲线。
在具体实施中，可以将拍频信号表示为相位随时间变化的余弦曲线，具体而言，可以表示为：其中，为拍频信号中的噪声，瞬时相位为由于的具体数值无法预测，因此，可以直接通过表示拍频信号的瞬时相位。
步骤C112，通过有限脉冲响应滤波器对所述拍频信号进行相移，得到相位随时间变化的正弦曲线，作为所述拍频信号的正交信号。
继续参照图2a，图2a所示的检测光信号包括两个相邻的扫频段，即频率随时间增加的上扫频段和频率随时间降低的下扫频段，现有技术中通常采用希尔伯特变换方法计算上述瞬时相位但是希尔伯特变换方法需要基于整个扫频段Δf才能计算出结果，难以满足光源线性度检测的实时性要求。
在具体实施中，针对上述问题，本说明书实施例通过有限脉冲响应滤波器对所述拍频信号进行实时相移。参照图6所示的一种两路检测光信号的拍频信号及其正交信号的相位示意图，图中所示实线为原始拍频信号的相位图，通过有限脉冲响应滤波器对所述拍频信号进行90°相移，进而实时得到相位随时间变化的正弦曲线，如图中虚线所示，作为所述拍频信号的正交信号。
采用上述实施例，由于有限脉冲响应滤波器可以实时对所述拍频信号进行相移，而不需要基于完整的扫频段，因此能够实时获取拍频信号的正交信号，故而可以提高检测的实时性。
在具体实施中，参照图7所示的一种基于所述正交信号获取所述拍频信号的瞬时相位的方法的流程图，作为一可选示例，具体可以采用如下步骤获取拍频信号的瞬时相位：
步骤C121，基于拍频信号的余弦曲线和正弦曲线获取拍频信号的正切曲线；
步骤C122，基于所述拍频信号的正切曲线获取拍频信号的反正切曲线，作为所述拍频信号的瞬时相位。
采用上述实施例，通过基于拍频信号的余弦曲线和正弦曲线获取拍频信号的正切曲线，进而基于所述拍频信号的正切曲线获取拍频信号的反正切曲线，作为所述拍频信号的瞬时相位，可以避免噪声对检测结果的影响，能够进一步提高检测结果的准确性。
作为一具体示例，参照图8所示的一种两路检测光信号的拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系示意图，其中，采样频率为80MHz，拍频信号的相位变化范围为[-π,+π]，呈周期性变化。
作为一可选示例，继续参照图7，图7所示的一种基于所述正交信号获取所述拍频信号的瞬时相位的方法还可以包括如下步骤：
步骤C123，将拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系，转换为呈连续变化的对应关系。
具体而言，继续参照图8，由于拍频信号的相位呈周期性变化，在周期跳变时刻可能会出现误差或异常，影响检测结果的准确度，因此，通过将拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系，转换为呈连续变化的对应关系，可以避免拍频信号的相位在周期跳变时刻出现误差或异常，能够进一步提高检测结果的准确性。
在具体实施中，在确定所述拍频信号的相位发生跳变时，可以在所述跳变时刻之后的时段对应的拍频信号的相位上叠加上所述拍频信号的周期相位差，以将拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系，转换为呈连续变化的对应关系。
作为一具体示例，继续参照图8及图9所示的一种呈连续变化的拍频信号的相位与时间之间的对应关系示意图，如图8所示，横轴是时间，纵轴是相位，由于是通过反正切曲线来表示拍频信号的瞬时相位，因此拍频信号的相位变化范围为[-π,+π]，即周期相位差为2π，当两个连续时刻的相位跳变大于π时，在所述两个连续时刻之后的时段对应的拍频信号的相位上叠加上拍频信号的周期相位差2π，即可将拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系转换为呈连续变化的对应关系，如图9所示，横轴是时间，纵轴是弧度rad，从而可以避免拍频信号的相位在周期跳变时刻出现误差或异常，能够进一步提高检测结果的准确性。
在具体实施中，可以以预设的采样频率对拍频信号进行采样，当光源发射的光信号为线性调频光信号时，则拍频信号的相位在每个采样时刻的变化量应为定值，记拍频信号的起始相位为相应地，第N次采样时刻对应的预设标准拍频信号的相位为实际采样的相位为若二者之间的相位偏差不为0，则可以确定采样时刻的光信号不满足线性度要求。
为了能够更加便捷地进行光源线性度检测，相应地，本说明书还提供了与上述光源线性度检测方法对应的光源线性度检测系统，参照图10所示的一种光源线性度检测系统的结构示意图，所述光源线性度检测系统T与光源L耦接，包括：
干涉处理模块T1，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，其中，所述检测光信号为光源发射的部分光信号；
数据处理模块T2，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，并根据所述偏差，获取线性度检测结果。
采用上述检测系统T，以光源L所发射的部分光信号Ls作为检测光信号，将所述检测光信号Ls导入干涉处理模块T1，所述干涉处理模块T1将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号Ds，进而将所述拍频信号Ds导入数据处理模块T2中，所述数据处理模块T2通过获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，进而根据所述偏差，可以获取线性度检测结果。上述检测系统，一方面，由于不需要额外配置器件，因此检测成本低；另一方面，由于可以仅以光源部分所发射的光信号作为检测光信号进行检测，因此不影响所述光源用于正常探测；另外，还可以保障检测的实时性，从而能够有效保障激光雷达探测结果的可靠性。
本说明书实施例还提供一种光源线性调频控制方法，参照图11所示的一种光源线性调频控制方法的流程图，可以采用如下步骤进行光源线性调频控制：
S1，以部分所发射的光信号作为检测光信号。
在具体实施中，可以参照前述光源线性度检测方法中的具体示例，此处不再展开描述。
S2，将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号。
在具体实施中，可以参照前述光源线性度检测方法中的具体示例，此处不再展开描述。
S3，根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对发射的光信号进行调整。
在具体实施中，可以根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对光源的驱动电流进行调整，从而可以调整光源发射的光信号。
采用上述实施例，以部分所发射的光信号作为检测光信号，将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，进而根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，可以对发射的光信号进行调整。采用上述控制方法，不仅可以对发射的光信号进行实时调整，以确保光信号始终满足线性度要求，而且由于不需要额外配置器件，控制成本低。
对于上述实施例中的步骤S3，以下结合具体示例描述一些根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对发射的光信号进行调整的具体方法。参照图12所示的一种对发射的光信号进行调整的方法的流程图，作为一可选示例，具体可以采用如下步骤对发射的光信号进行调整：
S31，基于所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差获取校正信号。
在具体实施中，根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，可以对光源的驱动信号进行修正，将修正后的驱动信号作为校正信号。
S32，将所述校正信号与预设的预校正信号进行叠加，得到驱动信号。
在具体实施中，所述预校正信号用于控制光源发射的光信号的频率与目标频率一致。
在本说明书一些实施例中，所述预校正信号用于使光源输出线性调频光信号，可以理解的是，根据需求，所述预校正信号也可以用于使光源输出满足预设要求的非线性的调频光信号，本说明书实施例中并不对所述预校正信号的形状及具体数值作任何限定。
S33，基于所述驱动信号对发射的光信号进行调整。
在具体实施中，可以通过线性控制器获取校正信号。
作为一具体示例，例如，光源通过数模转换器DAC将数字驱动信号转换为模拟驱动信号，实现对发射的光信号进行调整，则可以通过线性控制器对数模转换器DAC的输出进行修正，其修正量可以表示为：
其中，表示第N次采样时刻对应的预设标准拍频信号的相位与实际采样的相位之间的相位偏差， KG为线性控制器的增益系数，KI为积分项的系数。
采用上述实施例，基于所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，通过线性控制器对光源的驱动信号进行修正，进而可以调整光源发射的光信号的线性度。
为了能够更加便捷地进行光源线性调频控制，相应地，本说明书还提供了与上述光源线性调频控制方法对应的光源线性调频控制系统，参照图13所示的一种光源线性调频控制系统的结构示意图，所述光源线性调频控制系统M与光源L耦接，包括：
干涉处理模块M1，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，其中，所述检测光信号为光源发射的部分光信号；
数据处理模块M2，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差；
反馈控制模块M3，适于根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对发射的光信号进行调整，以得到线性调频的光信号。
采用上述控制系统M，以光源L所发射的部分光信号作为检测光信号Ls，将所述检测光信号Ls导入干涉处理模块M1，所述干涉处理模块M1将检测光信号Ls分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号Ds，进而将所述拍频信号Ds导入数据处理模块M2中，所述数据处理模块M2获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差Ws，进而将所述偏差Ws导入反馈控制模块M3，所述反馈控制模块M3根据所述偏差Ws，对光源L发射的光信号进行调整。上述光源线性调频控制系统M，不仅可以对光源发射的光信号进行实时调整，以确保光信号始终满足线性度要求，而且由于不需要额外配置器件，控制成本低。
本说明书实施例还提供一种FMCW激光雷达，参照图14所示的一种FMCW激光雷达的结构示意图，所述FMCW激光雷达LA包括：光源LA1、干涉处理模块LA2、数据处理模块LA3，其中：
所述光源LA1，适于发射光信号，其中部分光信号作为检测光信号，部分光信号作为探测光信号。
所述干涉处理模块LA2，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号。
所述数据处理模块LA3，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，并根据所述偏差，获取线性度检测结果。
在具体实施中，可以通过获取所述拍频信号的瞬时相位，以及获取所述拍频信号的瞬时相位与在同一采样时刻所预设的标准拍频信号的瞬时相位之间的偏差，进而根据所述偏差，获取线性度检测结果。由于根据拍频信号的瞬时相位可以获得拍频信号和预设标准拍频信号之间的实时偏差，从而能够进一步提高检测的实时性。
在本说明书一些实施例中，通过将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号，进而基于所述正交信号，获取所述拍频信号的瞬时相位，可以避免噪声对检测结果的影响，能够进一步提高检测结果的准确性。
上述FMCW激光雷达LA启动时，光源LA1发射的部分光信号作为检测光信号进入干涉处理模块LA2，所述干涉处理模块LA2将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，进而将所述拍频信号导入数据处理模块LA3中，所述数据处理模块LA3通过获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，进而根据所述偏差，可以获取线性度检测结果。上述激光雷达，一方面，由于不需要额外配置器件，仅基于激光雷达自身的硬件系统即可完成检测，因此检测成本低；另一方面，由于可以仅以光源部分所发射的光信号作为检测光信号进行检测，因此不影响所述光源用于正常探测；另外，还可以保障检测的实时性，从而能够有效保障激光雷达探测结果的可靠性。
本说明书实施例还提供一种FMCW激光雷达，参照图15所示的另一种FMCW激光雷达的结构示意图，所述FMCW激光雷达LB包括：光源LB1、干涉处理模块LB2、数据处理模块LB3、反馈控制模块LB4，其中：
所述光源LB1，适于发射光信号，其中部分光信号作为检测光信号，部分光信号作为探测光信号。
所述干涉处理模块LB2，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号。
所述数据处理模块LB3，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差。
在具体实施中，获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差的具体示例，可以参照前述实施例，此处不再赘述。
所述反馈控制模块LB4，适于根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对光源发射的光信号进行调整，以得到线性调频的光信号。
上述FMCW激光雷达LB启动时，光源LB1发射的部分光信号作为检测光信号进入干涉处理模块LB2，所述干涉处理模块LB2将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，进而将所述拍频信号导入数据处理模块LB3中，所述数据处理模块LB3获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，进而将所述偏差导入反馈控制模块LB4，所述反馈控制模块LB4根据所述偏差，对光源LB1发射的光信号进行调整。上述激光雷达，不仅可以对光源发射的光信号进行实时调整，以确保光信号始终满足线性度要求，而且由于基于激光雷达自身的硬件系统即可完成控制，不需要额外配置器件，控制成本低。
在具体实施中，继续参照图14和图15，所述FMCW激光雷达LA和所述FMCW激光雷达LB还可以包括探测器，作为一具体示例，参照图15，所述FMCW激光雷达LB可以包括探测器LB5，其中：
所述光源LB1，适于发射线性调频的光信号，作为所述探测光信号，且所述线性调频的光信号一部分被传输至所述探测器LB5，作为本振光；
所述探测器LB5，适于接收所述探测光信号经障碍物反射回到雷达的探测回波信号；
所述数据处理模块LB3，还适于基于所述本振光和所述探测回波信号，获取障碍物的距离和速度。
采用上述实施例，FMCW激光雷达LB启动时，只需要光源LB1发射的一部分光信号作为检测光信号，用于光源的线性度检测，则另一部分可以作为探测光信号，用于获取障碍物的距离和速度，由于检测和探测可以同时进行且互不干扰，因此可以根据检测结果实时对探测信号进行调整，从而能够有效保障激光雷达探测结果的可靠性。在具体实施中，所述数据处理模块LA3和数据处理模块LB3还适于根据所述探测回波信号相对于所述本振光的多普勒频移，计算获得障碍物的距离和速度。
在具体实施中，所述干涉处理模块LA2和干涉处理模块LB2可以采用多种不同形式的干涉仪对两路检测光信号进行不等长延迟，进而通过耦合器互相拍频，以得到拍频信号。
作为一具体示例，可以采用马赫曾德尔干涉仪对两路检测光信号进行不等长延迟。
以下通过一具体示例，详细说明在激光雷达工作过程中，对光源线性调频控制过程。
参照图16所示的本说明书实施例中一种FMCW激光雷达的具体结构示意图，当FMCW激光雷达LX启动工作后，分布式反馈半导体激光器DFB发出的光经耦合器LX1分光后，一部分作为探测光信号Ld1输出，用于计算障碍物的距离和速度，另一部分作为检测光信号Ld2进入到光干涉处理仪MZI，用于检测所述分布式反馈半导体激光器DFB的线性度。
具体而言，继续参照图16，探测光信号Ld1的一部分Ld11被传输至探测器PD，作为本振光，另一部分Ld12被传输至障碍物，经障碍物反射后得到探测回波信号，所述探测回波信号也传输至探测器PD，对所述本振光和所述探测回波信号进行傅里叶变换获得二者的拍频信号，参照图17所示的一种FMCW激光雷达的本振光和探测回波信号的拍频信号示意图，如图17所示，根据本振光和探测回波信号的拍频信号，可以根据如下公式获取障碍物的距离信息：
D＝(fb**s)/(2)(2)
其中，fb表示本振光和探测回波信号的拍频信号的频率，c表示光速，ts表示探测光信号扫频段的周期，Δf表示探测光信号扫频段的调频带宽。
进而，可以根据如下公式获取探测光信号的飞行时间：
td＝2D/c(3)
进而，可以根据飞行时间获取障碍物的速度信息。
由式(2)可知，为了保证获取的距离信息的准确度，必需保证探测光信号的频率随时间线性变化，换言之，探测光信号必需达到预设的线性度要求，才能获取准确的距离信息。
因次，为了确保探测光信号的线性度满足探测要求，本说明书实施例将分布式反馈半导体激光器DFB发出的另一部分光信号作为检测光信号传输至光干涉处理仪MZI，用于检测所述分布式反馈半导体激光器DFB的线性度，并根据检测结果实时对探测光信号进行调整，从而能够有效保障激光雷达探测结果的可靠性。
具体而言，所述光干涉处理仪MZI能够对所述检测光信号Ld2进行拍频处理，得到拍频信号；光电探测器PD可以将探测得到的拍频信号转换为拍频电流信号，并输出至与其耦接的互阻抗放大器TIA，得到放大的拍频电压信号；并由模数转换器ADC将拍频电压信号转换为拍频方波信号；接下来，由数据处理模块LX3对输入的拍频方波信号与预设标准拍频信号进行比对，获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，进而可以基于所述偏差，通过线性控制器对数模转换器DAC的输出进行修正，得到校正信号，将预设的数模转换器DAC的预校正信号与所述校正信号进行叠加，得到驱动信号作为数模转换器DAC的输出，从而控制分布式反馈半导体激光器DFB的驱动电流，使得分布式反馈半导体激光器DFB发出满足预设要求的线性调频光信号。
其中，数据处理模块LX3中可以设置相应的存储器，以存储预设的数模转换器DAC的预校正信号。
在具体实施中，FPGA在激光雷达中用于激光雷达的控制、探测数据的处理及运算等，因此，在一具体示例中，可以将数据处理模块LX3设置在FPGA中，一方面，可利用FPGA剩余算力；另一方面，能够减少外围电路的数量，降低实现成本。
可以理解的是，本说明书实施例中的模块和/单元可以由分立器件构成，也可以由单一电芯片实现。
虽然本说明书实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (24)

1.一种在FMCW激光雷达中使用的光源线性度检测方法，其特征在于，包括：
以部分所发射的光信号作为检测光信号；
将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号；
根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，获取线性度检测结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，获取线性度检测结果，包括：
获取所述拍频信号的瞬时相位；
获取所述拍频信号的瞬时相位与在同一采样时刻所预设的标准拍频信号的瞬时相位之间的偏差；
根据所述偏差，获取线性度检测结果。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述拍频信号的瞬时相位，包括：
将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号；
基于所述正交信号，获取所述拍频信号的瞬时相位。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号，包括：
将所述拍频信号表示为相位随时间变化的余弦曲线；
通过有限脉冲响应滤波器对所述拍频信号进行相移，得到相位随时间变化的正弦曲线，作为所述拍频信号的正交信号。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，基于所述正交信号，获取所述拍频信号的瞬时相位，包括：
基于拍频信号的余弦曲线和正弦曲线获取拍频信号的正切曲线；
基于所述拍频信号的正切曲线获取拍频信号的反正切曲线，作为所述拍频信号的瞬时相位。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述基于所述拍频信号的正切曲线获取拍频信号的反正切曲线，作为所述拍频信号的瞬时相位，还包括：
将拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系，转换为呈连续变化的对应关系。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述将拍频信号的相位与时间之间的周期对应关系，转换为呈连续变化的对应关系，包括：
在确定所述拍频信号的相位发生跳变时，在所述跳变时刻之后的时段对应的拍频信号的相位上，叠加所述拍频信号的周期相位差。
8.一种光源线性调频控制方法，其特征在于，包括：
以部分所发射的光信号作为检测光信号；
将所述检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号；
根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对发射的光信号进行调整。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对发射的光信号进行调整，包括：
基于所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差获取校正信号；
将所述校正信号与预设的预校正信号进行叠加，得到驱动信号；
基于所述驱动信号对发射的光信号进行调整。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述基于所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差获取校正信号，包括：
通过线性控制器获取校正信号。
11.一种光源线性度检测系统，其特征在于，与光源耦接，包括：
干涉处理模块，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，其中，所述检测光信号为光源发射的部分光信号；
数据处理模块，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，并根据所述偏差，获取线性度检测结果。
12.一种光源线性调频控制系统，其特征在于，与光源耦接，包括：
干涉处理模块，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号，其中，所述检测光信号为光源发射的部分光信号；
数据处理模块，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差；
反馈控制模块，适于根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对发射的光信号进行调整，以得到线性调频的光信号。
13.一种FMCW激光雷达，其特征在于，包括：光源、干涉处理模块、数据处理模块，其中：
所述光源，适于发射光信号，其中部分光信号作为检测光信号，部分光信号作为探测光信号；
所述干涉处理模块，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号；
所述数据处理模块，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，并根据所述偏差，获取线性度检测结果。
14.根据权利要求13所述的激光雷达，其特征在于，还包括探测器，其中：
所述光源，适于发射线性调频的光信号，作为所述探测光信号，且所述线性调频的光信号一部分被传输至所述探测器，作为本振光；
所述探测器，适于接收所述探测光信号经障碍物反射回到雷达的探测回波信号；
所述数据处理模块，还适于基于所述本振光和所述探测回波信号，获取障碍物的距离和速度。
15.根据权利要求14所述的激光雷达，其特征在于，所述数据处理模块，还适于根据所述探测回波信号相对于所述本振光的多普勒频移，计算获得障碍物的距离和速度。
16.根据权利要求15所述的激光雷达，其特征在于，所述干涉处理模块包括：不等臂长光纤干涉仪。
17.根据权利要求13所述的激光雷达，其特征在于，所述获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，包括：
获取所述拍频信号的瞬时相位；
获取所述拍频信号的瞬时相位与在同一采样时刻所预设的标准拍频信号的瞬时相位之间的偏差。
18.根据权利要求17所述的激光雷达，其特征在于，所述获取所述拍频信号的瞬时相位，包括：
将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号；
基于所述正交信号，获取所述拍频信号的瞬时相位。
19.一种FMCW激光雷达，其特征在于，包括：光源、干涉处理模块、数据处理模块及反馈控制模块，其中：
所述光源，适于发射光信号，其中部分光信号作为检测光信号，部分光信号作为探测光信号；
所述干涉处理模块，适于将检测光信号分两路进行不等长延迟，并获取延迟后的两路检测光信号互相拍频得到的拍频信号；
所述数据处理模块，适于获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差；
所述反馈控制模块，适于根据所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，对光源发射的光信号进行调整，以得到线性调频的光信号。
20.根据权利要求19所述的激光雷达，其特征在于，还包括探测器，其中：
所述光源，适于发射线性调频的光信号，作为所述探测光信号，且所述线性调频的光信号一部分被传输至所述探测器，作为本振光；
所述探测器，适于接收所述探测光信号经障碍物反射回到雷达的探测回波信号；
所述数据处理模块，还适于基于所述本振光和所述探测回波信号，获取障碍物的距离和速度。
21.根据权利要求20所述的激光雷达，其特征在于，所述数据处理模块，还适于根据所述探测回波信号相对于所述本振光的多普勒频移，计算获得障碍物的距离和速度。
22.根据权利要求21所述的激光雷达，其特征在于，所述干涉处理模块包括：不等臂长光纤干涉仪。
23.根据权利要求19所述的激光雷达，其特征在于，所述获取所述拍频信号与预设标准拍频信号的偏差，包括：
获取所述拍频信号的瞬时相位；
获取所述拍频信号的瞬时相位与在同一采样时刻所预设的标准拍频信号的瞬时相位之间的偏差。
24.根据权利要求23所述的激光雷达，其特征在于，所述获取所述拍频信号的瞬时相位，包括：
将所述拍频信号转换到时域，在时域对所述拍频信号进行相移，获取所述拍频信号的正交信号；
基于所述正交信号，获取所述拍频信号的瞬时相位。
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