DE102019107574A1

DE102019107574A1 - Gesteuerter abtastmusterübergang in einem kohärenten lidar

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Publication number: DE102019107574A1
Application number: DE102019107574.2A
Authority: DE
Inventors: Scott Singer
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2018-04-03
Filing date: 2019-03-25
Publication date: 2019-10-10
Anticipated expiration: 2039-03-26
Also published as: DE102019107574B4; US20190302237A1; US11073603B2; CN110346775A; CN110346775B

Abstract

Ein kohärentes Lidarsystem, ein Verfahren zum Betreiben des kohärenten Lidarsystems und ein Fahrzeug mit dem kohärenten Lidarsystem beinhalten eine Strahllenkungsvorrichtung, um das vom System abgegebene Licht in einem Sichtfeld zu leiten. Eine erste Reihe von Positionen der Strahllenkungsvorrichtung definiert ein erstes Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes und eine zweite Reihe von Positionen der Strahllenkungsvorrichtung definiert ein zweites Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes. Das kohärente Lidarsystem beinhaltet eine Steuerung, um Übergangspositionen für die Strahllenkungsvorrichtung vorzusehen, um die Strahllenkungsvorrichtung von dem ersten Abtastmuster auf das zweite Abtastmuster zu überführen. Die Übergangspositionen folgen einer Basis-Spline-(B-Spline)-Funktion.

Description

EINLEITUNG
Der Gegenstand der Offenbarung bezieht sich auf den gesteuerten Übergang des Abtastmusters in einem kohärenten Lidarsystem.
Fahrzeuge (z. B. Automobile, Lastkraftwagen, Baumaschinen, landwirtschaftliche Ausrüstung, automatisierte Fabrikeinrichtungen) beinhalten zunehmend Sensoren, die Informationen über den Fahrzeugbetrieb und die Umgebung um das Fahrzeug herum erhalten. Einige Sensoren, wie beispielsweise Kameras, Funk- und Entfernungsmess-(Radar)-Systeme sowie Licht- und Entfernungsmess-(Lidar)-Systeme, können Objekte in der Umgebung des Fahrzeugs erkennen und verfolgen. Ein kohärentes Lidarsystem sendet ein frequenzmoduliertes Dauerstrich-(FMCW)-Licht und verarbeitet reflektierte Strahlen, um Informationen über das Ziel zu bestimmen. Durch das Bestimmen der relativen Position und Richtung von Objekten um das Fahrzeug herum kann der Fahrzeugbetrieb erweitert oder automatisiert werden, um die Sicherheit und Leistung zu verbessern. So können beispielsweise Sensorinformationen verwendet werden, um den Fahrer des Fahrzeugs zu warnen oder um Fahrzeugsysteme zu bedienen (z. B. Kollisionsvermeidungssysteme, adaptives Geschwindigkeitsregelsystem, autonomes Antriebssystem). Sensoren wie das Radarsystem und das Lidarsystem können eine Abtastung über ein bestimmtes Sichtfeld durchführen. Im Falle des Lidarsystems kann eine Strahllenkungsvorrichtung verwendet werden, um den Lichtstrahl nacheinander in einem Muster zu lenken, das eine grobe Abtastung über das Sichtfeld darstellt. Wenn bei dieser groben Abtastung ein Ziel erkannt wird, kann das Lidarsystem den Bereich, über den eine feinere Abtastung durchgeführt wird, reduzieren. Dementsprechend ist es wünschenswert, einen gesteuerten Übergang des Abtastmusters in einem kohärenten Lidarsystem vorzusehen
KURZDARSTELLUNG
In einer exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein kohärentes Lidarsystem eine Strahllenkungsvorrichtung, um das vom System ausgegebene Licht in einem Sichtfeld zu lenken. Eine erste Reihe von Positionen der Strahllenkungsvorrichtung definiert ein erstes Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes und eine zweite Reihe von Positionen der Strahllenkungsvorrichtung definiert ein zweites Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes. Das System beinhaltet auch eine Steuerung, um Übergangspositionen für die Strahllenkungsvorrichtung vorzusehen, um die Strahllenkungsvorrichtung von dem ersten Abtastmuster auf das zweite Abtastmuster zu überführen. Die Übergangspositionen folgen einer Basis-Spline-(B-Spline)-Funktion.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung die Übergangspositionen basierend auf dem Bestimmen einer Anzahl von Segmenten N des B-Spline.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung die Anzahl der Segmente N, indem sie einen Wert von N minimiert, ohne dass eine Geschwindigkeit der Strahllenkungsvorrichtung einen Maximalwert überschreitet, der auf der zunehmenden Geschwindigkeit basiert, wenn der Wert von N abnimmt.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale berechnet die Steuerung die B-Spline-Funktion basierend auf dem Bestimmen einer Anzahl von Knoten. Die Anzahl von Knoten zeigt eine Anzahl von Richtungsänderungen an, die erforderlich sind, um eine Anfangsposition des zweiten Abtastmusters von einer Endposition des ersten Abtastmusters zu erreichen, wobei das erste Abtastmuster mit einem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}$
und einem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
endet und das zweite Abtastmuster mit einem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}'$
und einem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
beginnt.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung, ob die Anzahl von Knoten einer oder zwei sind, basierend darauf, ob der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
parallel sind und basierend auf skalaren Parametern u und u', die basierend auf dem Positionsvektor $\overset{⇀}{r},$
dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v},$
dem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}'$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
gelöst sind.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung, dass die Anzahl von Knoten eins ist, basierend auf dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v},$
der parallel ist, und einem Punktprodukt des Geschwindigkeitsvektors $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
der negativ ist oder basierend auf dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
der nicht parallel ist, und Zeichenfunktionen von u und u', die ungleich sind.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung, dass die Anzahl von Knoten zwei ist, basierend auf dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
der parallel ist, und einem Punktprodukt des Geschwindigkeitsvektors $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
der negativ ist oder basierend auf dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
der nicht parallel ist, und Zeichenfunktionen von u und u', die gleich sind.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung das zweite Abtastmuster basierend auf einer Erkennung eines Ziels im ersten Abtastmuster.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das System ein monostatisches System oder ein bistatisches System.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale ist das System an oder in einem Fahrzeug integriert und erfasst eine Position und Geschwindigkeit eines Objekts in Bezug auf das Fahrzeug.
In einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Betreiben eines kohärenten Lidarsystems das Einstellen einer Strahllenkungsvorrichtung, um das vom System ausgegebene Licht in einem Sichtfeld zu leiten. Die Einstellung der Strahllenkungsvorrichtung auf eine erste Reihe von Positionen definiert ein erstes Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes und die Einstellung der Strahllenkungsvorrichtung auf eine zweite Reihe von Positionen definiert ein zweites Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen von Übergangspositionen für die Strahllenkungsvorrichtung vorzusehen, um die Strahllenkungsvorrichtung von dem ersten Abtastmuster auf das zweite Abtastmuster zu überführen. Die Übergangspositionen folgen einer Basis-Spline-(B-Spline)-Funktion.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren auch das Bestimmen der Übergangspositionen basierend auf dem Bestimmen einer Anzahl von Segmenten N des B-Spline.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale basiert das Bestimmen der Anzahl von Segmenten auf dem Minimieren eines Wertes von N ohne dass eine Geschwindigkeit der Strahllenkungsvorrichtung einen Maximalwert überschreitet, der auf der Geschwindigkeitszunahme mit dem abnehmenden Wert von N basiert.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren auch das Berechnen der B-Spline-Funktion basierend auf dem Bestimmen einer Anzahl von Knoten, wobei die Anzahl von Knoten eine Anzahl von Richtungsänderungen anzeigt, die erforderlich sind, um eine Anfangsposition des zweiten Abtastmusters von einer Endposition des ersten Abtastmusters aus zu erreichen, wobei das erste Abtastmuster mit einem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}$
und einem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
endet und das zweite Abtastmuster mit einem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}'$
und einem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
beginnt.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale beinhaltet das Verfahren auch das Bestimmen, ob die Anzahl der Knoten eins oder zwei ist, basierend auf dem Bestimmen, ob der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
parallel sind, und basierend auf dem Bestimmen skalarer Parameter u und u', die basierend auf dem Positionsvektor $\overset{⇀}{r},$
dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v},$
dem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}'$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
gelöst sind.
In noch einer weiteren exemplarischen Ausführungsform beinhaltet ein Fahrzeug ein kohärentes Lidarsystem, das eine Strahllenkungsvorrichtung beinhaltet, um das vom System ausgegebene Licht in einem Sichtfeld zu leiten. Die erste Reihe von Positionen der Strahllenkungsvorrichtung definiert ein erstes Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes und eine zweite Reihe von Positionen der Strahllenkungsvorrichtung definiert ein zweites Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes. Das kohärente Lidarsystem beinhaltet auch eine Steuerung, um Übergangspositionen für die Strahllenkungsvorrichtung vorzusehen, um die Strahllenkungsvorrichtung von dem ersten Abtastmuster auf das zweite Abtastmuster zu überführen. Die Übergangspositionen folgen einer Basis-Spline-(B-Spline)-Funktion. Das Fahrzeug beinhaltet auch eine Fahrzeugsteuerung zur Erweiterung oder Automatisierung des Betriebs des Fahrzeugs basierend auf Informationen, die aus dem kohärenten Lidarsystem gewonnen wurden.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung die Übergangspositionen basierend auf dem Bestimmen einer Anzahl von Segmenten N des B-Spline.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung die Anzahl der Segmente N, indem sie einen Wert von N minimiert, ohne dass eine Geschwindigkeit der Strahllenkungsvorrichtung einen Maximalwert überschreitet, der auf der zunehmenden Geschwindigkeit basiert, wenn der Wert von N abnimmt.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale berechnet die Steuerung die B-Spline-Funktion basierend auf dem Bestimmen einer Anzahl von Knoten, wobei die Anzahl von Knoten eine Anzahl von Richtungsänderungen anzeigt, die erforderlich sind, um eine Anfangsposition des zweiten Abtastmusters von einer Endposition des ersten Abtastmusters aus zu erreichen, wobei das erste Abtastmuster mit einem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}$
und einem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
endet und das zweite Abtastmuster mit einem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}'$
und einem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
beginnt.
Neben einem oder mehreren der hierin beschriebenen Merkmale bestimmt die Steuerung, ob die Anzahl von Knoten einer oder zwei sind, basierend darauf, ob der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
parallel sind und basierend auf skalaren Parametern u und u', die basierend auf dem Positionsvektor $\overset{⇀}{r},$
dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v},$
dem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}'$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
gelöst sind.
Die oben genannten Eigenschaften und Vorteile sowie anderen Eigenschaften und Funktionen der vorliegenden Offenbarung gehen aus der folgenden ausführlichen Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen ohne Weiteres hervor.
Figurenliste
Andere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten erscheinen, nur exemplarisch, in der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsformen, wobei sich die ausführliche Beschreibung auf die Zeichnungen bezieht, wobei gilt:

1 ist ein Blockdiagramm eines Szenarios mit einem kohärenten Lidarsystem gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
2 ist ein Blockdiagramm eines kohärenten Lidarsystems mit einem gesteuerten Übergang des Abtastmusters gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen;
3 ist ein Blockdiagramm eines kohärenten Lidarsystems mit einem gesteuerten Übergang des Abtastmusters gemäß einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen;
4 zeigt eine exemplarische Grobabtastung und eine exemplarische Feinabtastung, die durch einen gesteuerten Übergang des Abtastmusters gemäß einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen ermöglicht wird;
Die 5A-5F veranschaulichen verschiedene Szenarien für den Anfangspositionsvektor $\overset{⇀}{r}$
und den Endpositionsvektor, $\overset{⇀}{r}'$
um zusätzliche Prozesse beim Bestimmen des Übergangs gemäß den Ausführungsformen zu beschreiben;
6 zeigt einen exemplarischen Übergang, der gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen bestimmt wird; und
7 ist ein Prozessablauf eines Verfahrens zum Durchführen eines gesteuerten Übergangs eines Abtastmusters mit der Strahllenkungsvorrichtung eines kohärenten Lidarsystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich exemplarischer Natur und nicht dazu gedacht, die vorliegende Offenbarung in ihren An- oder Verwendungen zu beschränken. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Wie bereits erwähnt, können Sensoren zur Erweiterung des Fahrzeugbetriebs oder zum Betreiben eines autonomen Fahrzeugs verwendet werden. Wie ebenfalls erwähnt, ist eine Art von Sensor ein kohärentes Lidarsystem, das ein FMCW-Signal sendet. Das System nutzt die Vorteile der Phasenkohärenz zwischen dem übertragenen FMCW-Signal und einem reflektierten Signal, das sich aus der Reflexion des übertragenen FMCW-Signals durch ein Ziel ergibt. Die Interferenz zwischen dem reflektierten Signal und einer Kopie des übertragenen Signals wird verwendet, um Informationen wie Zielentfernung und Geschwindigkeit zu bestimmen. Das kohärente Lidarsystem unterscheidet sich von früheren Flugzeit-Lidarsystemen, die eine Reihe von Impulsen senden und die Dauer für die Übertragung jedes Impulses und das Empfangen der resultierenden Reflexion nutzen, um einen Satz von Entfernungen für das Ziel zu bestimmen. Das kohärente Lidarsystem kann beispielsweise eine Grobabtastung über ein Sichtfeld und dann eine Feinabtastung über einen begrenzteren Bereich durchführen, basierend auf der Identifizierung eines Ziels während der Grobabtastung.
Eine Strahllenkungsvorrichtung erleichtert das Abtasten, indem sie das Licht in einem bestimmten Bereich fokussiert. In vielen Szenarien kann es vorteilhaft sein, das Sichtfeld eines Sensors von einem breiten, durch eine Grobabtastung abgedeckten, auf einen kleineren, durch eine Feinabtastung abgedeckten, zu reduzieren, um die Auflösung des Sensors zu erhöhen. Der Übergang der Strahllenkungsvorrichtung vom Ende einer Grobabtastung zu einem Startpunkt des Bereichs für eine Feinabtastung kann zu einem Läuten oder Schwingen des Spiegels führen, wenn der Übergang zu schnell erfolgt. Ein zu langsamer Übergang kann jedoch dazu führen, dass sich das Ziel aus dem für die Feinabtastung bestimmten Bereich bewegt, bevor die Abtastung gestartet wird. Ausführungsformen der hierin beschriebenen Systeme und Verfahren beziehen sich auf den gesteuerten Übergang des Abtastmusters in einem kohärenten Lidarsystem. Insbesondere wird eine Trajektorie bestimmt, um die Strahllenkungsvorrichtung von der Grob- zur Feinabtastung zu überführen.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform ist 1 ein Blockdiagramm eines Szenarios mit einem kohärenten Lidarsystem 110 und einem gesteuerten Übergang 430 des Abtastmusters (4). Das in 1 dargestellte exemplarische Fahrzeug 100 ist ein Kraftfahrzeug 101. Ein kohärentes Lidarsystem 110, das in Bezug auf 2 näher beschrieben ist, ist auf dem Dach des Automobils 101 dargestellt. Gemäß alternativen oder zusätzlichen Ausführungsformen können sich ein oder mehrere Lidarsysteme 110 an einer anderen Stelle des Fahrzeugs 100 befinden. Ein weiterer Sensor 115 (z. B. eine Kamera, ein Mikrofon, ein Radarsystem) ist ebenfalls dargestellt. Informationen, die durch das Lidarsystem 110 und einen oder mehrere andere Sensoren 115 erhalten werden, können an eine Steuerung 120 (z. B. eine elektronische Steuereinheit (ECU)) übermittelt werden.
Die Steuerung 120 kann die Informationen zum Steuern eines oder mehrerer Fahrzeugsysteme 130 verwenden. In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Fahrzeug 100 ein autonomes Fahrzeug sein und die Steuerung 120 kann eine bekannte Fahrzeugbetriebssteuerung unter Verwendung von Informationen aus dem Lidarsystem 110 und anderen Quellen durchführen. In alternativen Ausführungsformen kann die Steuerung 120 den Fahrzeugbetrieb unter Verwendung von Informationen aus dem Lidarsystem 110 und anderen Quellen als Teil eines bekannten Systems (z. B. des Kollisionsvermeidungssystem, des adaptiven Geschwindigkeitsregelungssystems) erweitern. Das Lidarsystem 110 und ein oder mehrere andere Sensoren 115 können zum Erfassen von Objekten 140 verwendet werden, wie beispielsweise des in 1 dargestellten Fußgängers 145. Die Steuerung 120 kann eine Verarbeitungsschaltung beinhalten, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Hardware-Computerprozessor (gemeinsam genutzte oder dedizierte oder Gruppe) und einen Speicher beinhalten kann, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
2 ist ein Blockdiagramm eines kohärenten Lidarsystems 110 mit einem gesteuerten Abtastmusterübergangs 430 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Das in 2 dargestellte exemplarische Lidarsystem 110 ist ein monostatisches System, das den gleichen Weg für die Lichtausgabe vom Lidarsystem 110 als Ausgangssignal 236 und das vom Lidarsystem 110 erhaltene Licht als Empfangsstrahl 238 nutzt. Das Lidarsystem 110 beinhaltet eine Lichtquelle 210. Die Lichtquelle 210 kann eine Laserdiode sein, wie beispielsweise ein verteilter Rückkopplungs-(DFB)-Laser gemäß einer exemplarischen Ausführungsform. Die Lichtquelle 210 gibt eine kontinuierliche Lichtwelle aus, die eine konstante Amplitude aufweist. Die nächste Stufe des Lichtausgabesystems beinhaltet einen optischen Resonator 220.
Der Resonator 220 ist ein externer optischer Hohlraum außerhalb der Lichtquelle 210, und gemäß der in 2 dargestellten exemplarischen Ausführungsform wird eine gesteuerte Spannung 225 unter Verwendung einer Spannungsquelle an den Resonator 220 angelegt, um eine elektrooptische Modulation durchzuführen und die Frequenz der kontinuierlichen Lichtwelle im Resonator 220 zu modulieren, um FMCW-Licht 227 zu erzeugen. Gemäß der exemplarischen Ausführungsform bedeutet die Rückkopplung von etwas Licht vom Resonator 220 auf die Lichtquelle 210, dass das innerhalb der Lichtquelle 210 erzeugte Licht und die Lichtabgabe des Resonators 220 synchron moduliert werden. Die gesteuerte Spannung 225 kann linear erhöht oder verringert werden, um Licht zu erzeugen, das eine lineare Frequenzmodulation (d. h. ein lineares FMCW-Signal) aufweist. Alternativ kann die gesteuerte Spannung 225 nicht-linear variiert werden, um Licht zu erzeugen, das eine nicht-lineare Frequenzmodulation aufweist.
Gemäß alternativen Ausführungsformen kann das FMCW-Licht 227 durch Modulation der Frequenz an der Lichtquelle 210 selbst erhalten werden. In diesem Fall kann die an den Resonator 220 angelegte gesteuerte Spannung 225, wie in 2 dargestellt, direkt an Block 210 angelegt werden. So kann beispielsweise der Vorspannungsstrom des Laserchips verändert oder ein physikalischer Hohlraum oder Spiegel der Lichtquelle 210 moduliert werden. Diese Modulation kann beispielsweise durch piezoelektrische oder mikroelektromechanische Systeme (MEMS) implementiert werden. Wie 2 anzeigt, kann ein optionaler optischer Verstärker 230 verwendet werden, um das vom Resonator 220 ausgegebene FMCW-Licht 227 zu verstärken und das FMCW-Signal 235 zu erzeugen.
Ein Strahlteiler 240 wird verwendet, um das FMCW-Signal 235 in ein Ausgangssignal 236 und ein Lokaloszillator-(LO)-Signal 237 aufzuteilen. Sowohl das Ausgangssignal 236 als auch das LO-Signal 237 zeigen die Frequenzmodulation, die durch die gesteuerte Spannung 225 oder einen anderen Modulator vermittelt wird. Der Strahlteiler 240 kann beispielsweise ein On-Chip-Wellenleiterteiler sein. Das Ausgangssignal 236 wird einem lichtzirkulierenden Element, einem Zirkulator 250, zugeführt, das in dem in 2 dargestellten monostatischen System erforderlich ist. Der Zirkulator 250 leitet das Ausgangssignal 236 aus dem Lidarsystem 110 durch eine Öffnungslinse 255 (z. B. eine monozentrische Linse wie eine Kugellinse).
Eine Strahllenkungsvorrichtung 257 sorgt für eine korrekte Ausrichtung des aus dem Lidarsystem 110 austretenden Ausgangssignals 236 und eine korrekte Ausrichtung des Empfangsstrahls 238, der in das Lidarsystem 110 eintritt und für ultimative Störungen an den Fotodioden 280 richtig ausgerichtet sein muss. Die Strahllenkungsvorrichtung 257 kann ein Reflektor sein. Gemäß der in 2 dargestellten exemplarischen Ausführungsform ist die Strahllenkungsvorrichtung 257 ein zweidimensionaler MEMS-Abtastspiegel. In alternativen Ausführungsformen kann die Strahllenkungsvorrichtung 257, die eine zweidimensionale Strahlsteuerung durchführt, ein Spiegelgalvanometer, Risley-Prisma-Paare, eine optische Phasenanordnung oder eine Flüssigkristall-Strahllenkungsvorrichtung sein. Die Steuerung dieser Strahllenkungsvorrichtung 257, wie sie in Bezug auf die 4 und 5 weiter erläutert wird, ermöglicht den gesteuerten Abtastmusterübergang 430 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen.
Eine Strahllenkungssteuerung 200 ist in 2 dargestellt und stellt der Strahllenkungsvorrichtung 257 ein Strahllenkungssteuerungssignal 201 bereit. In alternativen Ausführungsformen kann die Steuerung 120 diese Funktion übernehmen und das Strahllenkungssteuersignal 201 von außerhalb des Lidarsystems 110 senden. Wie die Steuerung 120 kann die Strahllenkungssteuerung 200 eine Verarbeitungsschaltung beinhalten, die eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Hardware-Computerprozessor (gemeinsam genutzte oder dedizierte oder Gruppe) und einen Speicher beinhalten kann, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten ausführt, welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen.
Ein Lichtförderer 256 (z. B. Faserkegelbündel, Mikrolinsenanordnung und statischer Spiegel) transportiert Licht zwischen der Strahllenkungsvorrichtung 257 und der Öffnungslinse 255. Wenn sich ein Ziel 140 im Sichtfeld des Lidarsystems 110 befindet, wie im Beispiel in 2 dargestellt, wird das vom Lidarsystem 110 ausgegebene FMCW-Ausgangssignal 236 durch das Ziel 140 gestreut. Ein Teil dieses gestreuten Lichts gelangt als Empfangsstrahl 238 in das Lidarsystem 110. Der Empfangsstrahl 238 tritt in die Öffnungslinse 255 ein, wird durch den Lichtförderer 256 zur Strahllenkungsvorrichtung 257 geleitet und durch den Zirkulator 250 auf einen Reflektor 258 gerichtet. Der Reflektor 258 leitet den Empfangsstrahl 238 entsprechend einer oder mehrerer Ausführungsformen auf einen optionalen optischen Verstärker 260.
Obwohl der optische Verstärker 260 zwischen dem Reflektor 258 und einem Ausrichtungselement 270 in 2 dargestellt ist, kann der optische Verstärker 260 stattdessen zwischen dem Zirkulator 250 und dem Reflektor 258 entlang des als „A“ angegebenen Weges angeordnet sein. Gemäß exemplarischen Ausführungsformen kann der optische Verstärker 260 Koppellinsen beinhalten, um den Empfangsstrahl 238 verlustfrei in den optischen Verstärker 260 zu leiten. Der optische Verstärker 260 kann auch eine Formungsoptik beinhalten, um zu gewährleisten, dass der vom optischen Verstärker 260 bereitgestellte verstärkte Empfangsstrahl 265 das richtige Profil aufweist.
Der verstärkte Empfangsstrahl 265 wird dem Ausrichtelement 270 zugeführt, in dem er mit dem verstärkten Empfangsstrahl 265 auf das LO-Signal 237 ausgerichtet ist. Das Ausrichtelement 270 stellt sicher, dass der verstärkte Empfangsstrahl 265 und das LO-Signal 237 kolinear sind und teilt den Ausgang in zwei kolinearen Signale 272a, 272b (allgemein als 272 bezeichnet). Die kolinearen Signale 272a, 272b sind jeweils auf die Photodetektoren 280a, 280b (allgemein als 280 bezeichnet) gerichtet. Wie 2 zeigt, wird eines der kolinearen Signale 272a von einem Reflektor 275 reflektiert, um in den entsprechenden Photodetektor 280a geleitet zu werden. Der verstärkte Empfangsstrahl 265 und das LO-Signal 237, die im kolinearen Signal 272 ausgerichtet sind, stören sich gegenseitig in den Photodetektoren 280. Die Interferenz zwischen dem verstärkten Empfangsstrahl 265 und dem LO-Signal 237 führt zu einer kohärenten Kombination der beiden Strahlen. Daher wird das Lidarsystem 110 im Gegensatz zu den Time-of-Flight-Systemen als kohärentes Lidarsystem bezeichnet. Die Interferenz in jedem Photodetektor 280 ist effektiv wie das Ausführen einer Autokorrelationsfunktion, um einen verstärkten Empfangsstrahl 265 zu identifizieren, der sich aus dem Ausgangssignal 236 ergeben hat. Dadurch wird verhindert, dass falsches Licht von einer anderen Lichtquelle außerhalb des Lidarsystems 110, das sich im Sichtfeld des Lidarsystems 110 befindet, mit einem Empfangsstrahl 238 verwechselt wird, der von einem Ziel 140 reflektiert wird.
Die Photodetektoren 280 sind Halbleitervorrichtungen, die das Ergebnis der Interferenz zwischen dem verstärkten Empfangsstrahl 265 und dem LO-Signal 237 in jedem kolinearen Signal 272 in elektrische Ströme 285a, 285b (allgemein als 285 bezeichnet) umwandeln. Zwei Photodetektoren 280 werden gemäß einer bekannten symmetrischen Detektortechnik verwendet, um das Rauschen zu unterdrücken, das beiden Photodetektoren 280 gemeinsam ist. Die elektrischen Ströme 285 von jedem der Photodetektoren 280 werden kombiniert und verarbeitet, um Informationen wie Reichweite zum Ziel 140, Geschwindigkeit des Ziels 140 und andere Informationen gemäß den bekannten Verarbeitungstechniken zu erhalten. Die Verarbeitung kann innerhalb des Lidarsystems 110 durch einen Prozessor 290 oder außerhalb des Lidarsystems 110 durch beispielsweise die Steuerung 120 erfolgen. Der Prozessor 290 kann eine Verarbeitungsschaltung beinhalten, die derjenigen ähnlich ist, die im Rahmen der Steuerung 120 erläutert wird.
3 ist ein Blockdiagramm eines kohärenten Lidarsystems 110 mit einem gesteuerten Abtastmusterübergang 430 gemäß einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen. Ein bistatisches Lidarsystem 110 ist in der exemplarischen Ausführungsform von 3 dargestellt. Der größte Teil des bistatischen Lidarsystems 110, dargestellt in 3, ist identisch mit dem monostatischen Lidarsystem 110, dargestellt in 2. Somit werden die mit Bezug auf 2 ausführlich beschriebenen Komponenten nicht erneut erläutert. Wie bereits erwähnt, besteht der Hauptunterschied zwischen dem monostatischen und dem bistatischen System darin, dass im bistatischen System separate Öffnungslinsen 255a, 255b (allgemein als 255 bezeichnet), Lichtförderer 256a, 256b (allgemein als 256 bezeichnet) und Strahllenkungsvorrichtungen 257a, 257b (allgemein als 257 bezeichnet) für das Ausgangssignal 236 und den Empfangsstrahl 238 verwendet werden. Daher ist ein Zirkulator 250 im bistatischen System von 3 nicht erforderlich.
4 zeigt eine exemplarische Grobabtastung 410 und eine exemplarische Feinabtastung 420, die durch einen gesteuerten Abtastmusterübergang 430 gemäß einer oder mehreren alternativen Ausführungsformen ermöglicht wird. Der Übergang 430 und die Feinabtastung 420 können durch die Strahllenkungssteuerung 200 oder eine andere Steuerung 120 im Fahrzeug 100 bestimmt werden. Der Übergang 430 kann basierend auf dem Erfassen eines Ziels 140 während der Grobabtastung 410 eingeleitet werden, beispielsweise so dass die Feinabtastung 420 ein enges Sichtfeld abdeckt, das durch die Position des erfassten Ziels 140 definiert ist. Obwohl das in 4 dargestellte Beispiel von einer Grobabtastung 410 zu einer Feinabtastung 420 erfolgt, ist der Übergang 430 nicht darauf beschränkt, zwischen einem bestimmten Abtasttyp oder zwischen relativ breiteren oder schmaleren Abtastungen zu liegen. So kann beispielsweise der Übergang 430 zwischen zwei Grobabtastungen 410 liegen, die jeweils einen unterschiedlichen Teil des gesamten Sichtfeldes abdecken.
Der Übergang 430 ist als Basis-Spline (B-Spline) gemäß einer exemplarischen Ausführungsform implementiert. Der B-Spline, der den Übergang 430 definiert, ist eine Vektorfunktion, $\overset{⇀}{f} (t)$
welche die folgende Randbedingung erfüllt: $\overset{⇀}{f} (0) = \overset{⇀}{r}$
Gemäß GL. 1, zum Zeitpunkt t = 0, dem Beginn des Übergangs 430, ist die Ausgangsposition der Strahllenkungsvorrichtung 257 $\overset{⇀}{r} .$
Der Positionsvektor $\overset{⇀}{r}$
stellt eine Positionsrichtung in Bezug auf einen Ursprung bereit. Im Allgemeinen ist der Ursprung die Mitte des gesamten Sichtfeldes des Lidarsystems 110, was der Standardposition der Strahllenkungsvorrichtung 257 entsprechen kann. Eine weitere Randbedingung, welche die Vektorfunktion $\overset{⇀}{f} (t)$
erfüllen muss, ist: $\overset{⇀}{f} (T) = \overset{⇀}{r}'$
Zum Zeitpunkt t = T, am Ende des Übergangs 430, in der die Endposition der Strahllenkungsvorrichtung 257, welche die Anfangsposition für den Beginn der Feinabtastung 420 ist, gegeben durch $\overset{⇀}{r}',$
Eine dritte Randbedingung ist gegeben durch: ${\frac{d \overset{⇀}{f}}{d t} |}_{t = 0} = \frac{d \overset{⇀}{r}}{d t} = \overset{⇀}{v}$
In GL. 3, $\overset{⇀}{v}$
ist die momentane Geschwindigkeit, mit der sich die Strahllenkungsvorrichtung 257 am Ende der Grobabtastung 410 bewegt. Die endgültige Randbedingung ist gegeben durch: ${\frac{d \overset{⇀}{f}}{d t} |}_{t = T} = \frac{d \overset{⇀}{r}'}{d t} = \overset{⇀}{v}'$
In GL. 4, $\overset{⇀}{v}'$
ist die momentane Geschwindigkeit, mit der sich die Strahllenkungsvorrichtung 257 zu Beginn der Feinabtastung 420 bewegt.
Zusätzliche Bedingungen, die zur Lösung des B-Splines, der den Übergang 430 definiert, verwendet werden, beinhalten die Folgenden: $| \overset{⇀}{f} | < {\overset{⇀}{r}}_{m a x} f ü r a l l e n 0 < t < T$
$\frac{d \overset{⇀}{f}}{d t} < {\overset{⇀}{v}}_{m a x} f ü r a l l e n 0 < t < T$
Gemäß GL. 5 kann die Vektorfunktion $\overset{⇀}{f} (t)$
keine Positionsrichtung in Bezug auf den Ursprung aufweisen, die erfordert, dass die Strahllenkungsvorrichtung 257 ihre maximale Steuerposition während des Übergangs 430 überschreitet. Wenn beispielsweise die Strahllenkungsvorrichtung 257 ein MEMS-Abtastspiegel ist, kann der Übergang 430 die Überschreitung des maximalen Neigungswinkels des Spiegels nicht erfordern. Gemäß GL. 6 kann eine maximale Geschwindigkeit während des Übergangs 430 nicht überschritten werden.
Die 5A-5F veranschaulichen verschiedene Szenarien für den Anfangspositionsvektor $\overset{⇀}{r},$
den Endpositionsvektor $\overset{⇀}{r}',$
den Anfangsgeschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und den Endgeschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
zum Beschreiben zusätzlicher Prozesse beim Bestimmen des Übergangs 430 gemäß den Ausführungsformen. Insbesondere veranschaulichen die Szenarien das Bestimmen, ob ein oder zwei Knoten 510 erforderlich sind. Knoten 510 sind Haltepunkte oder Stellen, an denen sich die stückweisen Polynomfunktionen, aus denen sich die B-Spline-Funktion zusammensetzt, treffen. 5A zeigt an, dass der Anfangsgeschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und der Endgeschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
parallel zum Ursprung sind, aber in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet. Im Allgemeinen zeigt ein Vergleich der 5A und 5B, dass die parallelen Geschwindigkeitsvektoren $\overset{⇀}{v}$
und $\overset{⇀}{v}',$
die sich in die gleiche Richtung bewegen, wie in 5B, zwei Richtungsänderungen oder zwei Knoten 510 erfordern, während die parallelen Geschwindigkeitsvektoren $\overset{⇀}{v}$
und $\overset{⇀}{v}',$
die sich in entgegengesetzten Richtungen bewegen, wie in 5A, eine Richtungsänderung oder einen Knoten 510 erfordern. Ein Vergleich der 5C, 5D, 5E und 5F zeigt, dass die senkrechten Geschwindigkeitsvektoren $\overset{⇀}{v}$
und $\overset{⇀}{v}',$
die sich wie in den 5C und 5E voneinander wegbewegen, zu einer Richtungsänderung oder einem Knoten 510 führen, während die senkrechten Geschwindigkeitsvektoren $\overset{⇀}{v}$
und $\overset{⇀}{v}',$
wie in den 5D und 5F, aufeinander zubewegt werden, zwei Richtungsänderungen oder zwei Knoten 510 erfordern. Diese Beobachtungen werden beim Bestimmen der Anzahl der Knoten 510 verwendet, wie unter Bezugnahme auf 7 erläutert.
6 zeigt einen exemplarischen Übergang 430, der gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen bestimmt wird. Der in 6 dargestellte exemplarische Übergang 430 beinhaltet zwei Knoten 510. Bei den gegebenen Randbedingungen und anderen Bedingungen, die in Bezug auf die GL. 1 bis 6 sowie basierend auf dem Bestimmen erläutert werden, ob ein oder zwei Knoten 510 für den Übergang 430 erforderlich sind, wird die Anzahl der gleichzeitigen Segmente 610 für den Übergang 430 bestimmt. Insbesondere zeigen die Endpunkte jedes Segments 610 Positionen an, die der Strahllenkungsvorrichtung 257 entsprechen, und die zeitgleichen Segmente 610 beziehen sich auf die Tatsache, dass jedes Segment 610 nicht die gleiche Entfernung darstellen kann, sondern die gleiche Dauer für die Strahllenkungsvorrichtung 257 zum Ändern von Positionen darstellt. In alternativen Ausführungsformen können die Segmente 610 nicht gleichzeitige Segmente sein.
In 6 sind 10 Segmente 610 (N=10) für den B-Spline dargestellt, der den Übergang 430 definiert. Die Bestimmung der Anzahl N der Segmente 610 basiert auf der Tatsache, dass die Geschwindigkeit der Strahllenkungsvorrichtung 257 im Übergang vom Segment 610 zum Segment 610 mit zunehmender Anzahl N der Segmente 610 abnimmt. Anders ausgedrückt, erhöht sich die Dauer T des Übergangs 430 mit zunehmender Anzahl N der Segmente 610. Da das Ziel darin besteht, die Dauer T des Übergangs 430 zu minimieren, sollte die Anzahl N der Segmente 610 minimiert werden. Gleichzeitig kann die Anzahl N der Segmente 610 nicht so niedrig gewählt werden, dass die momentane Geschwindigkeit an jedem Punkt entlang des B-Spline, die mit abnehmendem N zunimmt, die maximale Geschwindigkeit überschreitet ${\overset{⇀}{v}}_{m a x} .$
7 ist ein Prozessablauf 700 eines Verfahrens zum Durchführen eines gesteuerten Abtastmusterübergangs 430 mit der Strahllenkungsvorrichtung 257 gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen. Die mit Bezug auf 7 erläuterten Prozesse können von der Strahllenkungssteuerung 200 oder einer anderen Steuerung 120 im Fahrzeug 100 gemäß exemplarischen Ausführungsformen durchgeführt werden. Bei Block 710 beinhaltet das Empfangen eines neuen Abtastmusters das Empfangen des Musters der Feinabtastung 420 gemäß dem in 4 dargestellten exemplarischen Fall. Das Bestimmen der letzten Position und Geschwindigkeit der aktuellen Abtastung sowie der Startposition und Geschwindigkeit der neuen Abtastung bei Block 720 bezieht sich auf das Erhalten von $\overset{⇀}{r},$
$\overset{⇀}{v}$
$\overset{⇀}{r}',$
bzw. $\overset{⇀}{v}' .$
Bei Block 730 wird geprüft, ob die Geschwindigkeitsvektoren $\overset{⇀}{v}$
und $\overset{⇀}{v}',$
parallel sind. Dies ist der Fall bei den in den 5A und 5B dargestellten Szenarien. Wenn die Geschwindigkeitsvektoren parallel sind, wird der Prozess bei Block 740 durchgeführt. Bei Block 740 wird geprüft, ob ein Punktprodukt der Geschwindigkeitsvektoren $\overset{⇀}{v}$
und $\overset{⇀}{v}'$
negativ ist. Wenn das Punktprodukt der Geschwindigkeitsvektoren $\overset{⇀}{v}$
und $\overset{⇀}{v}'$
gemäß der Prüfung bei Block 740 negativ ist, wird der B-Spline mit einem Knoten 510 bei Block 750 berechnet, wie im Falle von 5A. Wenn das Punktprodukt der Geschwindigkeitsvektoren $\overset{⇀}{v}$
und $\overset{⇀}{v}'$
gemäß der Prüfung bei Block 740 nicht negativ ist, wird der B-Spline mit zwei Knoten 510 bei Block 770 berechnet, wie im Falle von 5B.
Wenn die Geschwindigkeitsvektoren $\overset{⇀}{v}$
und $\overset{⇀}{v}'$
gemäß der Prüfung bei Block 730 nicht parallel sind, dann wird der Prozess bei Block 760 durchgeführt. Bei Block 760 wird die folgende Vektorgleichung gelöst, um skalare Parameter u und u' zu bestimmen, die jeweils relative Zeitkoordinaten für die Trajektorie mit v, die ihren Ursprung bei r hat, und die Trajektorie mit v', die ihren Ursprung bei r' hat, darstellen: $\overset{⇀}{r} + \overset{⇀}{v} u = \overset{⇀}{r} + \overset{⇀}{v} u'$
Die Positions- und Geschwindigkeitsvektoren sind zweidimensionale Vektoren. Somit kann der Positionsvektor, $\overset{⇀}{r} als \overset{⇀}{r} = 〈 r_{1}, r_{2} 〉,$
für den Positionsvektor $\overset{⇀}{r}' als \overset{⇀}{r}' = 〈 r_{1}', r_{2}' 〉$
definiert werden, der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
kann als $\overset{⇀}{v} = 〈 v_{1}, v_{2} 〉$
definiert werden, und der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
kann als $\overset{⇀}{v}' = 〈 v_{1}', v_{2}' 〉$
definiert werden. In der exemplarischen Ausführungsform wird diese Koordinatenzerlegung in einem sphärischen Winkelraum durchgeführt, wobei die r₁-Koordinate den Winkel im Azimut (ϕ) und die r₂-Koordinate den Winkel in einer Erhöhung (θ) darstellt. In alternativen Ausführungsformen kann die Koordinatenzerlegung für jede zweidimensionale Basis, wie beispielsweise kartesische oder polare Koordinaten, durchgeführt werden, wobei r₁ die Koordinate entlang des ersten Basisvektors und r₂ die Koordinate entlang des zweiten Basisvektors darstellt. Daher stellt GL. 7 ein System von zwei linearen Gleichungen dar, die gleichzeitig für u und u' mit der geschlossenen Lösung gelöst werden können: $u = \frac{v_{1}^{'} (r_{2}^{'} - r_{2}) + v_{2}^{'} (r_{1} - r_{1}^{'})}{v_{2} v_{1}^{'} - v_{1} v_{2}^{'}}$
$u' = \frac{v_{1} (r_{2}^{'} - r_{2}) + v_{2} (r_{1} - r_{1}^{'})}{v_{2} v_{1}^{'} - v_{1} v_{2}^{'}}$
Die Überprüfung, bei Block 730, ob die Geschwindigkeitsvektoren $\overset{⇀}{v}$
und $\overset{⇀}{v}'$
parallel sind, berücksichtigt den Fall, in dem GL. 7 entartet ist (d. h. es gibt keine Lösung für u und u', was bei $v_{2} v_{1}^{'} = v_{1} v_{2}^{'}$
auftritt).
Bei Block 765 wird dann geprüft, ob die Zeichenfunktion von u und u' gleich sind. Wenn diese gleich sind, wird nach der Prüfung bei Block 765 der B-Spline mit zwei Knoten 510 bei Block 770 berechnet, wie im Falle der 5D und 5F. Wenn die Zeichenfunktionen von u und u' gemäß der Prüfung bei Block 765 nicht gleich sind, wird das Berechnen des B-Splines mit einem Knoten 510 bei Block 750 durchgeführt, wie im Falle der 5C und 5E.
Bei Block 780 wird das Bestimmen der Anzahl N von Segmenten 610 basierend auf dem Kompromiss zwischen der Anzahl der Segmente N und der Geschwindigkeit der Strahllenkungsvorrichtung 257 während des Übergangs 430 durchgeführt, wie unter Bezugnahme auf 6 erläutert. Nachdem die Anzahl N der Segmente 610 bestimmt wurde, beinhaltet der Prozess bei Block 780 auch die Segmentierung des B-Splines, der entweder bei Block 750 oder bei Block 770 berechnet wurde. Bei Block 790 führt das Bestimmen der Positionen der Strahllenkungsvorrichtung 257 zum Verfahren der B-Spline-Segmente 610 dazu, dass die Strahllenkungssteuerung 200 oder eine andere Steuerung 120 die Strahllenkungsvorrichtung 257 durch den Übergang 430 zum neuen Abtastmuster bewegt.
Während die vorstehende Offenbarung mit Bezug auf exemplarische Ausführungsformen beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, dass unterschiedliche Änderungen vorgenommen und die einzelnen Teile durch entsprechende andere Teile ausgetauscht werden können, ohne vom Umfang der Offenbarung abzuweichen. Darüber hinaus können viele Modifikationen vorgenommen werden, um eine bestimmte Materialsituation an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von deren wesentlichem Umfang abzuweichen. Daher ist vorgesehen, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten speziellen Ausführungsformen eingeschränkt sein soll, sondern dass sie auch alle Ausführungsformen beinhaltet, die innerhalb des Umfangs der Anmeldung fallen.

Claims

Kohärentes Lidarsystem, umfassend: eine Strahllenkungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um Licht vom System innerhalb eines Sichtfeldes auszugeben, worin eine erste Reihe von Positionen der Strahllenkungsvorrichtung ein erstes Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes definiert und eine zweite Reihe von Positionen der Strahllenkungsvorrichtung ein zweites Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes definiert, und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um Übergangspositionen für die Strahllenkungsvorrichtung bereitzustellen, um die Strahllenkungsvorrichtung vom ersten Abtastmuster zum zweiten Abtastmuster zu überführen, worin die Übergangspositionen einer Basis-Spline-(B-Spline-)-Funktion folgen.
System nach Anspruch 1, worin die Steuerung ferner konfiguriert ist, um die Übergangspositionen basierend auf dem Bestimmen einer Anzahl von Segmenten N des B-Splines zu bestimmen, und ferner konfiguriert ist, um die Anzahl von Segmenten N durch Minimieren eines Wertes von N zu bestimmen, ohne dass eine Geschwindigkeit der Strahllenkungsvorrichtung einen Maximalwert basierend auf der bei abnehmendem Wert von N zunehmenden Geschwindigkeit überschreitet.
System nach Anspruch 1, worin die Steuerung ferner konfiguriert ist, um die B-Spline-Funktion basierend auf dem Bestimmen einer Anzahl von Knoten zu berechnen, wobei die Anzahl der Knoten eine Anzahl von Richtungsänderungen anzeigt, die erforderlich sind, um eine Anfangsposition des zweiten Abtastmusters von einer Endposition des ersten Abtastmusters aus zu erreichen, wobei das erste Abtastmuster mit einem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}$
und einem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
endet und das zweite Abtastmuster mit einem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}'$
und einem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
beginnt.
System nach Anspruch 3, worin die Steuerung ferner konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob die Anzahl der Knoten ein oder zwei ist, basierend darauf, ob der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
parallel sind und basierend auf skalaren Parametern u und u', die basierend auf dem Positionsvektor $\overset{⇀}{r},$
dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v},$
dem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}'$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
gelöst sind.
System nach Anspruch 4, worin die Steuerung ferner konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass die Anzahl der Knoten eins ist, basierend auf dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
die parallel sind, und einem Punktprodukt des Geschwindigkeitsvektors $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
die negativ sind oder basierend auf dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
die nicht parallel sind und Zeichenfunktionen von u und u' ungleich sind.
System nach Anspruch 4, worin die Steuerung ferner konfiguriert ist, um zu bestimmen, dass die Anzahl der Knoten zwei ist, basierend auf dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
der parallel ist, und einem Punktprodukt des Geschwindigkeitsvektors $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
der nicht negativ ist oder basierend auf dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}',$
der nicht parallel ist und Zeichenfunktionen von u und u' gleich sind.
System nach Anspruch 1, worin die Steuerung ferner konfiguriert ist, um das zweite Abtastmuster basierend auf einer Erfassung eines Ziels in dem ersten Abtastmuster zu bestimmen, und das System auf oder in einem Fahrzeug beinhaltet ist und konfiguriert ist, um eine Position und Geschwindigkeit des Ziels in Bezug auf das Fahrzeug zu erfassen.
Fahrzeug umfassend: ein kohärentes Lidarsystem, umfassend: eine Strahllenkungsvorrichtung, die konfiguriert ist, um Licht vom System innerhalb eines Sichtfeldes auszugeben, worin eine erste Reihe von Positionen der Strahllenkungsvorrichtung ein erstes Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes definiert und eine zweite Reihe von Positionen der Strahllenkungsvorrichtung ein zweites Abtastmuster innerhalb des Sichtfeldes definiert; und eine Steuerung, die konfiguriert ist, um Übergangspositionen für die Strahllenkungsvorrichtung bereitzustellen, um die Strahllenkungsvorrichtung vom ersten Abtastmuster zum zweiten Abtastmuster zu überführen, worin die Übergangspositionen einer Basis-Spline-(B-Spline-)-Funktion folgen; und eine Fahrzeugsteuerung, die konfiguriert ist, um den Betrieb des Fahrzeugs zu erweitern oder zu automatisieren, basierend auf Informationen, die aus dem kohärenten Lidarsystem gewonnen werden.
Fahrzeug nach Anspruch 8, worin die Steuerung ferner konfiguriert ist, um die Übergangspositionen basierend auf dem Bestimmen einer Anzahl von Segmenten N des B-Splines zu bestimmen, und ferner konfiguriert ist, um die Anzahl von Segmenten N durch Minimieren eines Wertes von N zu bestimmen, ohne dass eine Geschwindigkeit der Strahllenkungsvorrichtung einen Maximalwert basierend auf der bei abnehmendem Wert von N zunehmenden Geschwindigkeit überschreitet.
Fahrzeug nach Anspruch 8, worin die Steuerung ferner konfiguriert ist, um die B-Spline-Funktion basierend auf dem Bestimmen einer Anzahl von Knoten zu berechnen, wobei die Anzahl der Knoten eine Anzahl von Richtungsänderungen anzeigt, die erforderlich sind, um eine Anfangsposition des zweiten Abtastmusters von einer Endposition des ersten Abtastmusters aus zu erreichen, wobei das erste Abtastmuster mit einem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}$
und einem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
endet und das zweite Abtastmuster mit einem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}'$
und einem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
beginnt, und ferner konfiguriert ist, um zu bestimmen, ob die Anzahl der Knoten ein oder zwei ist, basierend darauf, ob der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}$
und der Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
parallel sind und basierend auf den skalaren Parametern u und u', die basierend auf dem Positionsvektor $\overset{⇀}{r},$
dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v},$
dem Positionsvektor $\overset{⇀}{r}'$
und dem Geschwindigkeitsvektor $\overset{⇀}{v}'$
gelöst sind.