JP2023036935A - 位相エンコーディングlidarにおける内部反射減算のためのレーザー位相追跡方法およびシステム - Google Patents
位相エンコーディングlidarにおける内部反射減算のためのレーザー位相追跡方法およびシステム Download PDFInfo
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Abstract
Description
本出願は、2018年11月13日出願された米国臨時特許出願番号第62/760、437号についての優先権およびその利益を主張する。また、本出願は、2018年 12月 21日出願された米国臨時特許出願番号第62/783、749号についての優先権およびその利益を主張する。米国臨時特許出願番号第62/760、437号および米国臨時特許出願番号第62/783、749号の全体開示内容は、その全体が本明細書に参照として統合される。
1.位相エンコーディング(Phase-Encoded)検出概要
2.光検出ハードウェア概要
3.位相エンコーディング光検出
4.内部反射減算機能を有するドップラー補償されたLIDAR
基準信号LOが変調されないレーザー信号であるとき、全体信号は、同相であり、虚数成分は、0である。したがって、次のようになる。
ここで、Pは、非-搬送波パイロット信号であり、ωcは、一部の実施例で相変らず搬送波周波数にあるが、単側波帯位相変調器を用いる他の実施例においては、他の周波数にあるコードの中心での周波数である。一部の実施例において、以下により詳細に説明するように、NCパイロットトーンは、送信される出力光信号の代わりに基準光信号に追加される。
4.1 ドップラー補償されたLIDAR-ドップラーシフトされたリターン信号のスペクトル
ドップラー推定ωDk’を用いる補正は、時間ドメインでのベクトル掛け算(または周波数ドメインでのCIRCSHIFT方法)によって行われる。ベクトル掛け算は、数式7fに表示される。
数式7fにおいて、残留位相項が残っているが、引数の発振するドップラー成分は、除去される(補償される)ことを知ることができる。
4.2 NCパイロットトーンおよび内部反射減算を用いるドップラー補償されたLIDAR
4.3 ドップラー補償されたLIDAR:ドップラーシフトされたSSBリターン信号のスペクトル
数式10bでは、残留位相項が残っていることを見られるが、引数の振動ドップラー成分は、除去される(補償される)。
4.5 2進位相コード
数式11cに与えられたように、半分ナイキスト周波数でのトーンを加えて最終駆動RF信号を提供する。
この波形Dは、SSB位相変調器を駆動するのに使用される。
4.6 内部反射減算のための方法
一部の実施例において、内部光学機器は、制御された条件下で一度較正(Calibrated)され、システムの多数の後続配布のために格納されるSS(t)に対する固定値を生成する。したがって、動作910aは、数式12bを適用することのみを含む。一部の実施例において、内部光学機器によって生成されたコードの虚偽コピーは、十分に小さいか、または関連する距離が外部オブジェクトまでの距離と十分に異なるため、その動作909aおよび910aは、省略され得る。したがって、一部の実施例において、動作909aおよび910aは、省略され、制御は、動作910aでの数式12bではない動作908aからのS(t)を使用して動作908aから動作911aに直接進行する。
4.7 位相が安定していないレーザーを用いて内部反射を減算するための方法
前述のように、これは、一度のキャリブレーション動作であり得る。φIpに表示されたp番目のスポットについてのこのピークに関連する位相は、数式13cによって与えられる複素数である。
ここで、Angle{x}は、4四分面逆タンジェント(Four Quadrant Inverse Tangent)、基本的には、複素数xの実数部と虚数部の間の[-π、π]のラップ角度を計算する関数である。前述のように、一部の実施例において、短い距離で単一の逆反射されたピークではない多数の逆反射がある。これらは、すべて非常に類似の距離(したがって、非常に類似の時間遅延)にあるため、最も顕著なピークでの位相変化が小さな周波数ディザリングについて他のものとともに追跡される。基本的に、これらのピークのすべてについての時間遅延が非常に類似しているため、互いに異なるピークでの位相ドリフト(レーザー周波数と時間遅延の積と同じ)は、非常に小さい。これは、(図10eのように)1つのピークを推定して追跡することが全体のサーキュレーターの複素数の良好な減少につながる理由を説明するのに役立つことができる。
ここで、n≦Pは、今まで累積した位相補正信号の数である。一部の実施例において、動作1115は、また、数式14cによって与えられるように、n個の信号が結合された後に、平均信号を計算するために合計を信号の数で割る。
他の実施例において、すべてのP個の信号について数式14bの合計が累積するまで割り算が行われない。
一部の実施例において、平均化は、より最近のショットにより多くの加重値を付与するために時間に基づく指数的減少で行われ得る。P個の信号が累積していない場合、制御は、動作905aに戻って次のスポットを照明する。そうでない場合、制御は、動作1131に進行する。
5.コンピュータハードウェア概要
6.変更、拡張および修正
Claims (15)
- 光信号を提供するレーザーと、
前記レーザーからの前記光信号を変調し、変調された光信号を生成する変調器と、
前記レーザーからの前記光信号に関連する基準光信号を生成し、前記変調された光信号をオブジェクトに向けて送信し、前記オブジェクトに向けた前記変調された光信号を送信することに応答してリターンされた光信号を受信する光カプラと、
前記リターンされた光信号を前記基準光信号とミックスし、ミックスされた光信号を生成する光ミキサー-前記基準光信号は、前記レーザーからの前記光信号に連関する-と、
前記ミックスされた光信号を検出して電気信号を生成する光検出器と、
前記電気信号および前記変調された光信号に基づいて1つ以上の光学部品からの前記リターンされた光信号の内部反射のパラメータを決定し、前記内部反射の前記パラメータに基づいて車両を作動させるプロセッサと、を含むシステム。 - 前記パラメータは、位相、振幅、周波数または各周波数(Angular Frequency)のうち、少なくとも1つから選択され、前記変調器は、前記リターンされた光信号を前記基準光信号とミックスする前に前記基準光信号を変調し、前記光信号は、前記光信号の位相シーケンスに基づいて変調される請求項1に記載のシステム。
- 前記光カプラは、第1複数の測定値のそれぞれについて前記変調された光信号を前記オブジェクトに向けて送信し、前記第1複数の測定値のそれぞれについて前記リターンされた光信号を受信する請求項2に記載のシステム。
- 前記光ミキサーは、前記第1複数の測定値のそれぞれについて前記ミックスされた光信号を生成し、前記光検出器は、前記第1複数の測定値のそれぞれについて前記電気信号を生成する請求項3に記載のシステム。
- 前記パラメータは、前記第1複数の測定値のそれぞれについての前記内部反射の位相を含む請求項4に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、前記変調された光信号と前記第1複数の測定値のそれぞれについて予想される距離インデックスだけ円形でシフトされた前記電気信号の点乗積(Dot Product)に基づいて前記内部反射の前記パラメータを決定する請求項5に記載のシステム。
- 前記プロセッサは、
前記電気信号の前記第1複数の測定値のうち、1つ以上の測定値を含む第2複数の測定値の平均を決定し-前記平均は、前記第2複数の測定値のそれぞれについての前記内部反射の前記位相に少なくとも部分的に基づいて決定される-、
(I)前記第2複数の測定値の前記平均および(ii)前記第1複数の測定値のうち、少なくとも1つについての前記電気信号に少なくとも部分的に基づいて補正されたリターン信号を決定することによって、前記パラメータを決定する請求項5に記載のシステム。 - 前記プロセッサは、前記補正されたリターン信号に基づいて前記車両を作動させる請求項7に記載のシステム。
- レーザーからの光信号を変調し、変調された光信号を生成するステップと、
オブジェクトに向けて前記変調された光信号を送信するステップと、
前記変調された光信号を送信するステップに応答してリターンされた光信号を受信するステップと、
前記リターンされた光信号を基準光信号とミックスし、ミックスされた光信号を生成するステップ-前記基準光信号は、前記レーザーからの前記光信号に連関する-と、
前記ミックスされた光信号を検出して電気信号を生成するステップと、
前記電気信号および前記変調された光信号に基づいて1つ以上の光学部品からの前記リターンされた光信号の内部反射のパラメータを決定するステップと、
前記内部反射の前記パラメータに基づいて車両を作動させるステップと、を含む方法。 - 前記リターンされた光信号を前記基準光信号とミックスする前に前記基準光信号を変調するステップをさらに含み、
前記パラメータは、位相、振幅、周波数または各周波数(Angular Frequency)を含み、そして、
前記レーザーからの前記光信号を変調し、前記変調された光信号を生成するステップは、前記光信号の位相シーケンスに基づいて前記光信号を変調するステップを含む請求項9に記載の方法。 - 前記オブジェクトに向けて前記変調された光信号を送信するステップは、第1複数の測定値のそれぞれについて前記変調された光信号を送信するステップを含み、前記リターンされた光信号を受信するステップは、前記第1複数の測定値のそれぞれについて前記リターンされた光信号を受信するステップを含む請求項10に記載の方法。
- 前記ミックスされた光信号は、前記第1複数の測定値のそれぞれについて生成され、前記電気信号は、前記第1複数の測定値のそれぞれについて生成される請求項11に記載の方法。
- 前記パラメータは、前記第1複数の測定値のそれぞれについて前記内部反射の位相を含む請求項12に記載の方法。
- 前記内部反射の前記パラメータを決定するステップは、
前記変調された光信号と前記第1複数の測定値のそれぞれについて予想される距離インデックスだけ円形でシフトされた前記電気信号の点乗積(Dot Product)に基づいて前記内部反射の前記パラメータを決定するステップと、
前記電気信号の前記第1複数の測定値のうち、1つ以上の測定値を含む第2複数の測定値の平均を決定するステップ-前記平均は、前記第2複数の測定値のそれぞれについての前記内部反射の前記位相に少なくとも部分的に基づいて決定される-と、
(I)前記第2複数の測定値の前記平均および(ii)前記第1複数の測定値のうち、少なくとも1つについての前記電気信号に少なくとも部分的に基づいて補正されたリターン信号を決定するステップと、をさらに含む請求項13に記載の方法。 - 前記補正されたリターン信号に基づいて前記車両を作動させるステップをさらに含む請求項14に記載の方法。
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