JP2024513258A - レーザーレーダー及び測距方法 - Google Patents

Abstract

レーザーレーダー及び測距方法であり、レーザーレーダーは、レーザー送信装置（１１）、制御装置（１２）、探知装置（１３）及びデータ処理装置（１４）を備え、ここで、制御装置（１２）は、時系列乱数に基づいてトリガ信号を生成できるように構成されており、レーザー送信装置（１１）は、少なくとも１つのレーザー（１１１）と、レーザーに結合されたドライバ（１１２）とを備え、ドライバ（１１２）はトリガ信号に応じてレーザー（１１１）を駆動してレーザーパルス信号を送信するように構成されており、探知装置（１３）は、レーザーパルス信号の対象物で反射されたエコー信号を受信し、エコー信号を電気信号に変換するように構成されており、データ処理装置（１４）は、レーザーパルス信号を送信する時間とエコー信号を受信する時間とに基づいて、対象物の距離情報を決定する。レーザーレーダーは、ランダム発光方式を採用することによって、レーザーレーダーと干渉する干渉点が空間相関性を持たないようにし、更にマルチパルスコーディングと組み合わせて、マルチパルス間の時系列及び振幅を変調し、エコーコーディングが送信パルス列コーディングと同じであるか否かを判断し、エコー信号を識別し、耐干渉効果を更に向上させる。

Description

本開示は、光電探知の分野に関し、特にレーザーレーダー及び測距方法に関する。

レーザーレーダーによって生成された点群において、干渉点は常に可能な限り克服する必要がある問題である。干渉点を生じる理由が多くあるが、異なるレーザーレーダー間のクロストークによる干渉点は、重要な理由の一つであり、特にレーザーレーダーが自動運転車のナビゲーションに広く使用されている場合、レーザーレーダー間のクロストーク問題は特に顕著である。レーザーレーダーの探知光は、一般的に使用されるいくつかの波長に集中しているため、他のレーダーから発した同じ波長のレーザー又はエコーが受信されやすくなり、光フィルタなどの手段でフィルタリングすることができない。レーザーレーダーの測距原理は、送信されたレーザーパルスの飛行時間（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ，ＴＯＦ）の測定に基づいているため、各レーザーレーダーが、受信したレーザーパルスが本レーザーレーダーから発したものであるか否かを判定できない場合、他のレーザーレーダーから発したパルス又はエコーを受信した時に、本レーザーレーダーのエコー信号と判定され、干渉点を生成し、ひいてはテスト結果にエラーが生じることがある。

背景技術部分の内容は、単に公開者に知られている技術に過ぎず、必ずしも該分野における従来技術を表すものではない。

従来技術の少なくとも１つの欠陥に鑑みて、本発明は、ランダム発光方式を採用することによって、レーザーレーダーと干渉する干渉点が空間相関性を持たないようにし、更にマルチパルスコーディングと組み合わせて、マルチパルス間の時系列及び振幅を変調し、エコーコーディングが送信パルス列コーディングと同じであるか否かを判断し、エコー信号を識別し、耐干渉効果を更に向上させるレーザーレーダーを設計した。

本発明は、レーザー送信装置、制御装置、探知装置及びデータ処理装置を含み、
前記制御装置は、時系列乱数に基づいてトリガ信号を生成できるように構成されており、
前記レーザー送信装置は、少なくとも１つのレーザーと、前記レーザーに結合されたドライバとを備え、前記ドライバは前記トリガ信号に応じて前記レーザーを駆動してレーザーパルス信号を送信するように構成されており、
前記探知装置は、前記レーザーパルス信号の対象物で反射されたエコー信号を受信し、前記エコー信号を電気信号に変換するように構成されており、
前記データ処理装置は、前記レーザーパルス信号を送信する時間と、前記エコー信号を受信する時間とに基づいて、前記対象物の距離情報を決定する、レーザーレーダーを提供する。

本発明の一態様によれば、前記時系列乱数を生成するように構成されている乱数発生器を更に備え、前記制御装置は、前記時系列乱数を受信するように、前記乱数発生器に結合される。

本発明の一態様によれば、前記データ処理装置は、複数の距離情報の相関性を計算し、相関性がプリセット値よりも低い距離情報を干渉信号としてフィルタリングすることができるように構成されている。

本発明の一態様によれば、前記レーザーは、複数の予め設定された発光時刻を有し、前記制御装置は、前記時系列乱数に基づいて、前記複数の予め設定された発光時刻から１つの発光時刻を前記駆動信号のトリガ時刻として選択するように構成されている。

本発明の一態様によれば、前記レーザーは、１つの予め設定された発光時刻を有し、前記制御装置は、前記時系列乱数に基づいて、前記予め設定された発光時刻を前記駆動信号のトリガ時刻として遅らせたり早めたりするように構成されている。

本発明の一態様によれば、前記レーザーは、複数のパルスを送信できるように構成され、前記制御装置は、前記時系列乱数に基づいて２つの隣接するパルスに対応するトリガ信号間の時間間隔を調整できるように構成されている。

本発明の一態様によれば、前記レーザー送信装置は、同じ数の複数のレーザー及び複数のドライバを備え、前記レーザーレーダーは、前記レーザーと同じ数の複数の乱数発生器を備える。

本発明の一態様によれば、前記レーザー送信装置は、複数のレーザーと、前記レーザーに一対一に結合される複数のドライバとを備え、前記制御装置は、前記複数のドライバに結合され、前記時系列乱数は、複数のレーザーの発光順序に対応する。

本発明の一態様によれば、前記レーザー送信装置は、複数組のレーザーを備え、各組のレーザーは、複数のレーザーと、前記レーザーに一対一に結合される複数のドライバとを備え、前記レーザーレーダーは、前記複数組のレーザーに対応する複数の乱数発生器を更に備え、各乱数発生器によって発生される時系列乱数は、それに対応する１組のレーザーの発光順序に対応する。

本発明の一態様によれば、前記制御装置は更に、前記ドライバを制御して前記レーザーを駆動してマルチパルスコーディングを有するレーザーパルス列を送信するように構成されており、前記マルチパルスコーディングは、時系列コーディング、振幅コーディング及び／又はパルス幅コーディングを備える。

本発明の一態様によれば、前記乱数発生器は、擬似乱数発生器であり、
予め保存された乱数テーブルからランダムに抽出することと、
クロック位相に基づいて生成することと、
システム温度に基づいて生成することと、
線形フィードバックシフトレジスタによって生成することと、のうちの１つ又は複数によって前記時系列乱数を生成する。

本発明は、
時系列乱数を生成するＳ１０１と、
前記時系列乱数に基づいて、レーザー送信装置の少なくとも１つのドライバを制御して結合されたレーザーを駆動してレーザーパルス信号を送信するＳ１０２と、
前記レーザーパルス信号の対象物で反射されたエコー信号を受信するＳ１０３と、
前記レーザーパルス信号を送信する時間と、エコー信号を受信する時間とに基づいて、前記対象物の距離情報を決定するＳ１０４と、を含む、測距方法を更に提供する。

本発明の一態様によれば、複数の距離情報の相関性を計算し、相関性がプリセット値よりも低い距離情報を干渉信号と判断することを更に含む。

本発明の一態様によれば、前記ステップＳ１０２は、前記時系列乱数に基づいて、レーザーが前記レーザーパルス信号を送信する送信時間を制御し、及び／又は隣接するレーザーパルス間の時間間隔を制御するステップを含む。

本発明の一態様によれば、前記ステップＳ１０２は、前記時系列乱数に基づいて、複数のレーザーの発光順序を制御するステップを含む。

本発明の一態様によれば、前記ステップＳ１０２は、
予め保存された乱数テーブルからランダムに抽出することと、
クロック位相に基づいて生成することと、
システム温度に基づいて生成することと、
線形フィードバックシフトレジスタによって生成することと、によって時系列乱数を生成するステップを含む。

本発明は、 レーザー送信装置、制御装置、探知装置及びデータ処理装置を備え、
前記制御装置は、時系列乱数に基づいてトリガ信号を生成できるように構成されており、
前記レーザー送信装置は、少なくとも１つのレーザーと、前記レーザーに結合されたドライバとを備え、前記ドライバは前記トリガ信号に応じて前記レーザーを駆動してレーザーパルス信号を送信するように構成されており、
前記探知装置は、前記レーザーパルス信号の対象物で反射されたエコー信号を受信し、前記エコー信号を電気信号に変換するように構成されており、
前記データ処理装置は、前記レーザーパルス信号を送信する時間と、前記エコー信号を受信する時間とに基づいて、前記対象物の距離情報を決定し、
前記レーザーパルス信号は、マルチパルスコーディングを有するレーザーパルス列であり、前記マルチパルスコーディングは、時系列コーディング、振幅コーディング及び／又はパルス幅コーディングを備える、レーザーレーダーを更に提供する。

レーザーのランダム発光によって、レーザーレーダーと干渉する干渉点が空間相関性を持たないようにし、それにより孤立点と判断してフィルタリングされ、干渉点を減らすことができる。更に、マルチパルスコーディングと組み合わせて、マルチパルス間の時系列間隔、振幅を変調し、エコーコーディングが送信パルス列コーディングと同じであるか否かを判断することによって、エコー信号を識別し、耐干渉効果を更に向上させる。

本開示の一部を構成する図面は、本開示を更に理解するために提供されるものであり、本開示の例示的な実施例及びその説明は、本開示を不当に限定するものではなく、本開示を解釈するためのものである。

非ランダム発光の情報点の三次元効果の模式図を示す。 非ランダム発光の情報点の二次元効果の模式図を示す。 本発明の一実施例に係るレーザーレーダーのモジュール図を示す。 ランダム発光の情報点の三次元効果の模式図を示す。 ランダム発光の情報点の二次元効果の模式図を示す。 本発明の実施例１に係る発光時刻がランダムである時系列図を示す。 本発明の実施例２に係る発光遅延がランダムである時系列図を示す。 レーザーが順次発光する時の干渉の模式図を示す。 本発明の実施例３に係る発光順序がランダムである干渉の模式図を示す。 複数のレーザーの配列の模式図を示す。 本発明の実施例４に係るレーザーレーダーのモジュール図を示す。 本発明の実施例５に係るレーザーレーダーのモジュール図を示す。 本発明の実施例６に係るレーザーレーダーのモジュール図を示す。 本発明の実施例７に係る発光時刻がランダムであることをマルチパルスコーディングに組み合わせた時系列図を示す。 本発明の実施例８に係る発光遅延がランダムであることをマルチパルスコーディングに組み合わせた時系列図を示す。 マルチパルスコーディングのドライバ構造の模式図を示す。 マルチパルスコーディングのスイッチ制御信号とスイッチトリガ信号の時系列図を示す。 別のマルチパルスコーディングのドライバ構造の模式図を示す。 本発明の測距方法のフローチャートを示す。 本発明の一実施例に係るレーザーレーダーのモジュール図を示す。

以下において、いくつかの例示的な実施例のみを簡単に説明する。当業者であれば理解できるように、本発明の精神又は範囲から逸脱することなく、説明された実施例を様々な異なる方式で修正することができる。従って、図面及び説明は、限定的なものではなく、本質的に例示的なものであるとみなされる。

本発明の説明では、理解すべきところとして、「中心」、「縦方向」、「横方向」、「長さ」、「幅」、「厚さ」、「上」、「下」、「前」、「後」、「左」、「右」、「鉛直」、「水平」、「頂」、「底」、「内」、「外」、「時計回り」、「逆時計回り」等の用語で示す方位又は位置関係は、図面に基づくものであり、本発明を容易に説明し記述を簡略化するためのものに過ぎず、記載される装置又は素子は必ず特定の方位を有したり、特定の方位で構成、操作されたりすることを明示又は暗示することがないので、本発明を限定するものと理解してはならない。また、用語「第１」、「第２」は、説明するためのものに過ぎず、相対的重要性を明示又は暗示したり、説明される技術特徴の数量を暗示したりするものと理解してはならない。従って、「第１」、「第２」と限定される特徴は１つ又は複数の前記特徴を明示的又は暗示的に含むことができる。本発明の説明では、明確且つ具体的に限定しない限り、「複数」は２つ又は２つ以上を意味する。

本発明の説明では、説明すべきところとして、明確に規定、限定しない限り、用語の「取り付ける」、「連結する」、「接続する」を広義的に理解すべきであり、例えば、固定的に接続してもよく、取り外し可能に接続してもよく、又は、一体的に接続してもよく、機械的に接続してもよく、電気的に接続してもよく、又は相互に通信してもよく、直接接続してもよく、中間媒介を介して間接的に接続してもよく、２つの素子の内部連通又は２つの素子の相互作用関係であってもよい。当業者であれば、具体的な状況に応じて本発明での上記用語の具体的な意味を理解してもよい。

本発明においては、別に明確に規定、限定しない限り、第１特徴が第２特徴の「上」又は「下」にあるというのは、第１と第２特徴が直接接触する場合を含んでもよいし、第１と第２特徴が直接接触せず、それらの間の別の特徴を介して接触する場合を含んでもよい。また、第１特徴が第２特徴の「上」、「上方」及び「上面」にあるというのは、第１特徴が第２特徴の真上及び斜め上方にある場合を含み、又はただ第１特徴の水平高さが第２特徴より高いことを意味する。第１特徴が第２特徴の「下」、「下方」及び「下面」にあるというのは、第１特徴が第２特徴の真下及び斜め下方にある場合を含み、又はただ第１特徴の水平高さが第２特徴より小さいことを意味する。

以下の開示は、本発明の異なる構造を実現するための多くの異なる実施形態又は例を提供する。本発明の開示を簡略化するために、特定の例の部材及び配置を以下に説明する。当然ながら、それらは例示的なものに過ぎず、本発明を限定する意図がない。また、本発明は、異なる例において参照数字及び／又は参照文字を重複することができ、このような重複は、簡略化及び明確化のためのものであり、その自体は、議論される各種の実施形態及び／又は配置との間の関係を示すものではない。また、本発明では各種の特定のプロセス及び材料の例が提供されるが、当業者であれば、他のプロセスの用途及び／又は他の材料の使用を想到することができる。

マルチビームレーザーレーダーは、複数のレーザー及び複数の探知器を備え、複数のレーザーは、指定方向（例えばレーザーレーダーの垂直方向）に沿って配列されてもよく、探知器とレーザーとの間に対応関係があり、１つのレーザーが探知光を発した後、それに対応する探知器は光信号を受信し、探知器が光信号を受信した後、対応するレーザーが探知光を発する時間と、探知器が信号を受信した時間によって、光の飛行時間を計算し、更に対象物距離情報を得ることができる。一回の送信と受信が完了すると、次のレーザーが探知光を発する。

レーザーレーダーは、作業中に軸線に沿って一定の回転速度で回転し、設定されたサンプリング周波数に基づいて、一定の角度で回転するたびにデータ収集を実行し、それにより回転過程でレーダー周囲の情報を収集し、周囲環境への感知を実現し、そして、レーダーが１周り回転した後に得られた全てのデータ点は１フレームの点群を形成する。従来の機械回転式レーダーを例として、複数の探知器が、レーダーの垂直方向に沿って配列され、異なる探知器が、異なる垂直角度でのエコー信号を受信するために用いられるため、異なる探知器によって測定されたデータ点は、探知器の位置に基づいてそれに対応する垂直角度を取得することができる。レーダーは、水平方向に３６０°回転することができ、レーダーがある水平角度まで回転した場合、複数のレーザーは順番に探知光を発し、探知器は、それに対応するレーザーが探知光を発した後に光信号を探知する。全ての探知器の順番が完了した後に、該水平角度におけるレーダー垂直視野（Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｖｉｅｗ，ＦＯＶ）に対応する探知情報が取得される。ある水平角度での探知が完了した後に、レーダーは、再度の順番探知を実行するために、既に別の水平角度に回転した。そのため、同じ探知器の隣接する２回の信号探知に対応する水平角度の差は、レーダーの水平角解像度として表すことができる。

実際の探知において、探知器によって受信された光信号は、探知光の対象物で反射されたエコー信号を含むことだけでなく、干渉信号、特に他のレーザーレーダーから発した探知光又は反射光を含み、干渉点を形成することもある。干渉点は、単一のノイズ（孤立点とみなすこともできる）と、複数又は連続した複数のノイズとの２種類に簡単に分けることができる。通常、干渉点のフィルタリング方法は、他のレーザーレーダー又は他の干渉源の信号による干渉がランダムで且つ散発的であり、即ち、点群上では空間孤立点であることに基づいて、データ点と他の隣接するデータ点との相関性を判断することにより、孤立点を識別してフィルタリングし、干渉点を減らすことができる。

但し、干渉点が他のレーザーレーダーからのものである場合、特に他のレーザーレーダーも複数のレーザー及び探知器が順番に発光探知を行う場合、本レーザーレーダーの複数の探知器は全て干渉信号を受信して、同じ水平角度で複数の干渉点が探知され、これらの干渉点には一定の相関性が存在する可能性があるため、上述した空間孤立点を判断する方法によって、それをフィルタリングしにくく、更に点群にノイズが形成される。

図１ａ及び図１ｂはそれぞれ、非ランダム発光の情報点の三次元及び二次元効果の模式図を示す。レーザーレーダーが一定の距離で離れた２つの平板状対象物を探知して得られたデータ点を示し、図１ａでは、Ｙ軸はレーザーレーダーの探知水平角度に対応し、Ｚ軸はレーザーレーダーの探知垂直角度に対応し、Ｘ軸は探知して得られた対象物距離に対応し、レーダーは、レーザー及び対応する探知器のリアルタイム探知角度及び対象物距離情報に基づいて、図１ａに示す三次元点群を取得することができる。図１ｂは図１ａのＸ－Ｙ二次元グラフである。上記非ランダム発光とは、レーザーレーダーの複数のレーザーが所定の時間間隔で順次探知光を発し、且つ隣接する２つのレーザーの発光時間間隔が通常等しいことを意味する。レーザーレーダーが移動しない場合、レーザーレーダーと対象物との距離は変化せず、複数の探知器が複数の水平角度で測定した複数のデータ点は、同じ距離値に対応し、点群上で規則的に配列されたドットマトリクスである。図１ａに示すように、中空丸は、探知光の対象物で反射された実際のエコーによって測定されたデータ点（図示される真の点）を表し、星型点は干渉点を表す。

レーザーレーダーの測距方式から分析すると、レーダーのレーザーが探知ビームを発し、一定時間内に探知器を起動してエコー信号を受信する。この一定時間は、レーザーレーダーの所定の探知距離によって決定することができ、例えば、レーザーレーダーの最遠探知距離は２００ｍであり、レーザーが探知ビームを発してから計時し始め、探知器を起動し、（２００ｍ×２／光速）の時間（即ち、探知光が２００ｍの対象物に飛んで反射され、エコー信号がレーザーレーダーに到達する）後に探知器を停止し、今回の探知を終了する。上記探知器の起動時間内に、ノイズ閾値を超える光信号を受信すると、システムは、探知ビームの対象物で反射されたエコーと判断し、エコー受信時間から探知光送信時間を差し引いて得られた飛行時間は対象物距離を計算するために用いられる。探知器の起動時間内にノイズ閾値を超える干渉信号を受信した場合も、該干渉信号の受信時間に基づいて対象物距離、即ち干渉点を算出することができる。

本レーザーレーダーと類似するルールと時間間隔で探知ビームを発する干渉レーダーが存在する場合、１回目の探知時に、第１の探知器の起動時間内に干渉信号を受信し、１回目の探知中に干渉点を生成する。２回目の探知時に、第２の探知器の起動時間内にも同様に、干渉レーダーの次の探知光による干渉信号を受信しやすく、第２の探知器の探知中にも干渉点を生成する。同様の理由に基づいて、第１、第２の探知器に隣接する第３、第４等の複数の探知器は、いずれも干渉レーダーが順次発する探知光による干渉信号を受信する可能性があり、複数の探知器の探知結果にも干渉点が存在する。複数の干渉点に対応する距離は、干渉レーダーが探知光を発する時間間隔に関係しており、本レーザーレーダーの複数のレーザーの順番に発光する送信時間間隔が固定であり、干渉レーダーの複数のレーザーの順番に発光する時間間隔も固定である場合、干渉信号の受信時間は規則的であり、これにより算出された対象物距離も一定の規則性を有し、干渉点に空間相関性を持たせる。

図１ｂと組み合わせると、レーダーはある水平角度（同じＹ軸座標に対応）にあり、図示されている５つの探知器は全て干渉信号を受信し、同じ水平角度及び垂直角度に対応する連続干渉点を生成し、これらの干渉点に対応する距離情報の差は小さく、互いに高い空間相関性を有し、空間孤立点判別方法を採用すれば識別できず、点群にノイズが発生する。

上記分析に基づき、本発明は、ランダム発光方式を採用して、レーザーレーダーと干渉する干渉点の空間相関性を、アルゴリズムが識別できる程度まで低減させ、更にそれを干渉信号としてフィルタリングするレーザーレーダーを設計した。

本発明のランダム発光は、各レーザーから探知ビームを発する送信時刻がランダムにジッターされることと、レーザーの発光順序が複数のレーザーからランダムに選択され、即ち、取り付け順序に従って１番目からＮ番目まで順次発光するのではなく、Ｎ個のレーザーから１つのレーザーをランダムに選択して発光し、次回、残りのＮ－１個のレーザーから、更に１つのレーザーをランダムに選択して発光するか、又はＮ個のレーザーにランダムな順序を設定し、該ランダムな順序に従って、対応するレーザーを順次発光させる（Ｎは正の整数であり、隣接して取り付けられているレーザーの個数を表す）ことと、各レーザーから発した探知ビームには複数のパルスが含まれ、異なるレーザーから発した探知ビームの各々に含まれるマルチパルス間にはランダムな時間間隔があることと、上記いくつかのランダム方式を２種類又はそれ以上で組み合わせることと、の複数の方式を含む。

上記非ランダム発光方式と組み合わせて、本発明のランダム発光方式の技術的効果を分析する。本レーザーレーダーの複数の探知器が同じ数の干渉信号を受信したと仮定し、干渉レーダーの送信が規則性を有するため、非ランダム発光と比較して、干渉信号の実際の受信時間は変化しないが、本レーザーレーダーの探知ビームの送信にランダム性があるため、隣接する２つの探知器は干渉信号を同時に受信せず、生成された複数の干渉点に対応する水平角度及び／又は垂直角度は隣接せず、干渉点の空間距離が大きくなり、隣接する２つの探知器が依然として干渉信号を同時に受信しても、本レーザーレーダーの送信時間がランダムであるため、干渉信号に基づいて算出された対象物距離もランダム性を有し、同様に干渉点の空間距離を増大させることができる。従って、点群において干渉点が現れる探知角度及び／又は干渉点に対応する距離もランダム性が生じ、干渉点の空間相関性を低減して露出させ、空間孤立点判別アルゴリズムで識別でき、次にそれをフィルタリングするようにする。

以下、図面を参照しながら本発明の好ましい実施例を説明する。ここで説明される好ましい実施例は、本発明を限定するためのものではなく、単に本発明を説明及び解釈するためのものに過ぎないことを理解すべきである。

本発明は、レーザーレーダー１０を提供し、図２に示すように、レーザー送信装置１１と、制御装置１２と、探知装置１３と、データ処理装置１４とを備える。

レーザー送信装置１１は、レーザー１１１と、それに結合されたドライバ１１２とを備え、レーザーパルス信号を送信するように構成されている。レーザー送信装置１１は、１つのレーザー１１１、及びそれに対応するドライバ１１２を少なくとも備え、図２の実施例では、レーザー送信装置１１が、１つのレーザー１１１、１つのドライバ１１２及び１つの乱数発生器１５を備える実施例の模式図を示し、レーザー送信装置１１が、複数のレーザー１１１、複数のドライバ１１２及び複数の乱数発生器１５を備える実施例は以下に詳しく説明される。レーザー１１１は、例えば、レーザーダイオード（ｌａｓｅｒ ｄｉｏｄｅ，ＬＤ）、端面発光レーザー（Ｅｄｇｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ，ＥＥＬ）又は垂直共振器型面発光レーザー（Ｖｅｒｔｉｃａｌ－ｃａｖｉｔｙ ｓｕｒｆａｃｅ－ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｌａｓｅｒ，ＶＣＳＥＬ）であってもよい。ドライバ１１２は、例えば、スイッチ及び電圧源又はエネルギー貯蔵装置を備えてもよい。制御装置は、スイッチにトリガ信号を送信して、スイッチを導通させ、電圧源又はエネルギー貯蔵装置は、レーザーに放電し、それによりレーザーを駆動してレーザーパルスを送信する。

制御装置１２は、ドライバ１１２に結合され、時系列乱数に基づいてトリガ信号を生成できるように構成されており、ドライバ１１２は、制御装置１２からのトリガ信号を受信し、結合されたレーザー１１１を駆動してレーザーパルス信号Ｌを送信する。時系列乱数は、ランダムな整数又はランダムな浮動小数点数であってもよく、時間領域における数字又は時間値に対応することができ、制御装置１２は、時系列乱数に基づいてトリガ信号を生成し、ドライバ１１２によってレーザー１１１を制御してランダムに発光させ、干渉を減らす。各レーザー送信装置１１については、１つ又は複数の予め設定された送信時間を有してもよく、本発明において、制御装置１２は、時系列乱数に基づいてレーザー送信装置１１の送信時間をランダムに調整又は選択する。

レーザーパルス信号Ｌは、対象物上で乱反射し、一部のエコー信号Ｌ’がレーザーレーダー１０に戻り、探知装置１３は、前記レーザーパルス信号Ｌの対象物で反射されたエコー信号Ｌ’を受信し、前記エコー信号Ｌ’を電気信号に変換するように構成されている。前記探知装置１３は、例えば、アバランシェフォトダイオード（ａｖａｌａｎｃｈｅ ｐｈｏｔｏｄｉｏｄｅ，ＡＰＤ）、単一光子アバランシェダイオード（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏｎ ａｖａｌａｎｃｈｅ ｄｉｏｄｅ，ＳＰＡＤ）又は他のタイプの光探知器を備えてもよく、エコー信号を電流信号、電圧信号、又はデジタル信号に変換してもよい。

データ処理装置１４は、レーザーパルス信号Ｌを送信する時間と、エコー信号Ｌ’を受信する時間とに基づいて、対象物の距離情報を決定するように構成されている。前記データ処理装置１４は、例えば、探知装置１３に結合されることによって、前記電気信号に基づいてエコーの受信時間を算出することができる。前記データ処理装置１４は、前記制御装置１２に結合されることによって、前記トリガ信号のトリガ時刻を、レーザーパルス信号の送信時間として取得することができる。追加的に又は代替的に、前記データ処理装置１４は、前記レーザー送信装置１１に結合されることによって、より正確なレーザーパルス信号の送信時間を取得ことができ、これらはいずれも本発明の保護範囲内にある。前記データ処理装置１４は、アナログデジタル変換器ＡＤＣ、時間デジタル変換器ＴＤＣ、マイクロプロセッサのうちの１つ又は複数を備えてもよい。

本発明において、制御装置１２は、レーザー送信装置１１の送信時間をランダムに調整又は選択し、データ処理装置は、該送信時間を取得し、探知器がエコー信号を受信する時間と組み合わせて光の飛行時間を算出することによって、正確な対象物距離情報を取得することができる。干渉信号の送信時間が同じランダム性を有しないため、干渉信号の受信時間と本レーザーレーダーのランダムな送信時間との時間差はランダムに変化し、複数の干渉信号の時間差及び干渉点に対応する距離情報がもはや空間相関性を有さず、容易に識別できるようにする。

図３ａ及び３ｂは、ランダム発光の情報点の三次元／二次元効果の模式図を示す。同様に、レーザーレーダーは、一定の距離で離れた２つの平板状対象物を探知して得られたデータ点を示し、図３ａでは、Ｙ軸はレーザーレーダーの探知水平角度に対応し、Ｚ軸はレーザーレーダーの探知垂直角度に対応し、Ｘ軸は探知して得られた対象物距離に対応し、レーザーレーダーは、レーザー及び対応する探知器のリアルタイム探知角度及び対象物距離情報に基づいて、図３ａに示す三次元点群を取得することができる。図３ｂは図３ａのＸ－Ｙ二次元グラフである。ランダム発光方式を採用した後に、複数の探知器が受信した干渉点には空間相関性が存在せず、図３ａに示すように、ランダムに発光するレーザーレーダーは、２つの平板状の対象物を探知して一部の情報点を取得し、そのうち、接続線上の中空丸は、探知光の対象物で反射された真のエコーによって測定されたデータ点（図示される真の点）を表し、星型点は干渉点を表す。レーザーレーダーが移動しない場合、対象物との距離は変化せず、複数の探知器が複数の水平角度で測定した複数のデータ点は、同じ距離値に対応し、点群上で規則的に配列されたドットマトリクスであり、図中の真の点に示すとおりである。図３ｂと組み合わせると、レーザーレーダーはある水平角度（同じＹ軸座標に対応）にあり、複数の探知器は全て干渉信号を受信し、他のレーザーレーダーが同じランダム発光戦略を採用していないため、干渉点の計算によって得られた距離値は、水平角度及び垂直角度で発散的な干渉点を形成し、これらの干渉点に対応する距離情報の差は大きく、互いに空間相関性を有しないため、空間孤立点として識別されてフィルタリングすることができる。これにより、ランダム発光方式を採用し、レーザーレーダーと干渉する干渉点が空間相関性を持たないようにし、計算して識別し、更にそれを干渉信号としてフィルタリングすることができることが分かる。

引き続き図２を参照すると、本発明の好ましい実施例によれば、レーザーレーダー１０は、時系列乱数を生成するように構成されている乱数発生器１５を更に備え、制御装置１２は、前記時系列乱数を受信するように、乱数発生器１５に結合される。乱数発生器１５は、擬似乱数発生器であり、１）予め保存された１組の乱数テーブルからランダムに抽出する参照テーブル法と、２）制御装置１２がトリガ信号を送信した後に、乱数発生器１５はシステムクロックの位相をサンプリングし、クロック位相を、時系列乱数として時間値に変換することと、３）乱数発生器１５はシステム温度を読み取り、温度の小数位を乱数シードとして使用し、時系列乱数を生成することと、４）線形フィードバックシフトレジスタ（Ｌｉｎｅａｒ ｆｅｅｄｂａｃｋ ｓｈｉｆｔ ｒｅｇｉｓｔｅｒ，ＬＦＳＲ）によって乱数序列を生成することと、のうちの１つ又は複数によって時系列乱数を生成する。当業者であれば、以上は生成方式を簡単に例示するものに過ぎず、更に他の方式によって時系列乱数を生成してもよく、いずれも本発明の保護範囲内にあることを理解できる。

また、図２の実施例では、制御装置１２と乱数発生器１５は、単独の部材として示されるが、本発明は、これに限定されず、乱数発生器１５を制御装置１２に組み込むか、又は乱数発生器１５は、レーザーレーダー１の構成部材ではなく、レーザーレーダー１０の外部に位置することも考えられ、これらはいずれも本発明の保護範囲内にある。

更に、データ処理装置１４は更に、複数のデータ点の相関性を計算し、相関性がプリセット値よりも低い距離情報を干渉信号としてフィルタリングすることができるように構成されている。このことからわかるように、ランダム発光方式は、レーザーレーダーと干渉する干渉点が空間相関性を持たないようにし、干渉点と真の点との区別を容易にするものであり、これは、干渉を低減するための最初のステップであり、その後、データ処理装置１４によって計算して識別し、それを干渉信号としてフィルタリングし、最終的に干渉の低減を達成する。前記距離情報の相関性には、例えば、点群における各点と隣接する点との距離又は各点と複数の隣接する点との距離の平均値が含まれる。本発明により得られたレーザーレーダーの点群において、干渉源による点は、通常、隣接する点との距離が大きく、分散しているため、距離閾値を設定することによって、干渉点を大幅に除去し又はその数を大幅に削減することができる。

以上では、レーザーレーダー１０のモジュールを説明したが、次に、ランダム発光方式の実施を好ましい実施例によって詳しく説明する。

本発明では、ランダム発光による干渉防止の原理は、レーザーレーダー１０のデータ処理装置１４がレーザー１１１の実際の発光時刻を知ることができることであり、エコーの受信時刻から実際の発光時刻を差し引いて飛行時間（ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ，ＴＯＦ）を得ることができ、更に換算して対象物の距離情報が得られ、発光時刻のランダム変化の影響を受けない。干渉源（他のレーザーレーダー）については、レーザーパルスの送信時間が確定された時間値、又は固定の送信間隔であり且つ遅延が存在しないか、又はレーザーレーダー１０が採用する遅延のランダム性が干渉源と異なるため、干渉源から発したレーザーパルス、又は干渉源レーザーパルスの同じ対象物で反射されたエコーがレーザーレーダー１０の探知装置１３によって受信された後、対応する送信時間を差し引いて飛行時間ｔｏｆ値を得て、更に換算して得られた距離情報は、空間的に相関性を持たず、それにより、干渉点としてフィルタリングされ得る。

図４は本発明の実施例１に係る発光時刻がランダムである時系列図を示す。レーザー送信装置１１のレーザーについては、前記制御装置１２には、例えば、図４に示すような複数の予め設定された発光時刻ｔ１、ｔ２、……、ｔｎなどの複数の発光時刻を予め記憶してもよく、制御装置１２は、乱数発生器１５から時系列乱数を受信した後に、前記複数の予め設定された発光時刻ｔ１、ｔ２、……、ｔｎの中から、該時系列乱数に基づいて１つの発光時刻ｔｘを該レーザーの発光時刻として選択し、制御装置１２は、発光時刻ｔｘにトリガ信号を発し、ドライバ１１２はトリガ信号を受信し、それに結合されたレーザー１１１を駆動してレーザーパルス信号を発する。レーザー１１１にとっては、単一のレーザーパルスを送信する時刻はランダム性を有し、干渉源（他のレーザーレーダー）は、レーザーパルスの送信時間が確定された時間値であるため、探知装置１３が２つのパルス信号を受信した後に、干渉信号による干渉点を容易に識別でき、それによって干渉の低減を達成する。好ましくは、前記時系列乱数は１からｎの間の整数である。代替的に、乱数発生器１５には、複数の予め設定された発光時刻ｔ１、ｔ２、……、ｔｎを予め記憶し、乱数発生器は、１からｎの間のランダム整数ｘを生成し、その後予め設定された発光時刻ｔｘを選択して制御装置１２に出力する。

代替的に、前記乱数発生器１５により出力された時系列乱数は具体的な時間値である。各レーザー１１１については、その発光時刻は０からｔｍａｘの間で変化し、乱数発生器１５は、０からｔｍａｘの間のランダムな浮動小数点数を、該時系列乱数として生成できるように構成されている。制御装置１２は、該ランダムな浮動小数点数を受信した後に、該ランダムな浮動小数点数に対応する時刻にトリガ信号を発し、レーザー１１１を駆動してレーザーパルス信号を発する。

更に、ｔｍａｘは、レーザーの発光／探知器の起動受信に対応する探知の最長時間間隔によって決定される。例えば、最遠探知距離２００ｍに対応する飛行時間は１．３３μｓであり、隣接する２回の探知に割り当てられた時間間隔が１．５μｓであると仮定すると、次の探知の正常な進行を保証するために、ｔｍａｘは０．１７μｓを超えてはならない。レーザーレーダーのフレーム周波数、回転速度、線数又は解像度に従って、隣接する２回の探知の時間間隔を割り当てることができる。

また、図４には単一パルス信号のみが示されており、即ち、１つの探知ビームには１つのパルスのみが含まれ、当業者であれば、レーザーから発したレーザーパルス信号はマルチパルスであってもよく、即ち、１つの探知ビームには複数のパルスが含まれることを容易に理解できる。図４に示される複数の予め設定された発光時刻ｔ１、ｔ２、……、ｔｎは、各レーザーから送信される１番目のパルスの発光時刻である。

図５は本発明の実施例２に係る発光遅延がランダムである時系列図を示す。レーザー送信装置１１のレーザーについては、レーザー探知パルスの送信ごとに予め設定された発光時刻がある。本発明では、乱数発生器１５はランダムな発光遅延τを生成し、制御装置１２は、τをレーザーの発光時刻の遅延とすることにより、レーザーの実際の発光時刻を変更する。図５に示す実施例では、レーザーが飛行時間の測定を実行するたびに、例えば２つの探知パルスを送信し、レーザー１１１－１を例として、２つの探知パルスはそれぞれｐ１及びｐ１’であり、探知パルスｐ１及びｐ１’の予め設定された発光時刻は、それぞれｔ１及びｔ１’であり、図５中のレーザー１１１－１の送信波形図中の実線で示される探知パルスに示すとおりである。探知パルスｐ１については、制御装置１２は、乱数発生器１５により生成されたランダムな発光遅延τ１に基づいて、発光時刻ｔ１を遅延させ、図に示す遅延τ１は負の値であるため、実際には発光時刻ｔ１を早め、同様に、制御装置１２は、乱数発生器１５により生成されたランダムな発光遅延τ１’に基づいて、発光時刻ｔ１’を遅延させ、図に示す遅延τ１’は正の値であるため、実際には発光時刻ｔ１’を遅延させた。レーザー１１１－１については、２回の探知パルスの送信時刻はそれぞれ早めたり遅れたりし、本発明の別の実施例によれば、同じレーザーが１回の飛行時間の測定において、複数の探知パルスの遅延は同じであってもよく、即ち、同じ正負符号を有し、同じ絶対値を有する。

又は代替的に、制御装置１２は、ｎ個の異なる遅延量τ１、τ２、……、τｎを予め記憶することもでき、ここで正と負の異なる遅延量を含んでもよく、乱数発生器１５は、１からｎ範囲内のランダム整数ｘを生成して制御装置に出力し、制御装置は、前記ランダム整数ｘに応じて遅延量τｘを選択し、予め設定された発光時刻に遅延τ１を加えた後にトリガ信号を発し、対応するドライバ１１２はトリガ信号を受信し、レーザー１１１－１を駆動してレーザーパルス信号を発し、それにより発光遅延がランダムであるという方式によって発光時刻のランダム性を達成する。更に、レーザー送信装置１１は、レーザー１１１－１、レーザー１１１－２、レーザー１１１－３……レーザー１１１－ｎなどの複数のレーザー１１１を備え、ここで各レーザー１１１は、予め設定された発光時刻を有する。乱数発生器１５は、ランダムな発光遅延τ又はランダム整数ｘを生成し、制御装置１２は、それに応じて各レーザー１１１の発光時刻の遅延を決定する。レーザー１１１－１に対応すると、制御装置１２は、予め設定された発光時刻に遅延τ１を加えた後にトリガ信号を発し、対応するドライバ１１２はトリガ信号を受信し、それに結合されたレーザー１１１－１を駆動してレーザーパルス信号を発し、レーザー１１１－２に対応すると、制御装置１２は、予め設定された発光時刻に遅延τ２を加えた後にトリガ信号を発し、対応するドライバ１１２はトリガ信号を受信し、それに結合されたレーザー１１１－２を駆動してレーザーパルス信号を発し、レーザー１１１－３に対応すると、制御装置１２は、予め設定された発光時刻に遅延τ３を加えた後にトリガ信号を発し、対応するドライバ１１２はトリガ信号を受信し、それに結合されたレーザー１１１－３を駆動してレーザーパルス信号を発し、これらによって類推する。各レーザーの次の飛行時間測定に対して、以上の操作を繰り返す。図５に示すように、実線パルスは、予め設定された発光時刻であり、予め設定された発光時刻に遅延τを加えて、各レーザーの実際の発光時刻にランダム性を備えさせる。τの値は正の値又は負の値であってもよく、例えば、正の値は、実際の発光時刻が予め設定された発光時刻より遅れていることを示し、図５中のレーザー１１１－３及びレーザー１１１－ｎの１番目のレーザーパルスに示すように、点線パルスで示される実際の発光時刻は、実線パルスで示される予め設定された発光時刻よりも遅れ、負の値は、実際の発光時刻が予め設定された発光時刻より早めることを示し、図５のレーザー１１１－１及びレーザー１１１－２の１番目のレーザーパルスのように、点線パルスで示される実際の発光時刻は、実線パルスで示される予め設定された発光時刻より早めている。

更に、遅延τは、干渉点の空間相関性を低減させ、該遅延τの値（絶対値）が大きいほど、干渉点の空間相関性が低くなることが期待できる。孤立点判別アルゴリズムでは、点群内の各点と隣接する点との距離又は各点と複数の隣接する点との距離の平均値を計算することにより、相関性距離閾値を設定することができ、ある点と隣接する点との距離が閾値よりも大きい場合、その点を干渉点と判断し、それをフィルタリングする。従って、相関性距離閾値は、真のデータ点の距離よりも大きく、干渉点の可能な距離よりも小さいはずであり、遅延τの可能な値の範囲内で、τの値が大きいほど、干渉点の空間距離が大きくなり、対応する相関性距離閾値をそれに応じて増加させることができる。

図５では、各レーザーは、１回の飛行時間測定において２つの探知パルスを送信しているが、本発明はこれに限定されず、１つの探知パルスを送信し、又は３つ又はそれ以上の探知パルスを送信することもでき、これらはいずれも本発明の保護範囲内にある。

制御装置１２は、時系列乱数に基づいて各探知パルスの送信時刻を調整することができることに加えて、１つの探知ビームにおけるダブルパルス間の時間間隔を直接調整することもでき、ここで詳細な説明を省略する。

本発明の別の実施例によれば、制御装置１２は、前記時系列乱数に基づいて複数のレーザーの発光順序を調整する。以下において、図６を参照して詳細に説明する。

図６ａはレーザーが順次発光する時の模式図を示す。図中のレーザーレーダー１０は探知中であり、その隣に干渉源とするレーザーレーダー１０’がある。紹介の便宜上、探知視野を二次元グリッドに分割しており、ここで各グリッドは１つのサブ視野を表し、グリッドの横列及び縦列のいずれにも複数のサブ視野が含まれる。例えば、レーザー送信装置１１は、一列５つのレーザー１１１を備え、探知装置１３は、５つのレーザー１１１に対応して設置された一列５つの探知器を備え、５つのレーザー１１１は予め設定された発光順序を有し、それに対応する探知器は順次探知を行う。レーザーレーダー１０が測距を行う場合、同一列の複数のレーザー１１１は、図６ａの１－２－３－４－５の順序のとおり、順次発光し、それに対応する探知器は順次受信する。干渉源レーザーレーダー１０’が存在する場合、ａ－ｂ－ｃ－ｄ－ｅの順序で発した探知光について、レーザーレーダー１０及び１０’の探知視野の順序は一致しており、図６ａに示すように、レーザーレーダー１０’から発した探知光によって生成されたエコーは、レーザーレーダー１０の探知器によって同じ順序で受信されることがあり、その結果、レーザーレーダー１０の探知器によって測定された複数の干渉点と真の点との間に空間相関性があり、フィルタリングが困難である。

図６ｂは本発明の実施例３に係る発光順序がランダムである干渉の模式図を示す。レーザーレーダー１０が測距状態である場合、同一列の複数のレーザー１１１は、３－５－１－２－４の順序で発光し、それに対応する探知器は、３－５－１－２－４の順序で受信する。干渉源レーザーレーダー１０’が存在する場合、ａ－ｂ－ｃ－ｄ－ｅの順序で発した探知光、又はある対象物で生成された反射光は、図６ｂに示すように、異なる順序で探知器１３１によって受信されることがあり、探知器１３１によって測定された複数の干渉点の間に空間相関性が存在せず、フィルタリングされやすい。

従って、ｎ個のレーザーについては、乱数発生器１５は毎回、１つのランダム整数列を生成することができ、次に、制御装置１２は該ランダム整数列に従って探知パルスを送信するようにｎ個のレーザーを制御する。

発光順序がランダムであり、即ち、複数のレーザーの発光順序がランダムであることは、発光時刻により大きな遅延を施すことに相当する。例えば、１－２－３－４－５の順序で発光する干渉源に対して、本レーザーレーダーは３－５－１－２－４の順序で発光し、各探知器で干渉信号を受信したとしても、本レーザーレーダーの第５の探知器は、干渉源の２回目の発光による干渉信号を受信し、第４の探知器は干渉源の５回目の発光による干渉信号を受信し、干渉源の２回目及び５回目の発光の時間間隔にはかなり差があるため、隣接する第４の探知器及び第５の探知器が干渉信号を受信することによって引き起こされる２つの干渉点に対応する距離にもかなり差があり、空間孤立点として暴露されやすい。

以上のようにして、ランダム発光方式は、発光時刻がランダムであること、発光遅延がランダムであること、発光順序がランダムであること、及び発光間隔がランダムであることの４種類を含み、４種類の方式を組みわせて使用してもよく、例えば、発光順序がランダムであることと発光時刻がランダムであることとを組み合わせると、各干渉点の空間相関性を更に低減することができる。当業者であれば、以上はランダム発光方式を好ましい実施例によって説明したが、時系列乱数に基づいてレーザーの発光時刻を制御する限り、いずれも本発明の保護範囲内にあることを理解できる。

引き続き上記ランダム発光方式を実現するレーザーレーダーのモジュール配置を実施例４／５／６によって説明する。

図７は複数のレーザーの配列の模式図を示す。レーザー送信装置１１は、複数のレーザー１１１を備え、図７の円点に示すように、複数のレーザー１１１は１つ又は複数の回路基板に固定され、回路基板に実装されているレーザーの数及び回路基板の実装位置によって、異なる線密度の分布を得る。本発明の上記ランダム発光方式は、各列のレーザーに対して、それぞれ独立して制御可能であり、全てのレーザーを全体としてもよく、各レーザーの発光時刻は、他のレーザーに対して、いずれもランダムである。

図８は本発明の実施例４に係るレーザーレーダーのモジュール図を示す。レーザー送信装置１１は複数のレーザー１１１－１、１１１－２、…、１１１－ｎ、及びレーザーと同じ数で、一対一に対応して結合されたドライバ１１２－１、１１２－２、…、１１２－ｎを備え、また、レーザーレーダー１０は、レーザー１１１と同じ数で、一対一に対応する乱数発生器１５－１、１５－２、…、１５－ｎを備える。レーザーレーダー１０の測距状態では、制御装置１２は、乱数発生器１５によって生成された時系列乱数に基づいてトリガ信号を生成し、それに対応するドライバ１１２は、トリガ信号に応じて、結合されたレーザー１１１を駆動してレーザーパルス信号を送信し、これによって類推し、最終的に、各乱数発生器１５は、１つのドライバ及び１つのレーザーに対応し、発光時刻がランダムであること、発光遅延がランダムであること及び発光間隔がランダムであることを実現することができる。更に、制御装置１２は更に、複数の時系列乱数に基づいて複数のトリガ信号の順序を制御し、その後対応するドライバ１１２によって、結合されたレーザー１１１を駆動してランダムな順序で発光させることもでき、発光順序がランダムであるという方式を実現することができる。干渉を更に低減させるために、複数のランダム発光方式を組み合わせて使用することができる。

図９は本発明の実施例５に係るレーザーレーダーのモジュール図を示す。レーザー送信装置１１は、複数のレーザー１１１－１、１１１－２、…、１１１－ｎ、及びレーザーと同じ数で、一対一に対応して結合されたドライバ１１２－１、１１２－２、…、１１２－ｎを備え、また、レーザーレーダー１０は、乱数発生器１５を備える。レーザーレーダー１０の測距状態では、制御装置１２は、乱数発生器１５によって生成された複数の時系列乱数に基づいて複数のトリガ信号を生成し、複数のドライバ１１２が対応するトリガ信号に応じて、結合されたレーザー１１１を駆動してレーザーパルス信号を送信し、発光時刻がランダムであること、発光遅延がランダムであること、発光間隔がランダムであること、及び発光順序がランダムであることの４種類の方式のうちのいずれか１つの方式又は互いに組み合わせた方式を実現することができる。

図１０は本発明の実施例６に係るレーザーレーダーのモジュール図を示す。レーザー送信装置１１は、複数のレーザー１１１、及びレーザー１１１と同じ数で、一対一に対応して結合されたドライバ１１２を備え、複数のレーザー１１１及びドライバ１１２をグループ化し、例えば、図７に示すような一列のレーザー１１１及び対応するドライバ１１２は１組に分けられ（図７中の点線枠に示すのは１組である）、図１０に示す第１組、…、第ｎ組のとおりであり、各組のレーザー１１１によって測定された情報点は相関性が高いため、各組のレーザーをそれぞれ独立して制御することができる。レーザーレーダー１０は、グループ化の数に対応する複数の乱数発生器１５を備え、各乱数発生器１５によって生成された時系列乱数は、１組のレーザー１１１及びドライバ１１２に対応し、発光時刻がランダムであること、発光遅延がランダムであること、発光間隔がランダムであること、及び発光順序がランダムであることの４種類の方式のうちのいずれか１つの方式又は互いに組み合わせた方式を実現することができる。

以上、ランダム発光方式を６つの好ましい実施例によって紹介し、レーザーレーダーと干渉する干渉点が空間相関性を持たないようにし、それにより干渉信号を容易に区別してフィルタリングする。耐干渉効果を更に向上させるために、ランダム発光方式をマルチパルスコーディング方式と組み合わせることもでき、エコー信号のコーディングが送信パルス列コーディングと同じであるか否かを判断することで、エコー信号を識別する。

引き続きランダム発光方式及びマルチパルスコーディングの方式を実施例７及び８によって説明する。

本発明の好ましい実施例によれば、制御装置１２は更に、ドライバ１１２を制御して結合されたレーザー１１１を駆動してマルチパルスコーディングを有するレーザーパルス列を送信するように構成されており、前記マルチパルスコーディングは、時系列コーディング、振幅コーディング及び／又はパルス幅コーディングを備える。

具体的には、レーザー１１１から発した探知光は、Ｎ個のパルスを含むパルス列であり、Ｎは≧２の整数、即ちマルチパルスである。

図１１は本発明の実施例７に係る発光時刻がランダムであることをマルチパルスコーディングに組み合わせた時系列図を示す。Ｎ＝２、即ちマルチパルスを例として、レーザー１１１－１については、乱数発生器１５は、ｔ１１とｔ１２の２つの時系列乱数を生成し、ここで、ｔ１１は１番目のパルスのランダムな発光時刻であり、ｔ１２は２番目のパルスのランダムな発光時刻である。ｔ１１及びｔ１２はいずれも乱数であるため、ダプルパルスの時系列間隔ｔ１２－ｔ１１もランダム性を有する。同様に、レーザー１１１－２の２つのパルス発光時刻ｔ２１、ｔ２２……レーザー１１１－ｎの２つのパルス発光時刻ｔｎ１、ｔｎ２は、いずれも乱数である場合、ダプルパルスの時系列間隔ｔ１２－ｔ１１≠ｔ２２－ｔ２１≠ｔ３２－ｔ３１≠……≠ｔｎ２－ｔｎ１である。Ｎ＞２の場合、レーザーパルス列には、第１のパルス、第２のパルス、……、第Ｎのパルスなどの複数のレーザーパルスが含まれ、複数のレーザーパルスの発光時刻はいずれも時系列乱数に基づくものであるため、複数のパルスフロントの時系列間隔はランダムである。同様に、発光間隔がランダムであるという方式を採用して複数のパルスの時系列間隔を直接設定してもよく、同様なランダム効果を達成できる。発光時刻がランダムであるという方式を単独で採用することとの相違点は、データ処理装置１４が時系列コーディングに基づいてエコー信号を識別できることである。

図１２は本発明の実施例８に係る発光遅延がランダムであることをマルチパルスコーディングに組み合わせた時系列図を示す。固定の発光間隔とランダムイベントジッターを組み合わせる方式を採用して、ダプルパルスを例とし、各レーザー１１１に対して固定の２つのパルスの発光時刻を設定し、２つの発光時刻にもランダム遅延τを加え、１番目のパルスのパルスフロントをランダム化し、即ち発光時刻をランダム化し、２番目のパルスと１番目のパルスのフロント間隔もランダム性を有し、即ちパルス時系列間隔コーディングである。これは、マルチパルスコーディングの別の時系列コーディングの実現方式であり、データ処理装置１４は、時系列コーディングに基づいてエコー信号を識別することができる。

上記コーディングは、時系列に間隔を有するレーザーパルス列であり、時系列コーディングと呼ぶことができる。また、時系列にパルス強度変調されたパルス列であってもよく、振幅コーディングと呼ぶことができ、又は２種類のコーディング方式の組み合わせ、即ち時系列に間隔を有し且つパルス強度変調されたパルス列であってもよい。また、時系列乱数に基づいてパルス幅を変更し、パルス幅コーディングを実現することも可能である。この３つのコーディングの組み合わせによって、マルチパルスの時系列間隔、各パルスの幅及び各パルスの振幅の全てのランダム化を実現でき、データ処理装置１４はエコー信号をより容易に識別できる。具体的には、マルチパルスコーディングを採用するレーザー送信装置１１は、送信したパルスコーディングを第１コーディングとし、探知装置１３がエコーを受信した後、データ処理装置１４はエコーパルス列の第２コーディングを取得し、第２コーディングが第１コーディングと同じであるか否かを判断し、第２コーディングが第１コーディングと同じである場合、エコーをコーディングされたパルス列のエコー信号とする。送信されるパルスコーディングがランダム性を有するため、エコーパルスを識別し、干渉をフィルタリングすることが容易になり、それにより耐干渉効果を向上させる。

マルチパルスコーディングにおける振幅コーディング及びパルス幅コーディングは主にドライバに基づいて実現され、以下で更に説明する。

図１３はマルチパルスコーディングのドライバ構造の模式図を示す。ドライバは、複数の充電ユニット及びエネルギー貯蔵装置を備え、スイッチトリガ信号（ＴＲＩＧＧＥＲ）に応じてスイッチをオフするように制御すると、充電ユニットは、スイッチ制御信号（ＧＡＴＥ１、ＧＡＴＥ２、…、ＧＡＴＥＮ）の制御下で、エネルギー貯蔵装置を順次充電する。充電後に、スイッチトリガ信号（ＴＲＩＧＧＥＲ）に応じてスイッチをオンにするように制御し、エネルギー貯蔵装置は放電を開始して、レーザーにレーザーパルスを送信させる。

図１４はマルチパルスコーディングの制御信号とスイッチトリガ信号の時系列図を示す。スイッチトリガ信号（ＴＲＩＧＧＥＲ）は、スイッチ制御信号（ＧＡＴＥ１、ＧＡＴＥ２、…、ＧＡＴＥＮ）の終了時にトリガされ、例えば、図１４に示すスイッチ制御信号（ＧＡＴＥ１、ＧＡＴＥ２、…、ＧＡＴＥＮ）の時系列立ち下がりエッジは、スイッチトリガ信号（ＴＲＩＧＧＥＲ）の立ち下がりエッジをトリガし、スイッチトリガ信号（ＴＲＩＧＧＥＲ）の終了が時系列信号の立ち上がりエッジである場合、この立ち上がりエッジをスイッチ制御信号のトリガタイミングとし、それにより充電終了後に送信プロセスを開始するように保証し、且つ前の充電発光プロセスが終了した後、次の充電－送信プロセスをすぐに開始することができる。

図１４では、スイッチ制御信号（ＧＡＴＥ１、ＧＡＴＥ２、…、ＧＡＴＥＮ）の時間幅が等しいため、送信されるパルス列における各パルス幅が基本的に同じであることを保証する。また、異なるパルス列においてスイッチ制御信号の幅を制御することによって、送信パルス強度の制御を実現することができる。例えば、スイッチ制御信号ＧＡＴＥ１とスイッチ制御信号ＧＡＴＥ２は、異なる信号時間長を有する場合、エネルギー貯蔵装置に充電された電気量も異なり、更に、送信される単一パルスの強度も異なる。異なるスイッチ制御信号時間長に応じて、送信パルス幅の制御を実現し、更にエコー信号の区別を実現し、異なる送信信号シーケンス間の干渉を回避するように制御することができる。

図１５は別のマルチパルスコーディングのドライバ構造の模式図を示す。複数のエネルギー貯蔵装置は電源に接続され、各エネルギー貯蔵装置は、エネルギー貯蔵装置とレーザーのオンオフの制御を担当する１つの制御スイッチに接続される。あるエネルギー貯蔵装置とレーザーとの間の制御スイッチがオンされた場合、エネルギー貯蔵装置に貯蔵された電荷はレーザーを駆動してレーザーパルスを送信する。

図１５の各ユニットは互いに独立しており、制御スイッチは制御ユニットによってそれぞれ独立に制御され、時系列上の同じ時刻に、制御ユニットは、独立して開閉するように制御スイッチを制御することができる。同じ時刻に、オンされた制御スイッチが複数存在する場合、送信レーザーパルスのエネルギーは、いくつかのエネルギー貯蔵装置エネルギーの合計である。同じ時刻に複数の制御スイッチを同時にオンして高エネルギーのパルスを送信することにより、遠距離物体への探知を実現できる。時系列にオンされる制御スイッチの数及び時間点を制御することによって、時系列に送信されるパルスの形状を制御できる。例えば、ある時刻に、１つのみの制御スイッチがオンされた場合、この時刻に送信されたパルスの強度は１単位であり、その後の時刻にＮ個の制御スイッチがオンされた場合、対応する時刻に送信されたパルスの強度はＮ個の単位である。制御ユニットによって、異なる時刻にオンされたスイッチの数を制御することにより、送信パルスの時系列及び強度を制御できる。

以上のようにして、ドライバを制御することによって、レーザーパルスの時系列、振幅及びパルス幅へのコーディングを実現できる。エコーコーディングが送信レーザーパルス列コーディングと同じであるか否かを判断することによって、エコー信号を識別し、耐干渉効果を更に向上させる。

本発明は測距方法１００を更に提供する。図１６に示すように、前記方法は、
時系列乱数を生成するステップＳ１０１と、
前記時系列乱数に基づいて、レーザー送信装置の少なくとも１つのドライバを制御して結合されたレーザーを駆動してレーザーパルス信号を送信するステップＳ１０２と、
前記レーザーパルス信号の対象物で反射されたエコー信号を受信するステップＳ１０３と、
前記レーザーパルス信号を送信する時間と、エコー信号を受信する時間とに基づいて、前記対象物の距離情報を決定するステップＳ１０４と、を含む。

本発明の一態様によれば、複数の距離情報の相関性を計算し、相関性がプリセット値よりも低い距離情報を干渉信号と判断することを更に含む。

本発明の一態様によれば、前記ステップＳ１０２は、前記時系列乱数に基づいて、レーザーが前記レーザーパルス信号を送信する送信時間を制御し、及び／又は隣接するレーザーパルス間の時間間隔を制御するステップを含む。

本発明の一態様によれば、前記ステップＳ１０２は、前記時系列乱数に基づいて、複数のレーザーの発光順序を制御するステップを含む。

本発明の一態様によれば、前記ステップＳ１０２は、
予め保存された乱数テーブルからランダムに抽出することと、
クロック位相に基づいて生成することと、
システム温度に基づいて生成することと、
線形フィードバックシフトレジスタによって生成することと、によって時系列乱数を生成するステップを含む。

本発明はレーザーレーダー２０を更に提供する。図１７に示すように、レーザー送信装置２１、制御装置２２、探知装置２３及びデータ処理装置２４を備え、
前記制御装置２２は、時系列乱数に基づいてトリガ信号を生成できるように構成されており、
前記レーザー送信装置２１は、少なくとも１つのレーザー２１１と、前記レーザー２１１に結合されたドライバ２１２とを備え、前記ドライバ２１２は前記トリガ信号に応じて前記レーザー２１１を駆動してレーザーパルス信号を送信するように構成されており、
前記探知装置２３は、前記レーザーパルス信号の対象物で反射されたエコー信号を受信し、前記エコー信号を電気信号に変換するように構成されており、
前記データ処理装置２４は、前記レーザーパルス信号を送信する時間と、前記エコー信号を受信する時間とに基づいて、前記対象物の距離情報を決定し、
前記レーザーパルス信号は、マルチパルスコーディングを有するレーザーパルス列であり、前記マルチパルスコーディングは、時系列コーディング、振幅コーディング及び／又はパルス幅コーディングを備える。

最後に、説明すべきことは、以上は本発明の好ましい実施例に過ぎず、本発明を限定するためのものではなく、前記実施例を参照しながら本発明を詳細に説明したが、当業者であれば、前記各実施例に記載の技術的解決手段に対する修正、又はその一部の技術的特徴に対する置換が依然として可能であり、本発明の精神及び原則内において行われる任意の修正、同等の代替、改善等は、全て本発明の保護範囲に含まれるものとする点である。

Claims (17)

1. レーザー送信装置、制御装置、探知装置及びデータ処理装置を備え、
   前記制御装置は、時系列乱数に基づいてトリガ信号を生成できるように構成されており、
   前記レーザー送信装置は、少なくとも１つのレーザーと、前記レーザーに結合されたドライバとを備え、前記ドライバは前記トリガ信号に応じて前記レーザーを駆動してレーザーパルス信号を送信するように構成されており、
   前記探知装置は、前記レーザーパルス信号の対象物で反射されたエコー信号を受信し、前記エコー信号を電気信号に変換するように構成されており、
   前記データ処理装置は、前記レーザーパルス信号を送信する時間と、前記エコー信号を受信する時間とに基づいて、前記対象物の距離情報を決定するように構成されている、レーザーレーダー。
2. 前記時系列乱数を生成するように構成されている乱数発生器を更に備え、前記制御装置は、前記時系列乱数を受信するように、前記乱数発生器に結合される、請求項１に記載のレーザーレーダー。
3. 前記データ処理装置は、複数の距離情報の相関性を計算し、相関性がプリセット値よりも低い距離情報を干渉信号としてフィルタリングすることができるように構成されている、請求項１に記載のレーザーレーダー。
4. 前記レーザーは、複数の予め設定された発光時刻を有し、前記制御装置は、前記時系列乱数に基づいて、前記複数の予め設定された発光時刻から１つの発光時刻を駆動信号のトリガ時刻として選択するように構成されている、請求項２に記載のレーザーレーダー。
5. 前記レーザーは、１つの予め設定された発光時刻を有し、前記制御装置は、前記時系列乱数に基づいて、前記予め設定された発光時刻を駆動信号のトリガ時刻として遅らせたり早めたりするように構成されている、請求項２に記載のレーザーレーダー。
6. 前記レーザーは、複数のパルスを送信できるように構成され、前記制御装置は、前記時系列乱数に基づいて２つの隣接するパルスに対応するトリガ信号間の時間間隔を調整できるように構成されている、請求項２に記載のレーザーレーダー。
7. 前記レーザー送信装置は、同じ数の複数のレーザー及び複数のドライバを備え、前記レーザーレーダーは、前記レーザーと同じ数の複数の乱数発生器を備える、請求項２から６のいずれか一項に記載のレーザーレーダー。
8. 前記レーザー送信装置は、複数のレーザーと、前記レーザーに一対一に結合される複数のドライバとを備え、前記制御装置は、前記複数のドライバに結合され、前記時系列乱数は、複数のレーザーの発光順序に対応する、請求項２から６のいずれか一項に記載のレーザーレーダー。
9. 前記レーザー送信装置は、複数組のレーザーを備え、各組のレーザーは、複数のレーザーと、前記レーザーに一対一に結合される複数のドライバとを備え、前記レーザーレーダーは、前記複数組のレーザーに対応する複数の乱数発生器を更に備え、各乱数発生器によって発生される時系列乱数は、それに対応する１組のレーザーの発光順序に対応する、請求項２から６のいずれか一項に記載のレーザーレーダー。
10. 前記制御装置は更に、前記ドライバを制御して前記レーザーを駆動してマルチパルスコーディングを有するレーザーパルス列を送信するように構成されており、前記マルチパルスコーディングは、時系列コーディング、振幅コーディング及び／又はパルス幅コーディングを備える、請求項２から６のいずれか一項に記載のレーザーレーダー。
11. 乱数発生器は、擬似乱数発生器であり、
    予め保存された乱数テーブルからランダムに抽出することと、
    クロック位相に基づいて生成することと、
    システム温度に基づいて生成することと、
    線形フィードバックシフトレジスタによって生成することと、のうちの１つ又は複数によって前記時系列乱数を生成する、請求項２から６のいずれか一項に記載のレーザーレーダー。
12. 時系列乱数を生成するステップＳ１０１と、
    前記時系列乱数に基づいて、レーザー送信装置の少なくとも１つのドライバを制御して結合されたレーザーを駆動してレーザーパルス信号を送信するステップＳ１０２と、
    前記レーザーパルス信号の対象物で反射されたエコー信号を受信するステップＳ１０３と、
    前記レーザーパルス信号を送信する時間と、エコー信号を受信する時間とに基づいて、前記対象物の距離情報を決定するステップＳ１０４と、を含む測距方法。
13. 複数の距離情報の相関性を計算し、相関性がプリセット値よりも低い距離情報を干渉信号と判断することを更に含む請求項１２に記載の測距方法。
14. 前記ステップＳ１０２は、前記時系列乱数に基づいて、レーザーが前記レーザーパルス信号を送信する送信時間を制御し、及び／又は隣接するレーザーパルス間の時間間隔を制御するステップを含む、請求項１２に記載の測距方法。
15. 前記ステップＳ１０２は、前記時系列乱数に基づいて、複数のレーザーの発光順序を制御するステップを含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の測距方法。
16. 前記ステップＳ１０２は、
    予め保存された乱数テーブルからランダムに抽出することと、
    クロック位相に基づいて生成することと、
    システム温度に基づいて生成することと、
    線形フィードバックシフトレジスタによって生成することと、によって時系列乱数を生成するステップを含む、請求項１２から１４のいずれか一項に記載の方法。
17. レーザー送信装置、制御装置、探知装置及びデータ処理装置を備え、
    前記制御装置は、時系列乱数に基づいてトリガ信号を生成できるように構成されており、
    前記レーザー送信装置は、少なくとも１つのレーザーと、前記レーザーに結合されたドライバとを備え、前記ドライバは前記トリガ信号に応じて前記レーザーを駆動してレーザーパルス信号を送信するように構成されており、
    前記探知装置は、前記レーザーパルス信号の対象物で反射されたエコー信号を受信し、前記エコー信号を電気信号に変換するように構成されており、
    前記データ処理装置は、前記レーザーパルス信号を送信する時間と、前記エコー信号を受信する時間とに基づいて、前記対象物の距離情報を決定し、
    前記レーザーパルス信号は、マルチパルスコーディングを有するレーザーパルス列であり、前記マルチパルスコーディングは、時系列コーディング、振幅コーディング及び／又はパルス幅コーディングを備える、レーザーレーダー。