KR20210049940A - 펄스 인코딩으로 광 레인징 및 검출 시스템에서 복귀 신호 검출 개선 - Google Patents

펄스 인코딩으로 광 레인징 및 검출 시스템에서 복귀 신호 검출 개선 Download PDF

Info

Publication number
KR20210049940A
KR20210049940A KR1020217011379A KR20217011379A KR20210049940A KR 20210049940 A KR20210049940 A KR 20210049940A KR 1020217011379 A KR1020217011379 A KR 1020217011379A KR 20217011379 A KR20217011379 A KR 20217011379A KR 20210049940 A KR20210049940 A KR 20210049940A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
pulses
pulse
user signature
sequence
bits
Prior art date
Application number
KR1020217011379A
Other languages
English (en)
Inventor
칸케 가오
키란 쿠마르 군남
라제쉬 라마링감 바라다라잔
아난드 고팔란
데이비드 홀
Original Assignee
벨로다인 라이더 유에스에이, 인크.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 벨로다인 라이더 유에스에이, 인크. filed Critical 벨로다인 라이더 유에스에이, 인크.
Publication of KR20210049940A publication Critical patent/KR20210049940A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G01S7/487—Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

광 레인징 및 검출 시스템(LiDAR)에서 복귀 신호의 검출을 개선하기 위한 시스템들 및 방법들이 본 명세서에 설명된다. 방법은 LiDAR 시스템에서 다음의 단계들을 포함한다: 사용자 서명에 기초하여 펄스들의 시퀀스를 인코딩하고 송신하는 단계. 그 다음, 펄스들의 시퀀스들의 물체들로부터의 반사에 기초하여 다수의 복귀 신호를 수신하는 단계. 다수의 복귀 신호는 사용자 서명에 기초하여 디코딩될 수 있고 그후, 상관 계산을 통해 인증될 수 있다. 사용자 서명은 펄스들의 시퀀스에서의 제1 펄스의 진폭, 펄스들의 시퀀스에서의 제2 펄스의 진폭, 및 제1 펄스와 제2 펄스 사이의 간격을 결정할 수 있다. 사용자 서명의 비트 표현은 다른 LiDAR 시스템의 다른 사용자 서명의 비트 표현에 직교한다. 사용자 서명은 LiDAR 시스템에 의해 동적으로 조정될 수 있다.

Description

펄스 인코딩으로 광 레인징 및 검출 시스템에서 복귀 신호 검출 개선
[관련 출원(들)에 대한 상호 참조]
본 특허 출원은 2018년 9월 18일자로 출원된, 발명의 명칭이 "SYSTEMS AND METHODS FOR IMPROVING DETECTION OF A RETURN SIGNAL IN A LIGHT RANGING AND DETECTION SYSTEM WITH PULSE ENCODING"인 미국 특허 출원 제16/134,780호에 대한 우선권을 주장하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.
[기술 분야]
본 개시내용은 일반적으로 광 송신 및 수신을 위한 시스템들 및 방법들에 관련한 것으로, 특히, 고유하고 식별가능한 광 펄스 시퀀스들을 적용함으로써 검출의 정확도 및 신뢰성을 개선하는 것에 관련한 것이다.
LiDAR 시스템과 같은, 광 검출 및 레인징 시스템들(light detection and ranging systems)은 물체들에서 반사되는 일련의 광 펄스들을 송신함으로써 동작할 수 있다. 반사된 신호, 또는 복귀 신호는 광 검출 및 레인징 시스템에 의해 수신되고, 검출된 비행 시간(TOF)에 기초하여, 시스템은 시스템이 물체로부터 위치되는 레인지(range)(거리)를 결정한다. 광 검출 및 레인징 시스템들은 자율 주행 및 표면의 항공 매핑을 포함하는 광범위한 응용들을 가질 수 있다. 이러한 응용들은 동작의 보안, 정확도 및 신뢰도에 높은 우선 순위를 둘 수 있다. 다른 당사자가 의도적으로 또는 비의도적으로 레이저 빔 또는 복귀 신호를 왜곡한다면, 정확도 및 신뢰도는 부정적인 영향을 받을 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 빔의 다수의 복귀 검출 및 펄스 인코딩은 LiDAR 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다.
따라서, 광 검출 및 레인징 시스템에서 복귀 신호의 검출을 개선하기 위한 시스템들 및 방법들이 필요하다.
본 발명의 실시예들이 참조될 것이며, 그 예들은 첨부 도면들에 예시될 수 있다. 이들 도면들은 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 본 발명이 일반적으로 이들 실시예들의 맥락에서 설명되지만, 본 발명의 범위를 이들 특정 실시예들로 제한하려는 의도가 아님을 이해해야 한다. 도면들 내의 항목들은 축척에 따르지 않는다.
도면(도) 1은 본 문서의 실시예들에 따른 광 검출 및 레인징 시스템의 동작을 도시한다.
도 2는 본 문서의 실시예들에 따른 광 검출 및 레인징 시스템 및 다수의 복귀 광 신호의 동작을 예시한다.
도 3a는 본 문서의 실시예들에 따른 회전 미러를 갖는 LiDAR 시스템을 도시한다.
도 3b는 본 문서의 실시예들에 따른 회전자 및 샤프트를 포함하는 회전자-샤프트 구조에서 회전 전자 디바이스를 갖는 LiDAR 시스템을 도시한다.
도 4a, 4b 및 4c는 각각 본 개시내용의 실시예들에 따른 펄스 인코딩 방법들을 도시한다.
도 5a는 본 개시내용의 실시예들에 따른 관심 있는 수신된 펄스 시퀀스들과 간섭자들 사이에 본질적으로 중첩이 없는 2개의 LiDAR 시스템들의 수신된 펄스들을 도시한다.
도 5b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 유효 피크 측정을 갖는 수신된 펄스를 도시한다.
도 6a는 본 개시내용의 실시예들에 따른 LiDAR 시스템에 대한 펄스 인코딩 방식을 도시한다.
도 6b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 LiDAR 시스템에 대한 다른 펄스 인코딩 방식들을 도시한다.
도 7은 본 개시내용의 실시예들에 따른 펄스 인코딩 방식을 위한 8-비트들로 설정된 서명을 도시한다.
도 8은 본 개시내용의 실시예들에 따른 펄스 인코딩 방식 및 펄스 디코딩 방식을 지원하는 송신기 및 수신기를 도시한다.
도 9는 본 개시내용의 실시예들에 따른 LiDAR 시스템의 펄스 시퀀스를 디코딩하기 위한 흐름도를 도시한다.
도 10은 본 문서의 실시예들에 따른 컴퓨팅 디바이스/정보 처리 시스템의 단순화된 블록도를 도시한다.
이하의 설명에서, 설명의 목적상, 본 발명의 이해를 제공하기 위해 구체적인 상세들이 기술되어 있다. 그러나, 본 발명이 이러한 상세들 없이 실시될 수 있다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이다. 또한, 본 기술분야의 통상의 기술자는 아래에 설명되는 본 발명의 실시예들이 프로세스, 장치, 시스템, 디바이스, 또는 유형의 컴퓨터 판독가능 매체 상의 방법과 같은 다양한 방식들로 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
도면들에 도시된 컴포넌트들 또는 모듈들은 본 발명의 예시적인 실시예들을 예시하고 본 발명을 모호하게 하는 것을 피하기 위한 것이다. 또한, 본 설명 전체에 걸쳐, 컴포넌트들은 서브-유닛들을 포함할 수 있는 개별 기능 유닛들로서 설명될 수 있지만, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 다양한 컴포넌트들 또는 그 부분들이 별개의 컴포넌트들로 분할될 수 있거나, 단일의 시스템 또는 컴포넌트 내에 통합되는 것을 포함하여, 함께 통합될 수도 있다는 것을 인식할 것임을 이해하여야 한다. 본 명세서에서 설명된 기능들 또는 동작들은 컴포넌트들로서 구현될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 컴포넌트들은 소프트웨어, 하드웨어, 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
또한, 도면들 내의 컴포넌트들 또는 시스템들 사이의 접속들은 직접 접속들로 제한되도록 의도되지 않는다. 오히려, 이러한 컴포넌트들 사이의 데이터는 중간 컴포넌트들에 의해 수정되거나, 재포맷되거나, 또는 다른 방식으로 변경될 수 있다. 또한, 추가적인 또는 더 적은 수의 접속들이 사용될 수 있다. "커플링된(coupled)", "접속된(connected)", 또는 "통신가능하게 커플링된(communicatively coupled)"이라는 용어들은 직접 접속들, 하나 이상의 중간 디바이스들을 통한 간접 접속들, 및 무선 접속들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다는 것에 또한 유의해야 한다.
본 명세서에서 "일 실시예", "바람직한 실시예", "실시예", 또는 "실시예들"에 대한 언급은 그 실시예와 관련하여 설명된 특정의 특징, 구조, 특성, 또는 기능이 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되고 둘 이상의 실시예에 있을 수 있다는 것을 의미한다. 또한, 본 명세서의 다양한 곳에서 앞서 언급된 문구의 출현은 반드시 모두 동일한 실시예 또는 실시예들을 언급하는 것은 아니다.
본 명세서의 다양한 곳에서 소정의 용어의 사용은 예시를 위한 것이며, 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다. 서비스, 기능, 또는 리소스는 단일 서비스, 기능, 또는 리소스에 제한되지 않는다; 이러한 용어들의 사용은 분산 또는 집결될 수 있는 관련 서비스들, 기능들, 또는 리소스들의 그룹화를 지칭할 수 있다.
용어들 "포함하다(include)", "포함하는(including)", "포함하다(comprise)", 및 "포함하는(comprising)"은 개방형 용어(open term)들인 것으로 이해되어야 하며, 이하의 임의의 리스트들은 예들이며, 열거된 항목들로 제한되는 것으로 의도되지 않는다. 본 명세서에서 사용되는 임의의 제목들은 단지 조직 목적들을 위한 것이며, 설명 또는 청구항들의 범위를 제한하는 데 사용되지 않을 것이다. 본 특허 문서에서 언급된 각각의 참고 문헌은 그 전체가 본 명세서에 참고 문헌으로 포함된다.
또한, 통상의 기술자라면, (1) 특정 단계들이 선택적으로 수행될 수 있고; (2) 단계들은 본 명세서에 설명된 특정 순서로 제한되지 않을 수 있고; (3) 특정 단계들이 상이한 순서들로 수행될 수 있고; (4) 특정 단계들이 동시에 행해질 수 있다는 것을 인식할 것이다.
A. 광 검출 및 레인징 시스템
LiDAR 시스템과 같은 광 검출 및 레인징 시스템은 시스템을 둘러싸는 환경의 형상 및 윤곽을 측정하는 도구일 수 있다. LiDAR 시스템은, 자율 네비게이션 및 표면의 항공 매핑 양자 모두를 포함한 수많은 응용에 적용될 수 있다. LiDAR 시스템들은 광 펄스를 방출하고, 광 펄스는 후속하여 시스템이 동작하는 환경 내의 물체에서 반사된다. 각각의 펄스가 방출되는 것으로부터 수신되는 것으로 이동하는 시간(즉, 비행 시간 "TOF")이 측정되어 물체와 LiDAR 시스템 사이의 거리를 결정할 수 있다. 과학은 광 및 광학의 물리학에 기초한다. LiDAR 시스템 또는 광 검출 및 레인징 시스템에 대해 본 명세서에서 이루어진 참조들은 다른 광 검출 시스템들에도 적용될 수 있다.
LiDAR 시스템에서, 광은 고속 발사 레이저로부터 방출될 수 있다. 레이저 광은 매체를 통해 이동하고 건물들, 나무 가지들 및 차량들과 같은 환경에서의 사물 지점들로부터 반사된다. 반사된 광 에너지는 LiDAR 수신기(검출기)로 복귀되고, 거기서 이는 기록되어 환경을 매핑하기 위해 사용된다.
도 1은 본 문서의 실시예들에 따른 광 검출 및 레인징 컴포넌트들(102) 및 데이터 분석 및 해석(109)의 동작(100)을 도시한다. 광 검출 및 레인징 컴포넌트들(102)은 방출된 광 신호(110)를 송신하는 송신기(104), 검출기를 포함하는 수신기(106), 및 시스템 제어 및 데이터 취득(108)을 포함할 수 있다. 방출된 광 신호(110)는 매체를 통해 전파되고 물체(112)로부터 반사된다. 복귀 광 신호(114)는 매체를 통해 전파되고 수신기(106)에 의해 수신된다. 시스템 제어 및 데이터 취득(108)은 송신기(104)에 의한 광 방출을 제어할 수 있고, 데이터 취득은 수신기(106)에 의해 검출된 복귀 광 신호(114)를 기록할 수 있다. 데이터 분석 및 해석(109)은 시스템 제어 및 데이터 취득(108)으로부터 접속(116)을 통해 출력을 수신하고 데이터 분석 기능을 수행할 수 있다. 접속(116)은 무선 또는 비접촉 통신 방법으로 구현될 수 있다. 송신기(104) 및 수신기(106)는 광학 렌즈 및 미러(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 송신기(104)는 특정 시퀀스의 복수의 펄스를 갖는 레이저 빔을 방출할 수 있다. 일부 실시예들에서, 광 검출 및 레인징 컴포넌트들(102) 및 데이터 분석 및 해석(109)은 LiDAR 시스템을 포함한다.
도 2는 다수의 복귀 광 신호: 본 문서의 실시예들에 따라 (1) 복귀 신호(203) 및 (2) 복귀 신호(205)를 포함하는 광 검출 및 레인징 시스템(202)의 동작(200)을 예시한다. 광 검출 및 레인징 시스템(202)은 LiDAR 시스템일 수 있다. 레이저의 빔 발산으로 인해, 단일 레이저 발사는 종종 복수의 물체에 부딪쳐 다수의 복귀를 생성한다. 광 검출 및 레인징 시스템(202)은 다수의 복귀를 분석할 수 있고 가장 강한 복귀, 마지막 복귀, 또는 양쪽 복귀 모두 중 어느 하나를 보고할 수 있다. 도 2에 따르면, 광 검출 및 레인징 시스템(202)은 근거리 벽(204) 및 원거리 벽(208)의 방향으로 레이저를 방출한다. 예시된 바와 같이, 빔의 대부분은 영역(206)에서 근거리 벽(204)에 부딪쳐 복귀 신호(203)를 초래하고, 빔의 다른 부분은 영역(210)에서 원거리 벽(208)에 부딪쳐 복귀 신호(205)를 초래한다. 복귀 신호(203)는 복귀 신호(205)에 비교하여 더 짧은 TOF 및 더 강한 수신 신호 강도를 가질 수 있다. 광 검출 및 레인징 시스템(202)은 2개의 물체 사이의 거리가 최소 거리보다 더 큰 경우에만 양쪽 복귀 모두를 기록할 수 있다. 단일 및 다수의 복귀 LiDAR 시스템들 모두에서, 정확한 TOF가 계산되도록 복귀 신호가 송신된 광 신호와 정확하게 연관되는 것이 중요하다.
LiDAR 시스템의 일부 실시예들은 2-D(즉, 단일 평면) 포인트 클라우드 방식으로 거리 데이터를 캡처할 수 있다. 이러한 LiDAR 시스템들은 종종 산업 응용 분야들에서 사용될 수 있고, 종종 측량, 매핑, 자율 네비게이션, 및 다른 용도들을 위해 용도 변경될 수 있다. 이러한 디바이스들의 일부 실시예들은 적어도 하나의 평면에 걸쳐 스캐닝을 수행하기 위해 일부 타입의 이동 미러와 결합된 단일 레이저 방출기/검출기 쌍의 사용에 의존한다. 이 미러는 다이오드로부터 방출된 광을 반사할 뿐만 아니라, 복귀 광을 검출기로 반사시킬 수도 있다. 본 출원에서 회전 미러의 사용은 시스템 설계 및 제조능력 양자 모두를 단순화하면서 90 - 180 - 360도의 방위각 시야를 달성하는 수단일 수 있다.
도 3a는 본 문서의 실시예들에 따른 회전 미러를 갖는 LiDAR 시스템(300)을 도시한다. LiDAR 시스템(300)은 평면을 가로질러 효과적으로 스캐닝하기 위해 회전 미러와 결합된 단일 레이저 방출기/검출기를 이용한다. 이러한 시스템에 의해 수행되는 거리 측정들은 사실상 2차원(즉, 평면) 이고, 캡처된 거리 지점들은 2-D(즉, 단일 평면) 포인트 클라우드로서 렌더링된다. 제한없이, 일부 실시예들에서, 회전 미러들은 매우 빠른 속도들, 예를 들어, 분당 수천 회전수로 회전된다. 회전 미러는 또한 스피닝 미러라고 할 수 있다.
LiDAR 시스템(300)은 단일 광 방출기 및 광 검출기를 포함하는 레이저 전자 디바이스(302)를 포함한다. 방출된 레이저 신호(301)는, 방출된 레이저 신호(301)를 회전 미러(306)로 반사하는, 고정 미러(304)로 지향될 수 있다. 회전 미러(306)가 "회전" 함에 따라, 방출된 레이저 신호(301)는 그의 전파 경로 내의 물체(308)로부터 반사될 수 있다. 반사된 신호(303)는 회전 미러(306) 및 고정 미러(304)를 통해 레이저 전자 디바이스(302) 내의 검출기에 커플링될 수 있다.
도 3b는 본 문서의 실시예들에 따른 회전자(351) 및 샤프트(361)를 포함하는 회전자-샤프트 구조에서 회전 전자 디바이스를 갖는 LiDAR 시스템(350)을 도시한다. 회전자(351)는 원통형 형상을 가질 수도 있고, 회전자(351)의 중심에 원통형 구멍을 포함할 수도 있다. 샤프트(361)는 원통형 구멍 내부에 위치될 수 있다. 예시된 바와 같이, 회전자(351)는 샤프트(361)를 중심으로 회전한다. 이러한 컴포넌트들은 LiDAR 시스템에 포함될 수 있다. 회전자(351)는 회전자 컴포넌트들(352)을 포함할 수 있고 샤프트(361)는 샤프트 컴포넌트들(366)을 포함할 수 있다. 회전자 컴포넌트들(352)에는 상부 PCB가 포함되고 샤프트 컴포넌트들(366)에는 하부 PCB가 포함된다. 일부 실시예들에서, 회전자 컴포넌트들(352)은 광 검출 및 레인징 컴포넌트들(102)을 포함할 수 있고, 샤프트 컴포넌트들(366)은 도 1의 데이터 분석 및 해석(109)을 포함할 수 있다.
접속들(354)을 통해 회전자 컴포넌트들(352)에는 링(356) 및 링(358)이 커플링된다. 링(356) 및 링(358)은 회전자(351)의 내부 표면 상에 위치된 원형 밴드들이고 공기 갭 커패시터의 일 측에 대한 전극 판 기능성을 제공한다. 접속들(364)을 통해 샤프트 컴포넌트들(366)에는 링(360) 및 링(362)이 커플링된다. 링(360) 및 링(362)은 샤프트(361)의 외부 표면 상에 위치된 원형 밴드들이고 공기 갭 커패시터의 다른 측면에 대한 전극 판 기능성을 제공한다. 커패시터(C1)는 링(356)과 링(360) 사이의 공간에 기초하여 생성될 수 있다. 다른 커패시터(C2)가 링(358)과 링(362) 사이의 공간에 기초하여 생성될 수 있다. 앞서 설명한 커패시터들에 대한 커패시턴스는 공기 갭(368)에 의해 부분적으로 정의될 수 있다.
링(356) 및 링(360)은 커패시터(C1)의 전극 판 컴포넌트들이고, 링(358) 및 링(362)은 커패시터(C2)의 전극 판 컴포넌트들이다. 링(356)과 링(358) 사이의 수직 갭(370)은, 수직 갭(370)의 값이 2개의 커패시터들 사이의 간섭의 레벨을 결정할 수 있는 한, 커패시터(C1)와 커패시터(C2) 사이의 용량성 링크의 성능에 영향을 줄 수 있다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 회전자(351) 및 샤프트(361)가 N개의 용량성 링크를 지원할 수 있는 N개의 링을 각각 포함할 수 있다는 것을 인식할 것이다.
이전에 언급된 바와 같이, 비행 시간 또는 TOF는 LiDAR 시스템이 환경을 매핑하기 위해 사용하는 방법이고, 타겟 물체들을 검출하기 위해 사용되는 실행 가능하고 증명된 기법을 제공한다. 동시에, 레이저들이 발사할 때, LiDAR 시스템 내의 펌웨어는 수신된 데이터를 분석 및 측정할 수 있다. LiDAR 시스템 내의 광학 수신 렌즈는 환경으로부터 복귀하는 광 광자들의 일부들을 수집하는 망원경처럼 작용한다. 시스템에서 사용되는 레이저들이 많을수록, 환경에 관련한 정보가 더 많이 수집될 수 있다. 단일 레이저 LiDAR 시스템들은 더 적은 수의 광자들이 검색될 수 있고, 따라서 더 적은 정보가 취득될 수 있기 때문에 다수의 레이저들을 갖는 시스템들에 비교하여 불리할 수 있다. 제한없이, LiDAR 시스템들의 일부 실시예들은 8의 배수, 즉 8, 16, 32 및 64개의 레이저로 구현될 수 있다. 또한, 일부 LiDAR 실시예들은, 제한적이지는 않지만, 0.3° 만큼 타이트한 레이저 빔 간격을 갖는 30-40° 의 수직 시야(FOV)를 가질 수 있고, 초당 5-20 회전의 회전 속도를 가질 수 있다.
회전 미러 기능은 또한 MEMS와 같은 솔리드 스테이트 기술로 구현될 수 있다. 솔리드 스테이트 LiDAR 센서들은 다양한 첨단 운전자 보조 시스템(ADAS) 및 자율 응용들에 대한 숨겨진 및 저프로파일 감지를 가능하게 할 수 있다. 일 예는, 제한없이, 비용 효과적이고, 고성능의, 그리고 작은 폼 팩터에서의 견고한 자동차 제품일 수 있는, 고정 레이저, 솔리드 스테이트 VelarrayTM LiDAR(광 검출 및 레인징) 센서이다. 일 실시예에서, VelarrayTM LiDAR 센서는 차량들의 전면, 측면, 및 코너에 내장될 수 있는 125mm x 50mm x 55mm의 패키지 크기로 구현될 수 있다. 이는 낮은 반사율 물체들에 대해서도 200 미터 레인지를 갖는 120도 수평 및 35도 수직 시야까지 제공할 수 있다.
B. LiDAR 신호의 펄스 인코딩
본 문서들의 실시예들의 하나의 목적은 광 검출 및 레인징 시스템들에 대한 신뢰성 및 정확성의 개선이다. 본 명세서에서 사용될 때, 광 검출 및 레인징 시스템은 LiDAR 시스템일 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예들에서, 레이저 빔의 다수의 복귀 검출 및 펄스 인코딩은 LiDAR 시스템의 성능을 향상시킬 수 있다. 펄스 인코딩에 대한 동기는 다른 LiDAR 센서들로부터의 간섭의 제거일 수 있다. 다수의 복귀 신호에 대한 동기는 최소한의 센서 움직임으로 공간을 스캐닝하는 능력을 제공하고, 따라서 데이터를 매핑하기 위한 더 빠른 취득 시간을 제공하는 것이다. 단일 복귀 신호가 충분한 정확도 및 신뢰성을 제공하지 않을 수 있는 다수의 응용들이 있다. 인간 시각 시스템에서와 같이, 부분적으로 가려진 장면을 볼 수 있는데, 예를 들어, 유리 도어/창문 뒤를 보는 것, 안개를 통해 보는 것, 트리 캐노피를 통해 보는 것 등의 경우이다. LiDAR 시스템으로부터의 다수의 복귀 신호는 부분적으로 가려진 물체들의 매핑을 허용할 수 있다.
숲 측량에 대한 트리 캐노피 형상을 스캐닝하는 헬리콥터 또는 드론을 상상해보자. 단 하나의 복귀 신호 또는 2개의 복귀 신호가 이용가능한 경우, LiDAR 시스템은 다양한 높이들에 매핑하기 위해 다수의 미션을 수행해야 할 수 있고, 많은 취득은 항공 측량(aerial survey)으로 불가능할 수 있다. LiDAR 시스템은 본 응용을 위한 수동 포인트 및 슈트 지상 측량 방법들에 의지해야 할 수 있다.
LiDAR 시스템은 펄스들의 시퀀스를 포함하는 복귀 신호를 분석하고, 다른 스퓨리어스 펄스들과 구별하기 위해, 수신된 펄스들의 시퀀스를 송신된 펄스들의 시퀀스와 매칭시키는 능력을 가질 수 있다. 일반적으로, 복귀 신호는 다수의 복귀 신호 또는 단일 복귀 신호를 지칭할 수 있다.
LiDAR 복귀 신호의 검출의 신뢰성 및 정확성은 펄스 인코딩에 기초한 서명에 의해 개선될 수 있다. 서명은 유효 반사 광 신호를 고유하게 식별할 수 있다. 서명은 LiDAR 시스템에 의해 후속하여 발사되는 펄스들에 인코딩되거나 임베딩될 수 있다. LiDAR 시스템이 복귀 신호를 수신할 때, LiDAR 시스템은 단일 복귀 또는 다수의 복귀 신호로부터 서명을 추출할 수 있고, 수신된 복귀 신호의 디코딩된 펄스(들)가 레이저 빔에서 송신된 펄스들과 매칭되는지를 결정할 수 있다. 펄스들이 매칭되는 경우, 복귀 신호는 인증된 것으로 간주될 수 있고, 데이터는 복귀 신호 펄스(들)로부터 디코딩될 수 있다. 펄스들이 매칭되지 않으면, 복귀 신호는 스퓨리어스 신호로 간주될 수 있고, 복귀 신호는 폐기될 수 있다. 효과적으로, 시스템은 임베딩된 서명을 포함하는 송신된 펄스들의 특성들을 사용하여 복귀 신호를 인증 또는 검증한다. 시스템은 가짜 복귀 신호 계산을 잘못 트리거할 수 있는 것보다 의도적인 또는 비의도적인 스퓨리어스 복귀 신호들을 식별할 수 있다. 즉, LiDAR 시스템은 송신된 펄스들을 스퓨리어스 펄스들과 구별하고 확인할 수 있다.
서명들은 펄스들의 수, 펄스들 사이의 거리, 펄스들의 진폭 및 진폭들의 비율 및 펄스들의 형상에 기초할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 하나의 서명의 예로서, 2개의 점화 시퀀스들에서의 펄스들의 수는 제1 시퀀스에서의 X개의 펄스 및 제2 시퀀스에서의 Y개의 펄스를 포함할 수 있고, 여기서 X는 Y와 동일하지 않다.
도 4a, 4b 및 4c는 각각 본 개시내용의 실시예들에 따른 서명(400)을 도시한다. 이들 도면들에서, A는 펄스들의 진폭을 나타내고, di는 시간 라인 T에서의 거리를 나타낸다. 도 4a는 4개의 펄스의 시퀀스를 예시하며, 각각의 펄스 사이의 거리의 변동은 서명을 정의할 수 있다. 예를 들어, 펄스 P1과 펄스 P2 사이의 거리는 거리 d1일 수 있다. 펄스 P2와 펄스 P3 사이의 거리는 거리 d2일 수 있다. 펄스 P3과 펄스 P4 사이의 거리는 d3일 수 있다. 예시된 바와 같이, d1 > d3 > d2이다. 대안적으로, 펄스들 사이의 거리는 펄스의 후속 에지와 다음 펄스의 선행 에지 사이의 거리(예를 들어, d11)로서 정의될 수 있다.
도 4b는 진폭들의 변동이 서명을 정의할 수 있는 3개의 펄스의 시퀀스를 예시한다. 예를 들어, 펄스 P5는 진폭 a2를 가질 수 있다. 펄스 P6은 진폭 a4를 가질 수 있다. 펄스 P7은 진폭 a3을 가질 수 있다. 예시된 바와 같이, a4 > a3 > a2이다. 서명은 펄스들의 진폭들에 대한 고정된 비율에 기초할 수 있고/있거나, 서명은 펄스들 사이의 가변 비율들에 기초할 수 있고/있거나, 서명은 사전 결정된 또는 동적 임계값에 의해 정의된 절대 진폭들에 기초할 수 있다.
도 4c는 펄스 형상들의 변동이 서명을 정의할 수 있는 3개의 펄스의 시퀀스를 예시한다. 도 4c의 실시예에서, 펄스 형상의 변동은 펄스 폭의 변동일 수 있다. 예를 들어, 펄스 P8은 d4의 펄스 폭을 가질 수 있다. 펄스 P9는 펄스 폭 d5를 가질 수 있다. 펄스 P10은 d6의 펄스 폭을 가질 수 있으며, 예시된 바와 같이 d5 > d6 > d4이다.
통상의 기술자라면 서명이 본 발명의 실시예가 구현되는 응용 및 환경에 기초하여 달라질 수 있다는 것을 잘 인식할 것이며, 이들 모두는 본 발명의 범위에 속하는 것으로 의도된다. 서명들은 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수 있다. 서명 검출은 고정 또는 가변 임계값들로 구현될 수 있다.
또한, 시스템은 복귀 신호 검출의 신뢰성 및 정확도를 더 개선하기 위한 추가 특징들을 포함할 수 있다.
첫째, LiDAR 시스템은 다음 또는 후속 레이저 발사를 위해 펄스들의 특성들을 동적으로 변경할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 펄스들의 특성들은 서명에 의해 정의될 수 있다. 이 특징은 LiDAR 시스템이 스퓨리어스 펄스들의 스푸핑 공격에 응답하는 것을 허용한다. 악의적인 당사자는 LiDAR 시스템을 스푸핑하기 위해 송신된 레이저 빔 또는 복귀 신호들을 모니터링하고 있을 수 있다. 서명을 위한, 동적 동작보다는 정적 동작에 의해, 악의적인 당사자는 LiDAR 시스템을 쉽게 스푸핑할 수 있다.
LiDAR 시스템은 또한 송신된 펄스들의 시퀀스들이 복귀 신호 펄스들의 시퀀스들과 매칭될 때 다음 발사에 대한 서명을 동적으로 변경할 수 있다. 언급된 바와 같이, 다음 레이저 발사를 위한 서명을 동적으로 변경함으로써, 의도적인 또는 비의도적인 스푸핑을 위한 가능성이 완화될 수 있다. 전형적으로, 레이저 빔이 물체로 이동하여 LiDAR 시스템으로 다시 반사되는 TOF(time of flight) 시간이 광의 거리 및 속도의 함수이다. 이 기간에, LiDAR 시스템은 복귀 신호를 분석하고 다음 레이저 발사를 위한 서명을 변경하거나 변경하지 않기로 결정할 수 있다.
다양한 실시예들에서, LiDAR 시스템은 또한 송신된 펄스들의 시퀀스를 서명을 포함하도록 동적으로 변경할 뿐만 아니라 펄스 시퀀스를 그것이 동작하는 환경에 적응시킬 수 있다. 예를 들어, LiDAR 시스템이 자율 내비게이션 시스템 내에 사용되는 경우, 날씨 패턴들 및/또는 교통 혼잡은 광 신호들이 전파되는 방식에 영향을 줄 수 있다. 이 실시예에서, LiDAR 시스템은 광 펄스들의 패턴을 조정하여 그것을 수신기에게 고유하게 식별시킬 뿐만 아니라 그것이 동작하는 환경에 기초하여 시스템의 성능을 향상시킬 수도 있다.
둘째, 다른 보안 요소를 추가하기 위해, LiDAR 시스템은 송신되는 펄스들을 랜덤하게 변경할 수 있다. 랜덤 알고리즘에 기초한 인코딩은 제어기로부터의 명령어에 의해 개시될 수 있다. 이 특징은 비의도적인 복귀 신호들의 영향을 완화시키는 데 유익할 수 있다. 비의도적인 복귀 신호는 LiDAR 시스템에 기초한 자율 주행의 성장에 따라 증가할 수 있다.
C. LiDAR 시스템에 대한 펄스 인코딩 및 서명들
다수의 복귀 LiDAR 신호들을 검출하는 것은 다른 LiDAR 신호들 또는 다른 광 신호들의 존재와 문제가 될 수 있다. 하나의 시나리오가 도 5a에 예시된다. 도 5a는 본 개시내용의 실시예들에 따른 시간 도메인에서 관심 있는 수신된 펄스 시퀀스들과 간섭자들(즉, 다른 LiDAR) 사이에 본질적으로 중첩이 없는 2개의 LiDAR 시스템들, LiDAR-1 및 LiDAR-2로부터의 수신된 펄스들(500)을 예시하며, LiDAR-1로부터의 수신된 펄스들은 펄스들 P11, P12 및 P13을 포함한다. LiDAR-2로부터 수신된 펄스들은 펄스들 P21, P22 및 P23을 포함한다.
도 5b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 유효 피크 측정을 갖는 수신된 펄스(520)를 도시한다. 수신된 펄스(520)에 대한 파형은 파형(522)에 의해 예시된다. 진폭 임계값(524)은 유효 펄스에 필요한 신호 강도를 나타낸다. 펄스 측정(526)은 진폭 임계값(524)을 회피하고, 따라서 펄스(520)가 유효 펄스임을 나타낼 것이다.
앞서 설명한 바와 같이, LiDAR 복귀 신호의 검출의 신뢰성과 정확성은 펄스 인코딩에 기초한 서명에 따라 개선될 수 있다. 서명은 유효 반사 광 신호를 고유하게 식별할 수 있다. 서명은 LiDAR 시스템에 의해 후속하여 발사되는 펄스들에 인코딩되거나 임베딩될 수 있다. LiDAR 시스템이 복귀 신호를 수신할 때, LiDAR 시스템은 단일 복귀 또는 다수의 복귀 신호로부터 서명을 추출할 수 있고, 수신된 복귀 신호의 디코딩된 펄스(들)가 레이저 빔에서 송신된 펄스들과 매칭되는지를 결정할 수 있다. 서명이 상이한 사용자 또는 상이한 시스템에 할당될 수 있는 한, 서명은 "사용자 서명"이라고도 지칭될 수 있다.
도 6a는 본 개시내용의 실시예들에 따른 LiDAR 시스템에 대한 펄스 인코딩 방식(600)을 도시한다. LiDAR 시스템은 하나의 레이저로부터 제한된 수의 다수의 펄스들을 송신할 수도 있다. 펄스 인코딩 방식(600)은 LiDAR 시스템으로부터 방출된 2개의 펄스의 인코딩을 예시한다. 펄스 인코딩 방식(600)은 펄스1(pulse1)(602) 및 펄스2(pulse2)(604)를 포함한다. 펄스1(602)은 진폭 L1, 및 펄스 폭 Tpuls1를 가질 수 있다. 펄스1(602)은 진폭 L2, 및 펄스 폭 Tpulse2를 가질 수 있다. 펄스1(602)과 펄스2(604) 사이의 펄스 간격(pulse interval)은 Tinterval일 수 있다. 펄스 인코딩 방식(600)에 대한 서명은 진폭들, 펄스 폭들 및 펄스 간격들을 포함하는 이들 변수들에 대한 비트 패턴들을 할당함으로써 결정될 수 있다. 펄스 인코딩 방식(600)에 따라, 펄스1(602)의 진폭 표현(606)에 대해 N-비트들이 할당될 수 있고, 펄스2(604)의 진폭 표현(610)에 대해 M-비트들이 할당될 수 있으며, Tinterval의 간격 표현(608)에 대해 X-비트들이 할당될 수 있다. 사용자 서명은 Z-비트들로 표현될 수 있고, 제1 펄스의 진폭은 N-비트들로 표현되고, 간격은 X-비트들로 표현되고, 제2 펄스의 진폭은 M-비트들로 표현된다. Z-비트들은 N-비트들 플러스 X-비트들 플러스 M-비트들의 합과 동일하다. (즉, N-비트들 + X-비트들 + M-비트들) 피크 비율은 N-비트들 및 M-비트들에 기초할 수 있고, 펄스 간격은 X-비트들에 기초할 수 있다. 다른 실시예에서, 사용자 서명은 Z의 배수-비트들로 표현될 수 있다. 도시되지는 않았지만, 다른 실시예는 Tpulse1 및 Tpulse2에 대한 변수들/값들을 나타내기 위해 Y-비트들을 할당할 수 있다. 통상의 기술자는 LiDAR 시스템이 펄스 진폭들 및/또는 펄스 간격들 및/또는 펄스 폭들에 대한 비트들의 조합을 갖는 서명으로 구현될 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 만족스러운 동작을 위해, 앞서 설명한 파라미터들은 허용오차 임계값과 동일하거나 초과해야 한다.
도 6b는 본 개시내용의 실시예들에 따른 LiDAR 시스템에 대한 펄스 인코딩 방식(620)을 도시한다. 도 6b는 8-비트 서명의 일 실시예를 예시하며, 이 서명은 다음의 특징들을 포함한다: 펄스 시퀀스는 가변 펄스 진폭들(Li), 가변 시간 간격(Tinterval) 및 고정된 펄스 폭(여기서, Tpulse1=Tpulse2)을 포함한다. 예시된 바와 같이, 도 6b는 진폭(L1) 및 펄스 폭(Tpulse1)을 갖는 펄스(622)를 포함하고, 진폭(L2) 및 펄스 폭(Tpulse2)을 갖는 펄스(624)를 포함한다. 펄스(622)와 펄스(624) 사이의 펄스 간격은 Tinterval이다. 펄스 인코딩 방식(620)의 경우, 서명은 펄스(622)를 위한 진폭 표현(626)에 대해 3-비트들, 간격 표현(628)에 대해 2-비트들, 펄스(624)를 위한 진폭 표현(630)에 대해 3-비트들를 할당받을 수 있다. 이 서명은 도 6b에 예시된 비트 구성에 기초하여 3x2x3 비트 서명(즉, 8 비트들: 12345678)으로 지칭될 수 있다. 피크 비율은 비트들 1-3 및 비트들 6-8에 기초하여 정의될 수 있다. 펄스 간격은 비트들 4-5에 기초하여 정의될 수 있다. 일 실시예에서, 사용자 서명에 기초하여, 펄스들의 시퀀스들은 가변 펄스 진폭들, 펄스들 사이의 가변 시간 간격들, 및 각각의 펄스에 대한 고정 펄스 폭을 포함한다. 다른 실시예에서, 사용자 서명에 기초하여, 펄스들의 시퀀스는 가변 펄스 진폭, 펄스 사이의 가변 시간 간격, 및 각각의 펄스에 대한 고정 펄스 폭을 포함한다.
요약하면, 수신된 펄스들(500)을 갖는, 즉 개별 LiDAR 발화들로부터의 복귀 펄스들 사이의 중첩 펄스들이 없는 실시예들에 있어서, 도 6b의 인코딩 방식들은 더 많은 사용자들, 더 많은 전력 레벨들 및 더 많은 펄스들로 확장하는 능력을 제공한다. 펄스 시퀀스의 기간이 비교적 짧기 때문에, 다수의 복귀 신호의 중첩의 확률이 적고 레인지 감소가 적을 수 있다. 전반적으로, 펄스 인코딩 방식(620)으로 수신된 펄스들(500)을 갖는 실시예들에 대한 검출 확률은 99%를 초과할 수 있다.
서명 세트의 설계를 위한 수학적 모델은 다음 문제 진술에 기초할 수 있다:
서명 세트 설계:
Figure pct00001
길이 L의 사용자 서명들 K개를 사용하여, 세트 S의 총 제곱 상관(total squared correlation; TSC)이 최소화되고, 즉, 다음과 같다:
Figure pct00002
서명 세트들의 TSC에 대한 하한이 다음과 같음은 증명되어 있다 [1].
Figure pct00003
Hadamard 행렬이 K=L이고 K가 소정의 2의 차수(order of 2)이며, 하한을 달성할 수 있다.
[1] R. L. Welch, "Lower bounds on the maximum cross correlation of signals,"IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-20, pp. 397-399, May 1974.
8-비트 길이를 갖는 예시적인 서명 세트는 치환된 Hadamard 행렬로 예시될 수 있다. 도 7은 본 개시내용의 실시예들에 따른 치환된 Hadamard 행렬을 이용하는 펄스 인코딩 방식에 대한 8-비트들을 갖는 서명 세트(700)를 도시한다. 즉, 사용자 서명은 8-비트들로 표현될 수 있다. 예시된 바와 같이, 서명 세트(700)는 펄스1에 대해 3-비트들, 간격에 대해 2-비트, 및 펄스2에 대해 3-비트들(즉, 3x2x3 비트 서명)로 표현될 수 있다. y-축은 상이한 사용자들, 사용자1, 사용자2 등에 대한 서명 할당을 나타내고, 사용자 서명들은 서로 직교할 수 있고, 상관 계산(내적)은 상관이 최대일 때 대응하는 LiDAR 시스템에 대한 펄스 시퀀스를 식별할 수 있다. 사용자 서명들이 서로 직교인 경우, 다른 사용자들과의 중첩이 없을 수 있고 최소 간섭일 수 있다. 따라서, 사용자 서명의 비트 표현은 다른 LiDAR 시스템의 다른 사용자 서명의 비트 표현에 직교한다.
도 8은 본 개시내용의 실시예들에 따른 펄스 인코딩 방식 및 펄스 디코딩 방식을 지원하는 송신기(801) 및 수신기(809)를 포함하는 LiDAR 시스템을 포함하는 네트워크(800)를 도시한다. 송신기(801)는 데이터 시퀀스를 광학적으로 송신하도록 동작할 수 있다. 송신기(801) 및 수신기(809)는, 예를 들어, 펄스 진폭들 및/또는 펄스 간격들 및/또는 펄스 폭들에 대해, 비트들의 다양한 조합들을 갖는 (그러나 이에 제한되지 않는) 서명들을 지원하도록 구성될 수 있다. LiDAR 시스템은 또한 제어기(도시되지 않음)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 송신기(801) 및 수신기(809)는 도 6b의 기능을 지원하도록 구성될 수 있다. 송신기(801)는 LiDAR 시스템에 대한 서명을 저장하는 사용자 서명(802)을 포함할 수 있다. 사용자 서명(802)에 기초하여, 다수의 펄스가 펄스 인코더(804)를 통해 인코딩될 수 있으며, 이어서 펄스 시퀀스 생성기(806)에 의해 펄스 시퀀스가 생성되어 채널(808)로 발사될 수 있다. 펄스 인코딩 방식(620)의 경우, 펄스 인코더(804)는 사용자 서명(802)에 기초하여 2개의 펄스를 인코딩한다.
수신기(809)는 매칭 필터(810), 피크 검출(812), 펄스 디코더(814), 및 검출(상관)(816)을 포함한다. 복귀 신호는 채널(808)로부터 수신될 수 있고 복귀 신호의 S/N비를 최적화하기 위해 매칭 필터(810)에 의해 처리될 수 있다. 최적화된 신호는 피크 복귀 신호를 생성하는 피크 검출(812)에 커플링될 수 있다. 서명에 대한 지식으로, 펄스 디코더(814)는 피크 비율 및 펄스 간격을 디코딩한다. 이들 계산은 검출(상관)(816)에 의해 상관되고 검증된다.
도 9는 본 개시내용의 실시예들에 따른 LiDAR 시스템의 펄스 시퀀스를 인코딩 및 디코딩하기 위한 흐름도(900)를 도시한다. 펄스 시퀀스는 도 6b에 대해 설명된 바와 같이 3x2x3 서명을 포함할 수 있다(펄스 인코딩 방식(620)). 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
사용자 서명에 기초하여 펄스들의 시퀀스를 인코딩하는 단계. (단계 902)
인코딩된 펄스들의 시퀀스를 광학적으로 송신하는 단계. (단계 904)
인코딩된 펄스들의 시퀀스를 포함하는 다수의 복귀 신호를 수신하는 단계. (단계 906)
인코딩된 펄스들 진폭 시퀀스들에서 제1 펄스(Pulse1)를 디코딩하는 단계. (단계 908)
제1 펄스와 다음 펄스(Pulse1 및 Pulse2) 사이의 펄스 간격을 디코딩하는 단계. (단계 910)
제2/다음 펄스 진폭(Pulse2)을 디코딩하는 단계. (단계 912)
상관 계산을 통해 디코딩된 다수의 복귀 신호를 인증하는 단계. 인증은 펄스들의 시퀀스의 송신된 펄스들의 형상에 대한 펄스들의 시퀀스로부터의 수신된 펄스들의 형상에 대하여 허용오차 마진을 유지하는 것에 기초하여 부분적으로 결정될 수 있다. (단계 914).
요약하면, 각각의 LiDAR 시스템은 펄스 인코딩에 기초한 특정 사용자 서명을 이용하여 제조될 수 있다. 특정 서명은 펄스 진폭들 및/또는 펄스 간격들 및/또는 펄스 폭들에 대한 특정 수의 비트들의 할당에 기초하여 결정될 수 있다. 서명은 앞서 설명한 파라미터들 중 임의의 것 또는 전부에 기초할 수 있다. 선택적으로, LiDAR 시스템은 레이저 발화의 펄스 인코딩을 결정하기 위해 서명들을 동적으로 할당할 수 있는 제어기를 갖도록 설계될 수 있다. 즉, 송신될 다음 펄스들의 시퀀스에 대해, 펄스 인코더는 사용자 서명을 동적으로 변경할 수 있다.
D. 시스템 실시예
실시예들에서, 본 특허 문서의 양태들은 정보 처리 시스템/컴퓨팅 시스템에 관한 것이거나 그 상에서 구현될 수 있다. 본 개시내용의 목적을 위해, 컴퓨팅 시스템은, 비즈니스, 과학, 제어, 또는 기타의 목적에 대해, 임의의 형태의 정보, 지능, 또는 데이터를, 컴퓨팅, 계산, 결정, 분류, 처리, 송신, 수신, 검색, 발신, 라우팅, 스위칭, 저장, 디스플레이, 통신, 명시, 검출, 기록, 재생, 취급, 또는 이용하도록 동작가능한 임의의 수단 또는 수단들의 집합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 시스템은 비행 시간을 사용하여 환경 내의 물체들을 매핑하는 LiDAR 시스템과 같은 광학 측정 시스템일 수 있다. 컴퓨팅 시스템은 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM), 중앙 처리 유닛(central processing unit; CPU) 또는 하드웨어 또는 소프트웨어 제어 로직과 같은 하나 이상의 처리 리소스들, ROM, 및/또는 다른 타입들의 메모리를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템의 추가적인 컴포넌트들은 외부 디바이스들과 통신하기 위한 하나 이상의 네트워크 또는 무선 포트뿐만 아니라, 키보드, 마우스, 터치스크린 및/또는 비디오 디스플레이와 같은 다양한 입력 및 출력(I/O) 디바이스들을 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템은 또한 다양한 하드웨어 컴포넌트들 사이의 통신을 송신하도록 동작가능한 하나 이상의 버스를 포함할 수 있다.
도 10은 본 개시내용의 실시예들에 따른 컴퓨팅 디바이스/정보 처리 시스템(또는 컴퓨팅 시스템)의 단순화된 블록도를 도시한다. 시스템(1000)에 대해 예시된 기능들은 정보 처리 시스템의 다양한 실시예들을 지원하도록 동작할 수 있다는 것을 이해할 것이지만, 정보 처리 시스템은 상이하게 구성될 수 있고 상이한 컴포넌트들을 포함할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
도 10에 예시된 바와 같이, 시스템(1000)은 컴퓨팅 리소스를 제공하고 컴퓨터를 제어하는 하나 이상의 중앙 처리 유닛(CPU)(1001)를 포함한다. CPU(1001)는 마이크로프로세서 등으로 구현될 수 있고, 또한 하나 이상의 그래픽 처리 유닛(GPU)(1017) 및/또는 수학적 계산을 위한 부동 소수점 코프로세서를 포함할 수 있다. 시스템(1000)은 또한 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 또는 양자 모두의 형태일 수 있는 시스템 메모리(1002)를 포함할 수 있다.
도 10에 예시된 바와 같이, 다수의 제어기 및 주변 디바이스들도 제공될 수 있다. 입력 제어기(1003)는 키보드, 마우스, 또는 스타일러스와 같은 다양한 입력 디바이스(들)(1004)에 대한 인터페이스를 나타낸다. 무선 디바이스(1006)와 통신하는 무선 제어기(1005)가 또한 있을 수 있다. 시스템(1000)은 또한 하나 이상의 저장 디바이스(1008)와 인터페이스하기 위한 저장 제어기(1007)를 포함할 수 있으며, 저장 디바이스들 각각은 플래시 메모리와 같은 저장 매체, 또는 운영 체제, 유틸리티, 및 애플리케이션에 대한 명령 프로그램을 기록하는데 사용될 수 있는 광학 매체를 포함하며, 이는 본 발명의 다양한 양태를 구현하는 프로그램의 실시예를 포함할 수 있다. 저장 디바이스(들)(1008)는 또한 처리된 데이터 또는 본 발명에 따라 처리될 데이터를 저장하는 데 사용될 수 있다. 시스템(1000)은 또한 디스플레이 디바이스(1011)에 대한 인터페이스를 제공하는 디스플레이 제어기(1009)를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 시스템(1000)은 또한 자동차 시스템(1013)과 통신하기 위한 자동차 신호 제어기(1012)를 포함할 수 있다. 통신 제어기(1010)는 자동차 네트워크, 인터넷, 클라우드 리소스(예를 들어, 이더넷 클라우드, 이더넷 광채널(Fiber Channel over Ethernet; FCoE)/데이터 센터 브리징(Data Center Bridging; DCB) 클라우드 등), 로컬 에어리어 네트워크(local area network; LAN), 와이드 에어리어 네트워크(wide area network; WAN), 스토리지 에어리어 네트워크(storage area network; SAN)를 포함하는 다양한 네트워크들 중 임의의 것을 통해 또는 적외선 신호를 포함하는 임의의 적절한 전자기 반송파 신호를 통해 시스템(1000)이 원격 디바이스에 접속할 수 있게 하는 하나 이상의 통신 디바이스(1015)와 인터페이스할 수 있다.
예시된 시스템에서, 모든 주요 시스템 컴포넌트는 하나보다 많은 물리 버스를 나타낼 수 있는 버스(1016)에 접속될 수 있다. 그러나, 다양한 시스템 컴포넌트들은 서로 물리적으로 근접하거나 근접하지 않을 수 있다. 예를 들어, 입력 데이터 및/또는 출력 데이터는 하나의 물리적 위치로부터 다른 물리적 위치로 원격으로 송신될 수 있다. 또한, 본 발명의 다양한 양태들을 구현하는 프로그램들은 네트워크를 통해 원격 위치(예를 들어, 서버)로부터 액세스될 수 있다. 이러한 데이터 및/또는 프로그램들은 다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다양한 머신 판독가능 매체 중 임의의 것을 통해 전달될 수 있다: 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체; CD-ROM 및 홀로그래픽 디바이스와 같은 광학 매체; 광자기 매체; 그리고 주문형 집적 회로(application specific integrated circuit; ASIC)들, 프로그램가능한 로직 디바이스(programmable logic device; PLD)들, 플래시 메모리 디바이스들, 및 ROM 및 RAM 디바이스들과 같은 프로그램 코드를 저장하거나 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 디바이스들.
본 발명의 실시예들은 하나 이상의 프로세서 또는 처리 유닛이 단계들을 수행시키기 위한 명령어들로 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체 상에 인코딩될 수 있다. 하나 이상의 비일시적 컴퓨터 판독가능 매체는 휘발성 및 비휘발성 메모리를 포함할 것이라는 점에 유의해야 한다. 하드웨어 구현 또는 소프트웨어/하드웨어 구현을 포함하는 대안적인 구현들이 가능하다는 점에 유의해야 한다. 하드웨어 구현 기능들은 ASIC(들), 프로그램가능한 어레이들, 디지털 신호 처리 회로 등을 사용하여 실현될 수 있다. 따라서, 임의의 청구항들에서의 "수단"이라는 용어들은 소프트웨어 및 하드웨어 구현들 양자 모두를 커버하도록 의도된다. 유사하게, 본 명세서에서 사용되는 "컴퓨터 판독가능 매체 또는 매체들"이라는 용어는 명령어들의 프로그램이 구현되어 있는 소프트웨어 및/또는 하드웨어, 또는 이들의 조합을 포함한다. 이러한 구현 대안들을 염두에 두고서, 도면들 및 첨부 설명은 본 기술분야의 통상의 기술자가 프로그램 코드(즉, 소프트웨어)를 작성하고/하거나 요구되는 처리를 수행하는 회로들(즉, 하드웨어)을 제조할 것을 필요로 할 기능 정보를 제공한다는 것을 이해하여야 한다.
본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터 구현 동작들을 수행하기 위한 컴퓨터 코드를 갖는 비일시적 유형의 컴퓨터 판독가능 매체를 갖는 컴퓨터 제품들에 추가로 관련될 수 있다는 점에 유의해야 한다. 매체 및 컴퓨터 코드는 본 발명의 목적을 위해 특별히 설계되고 구성된 것들일 수 있거나, 또는 이들이 관련 기술분야의 기술자들에게 공지되거나 이용가능한 종류의 것일 수 있다. 유형의 컴퓨터 판독가능 매체의 예는 다음을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다: 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체; CD-ROM 및 홀로그래픽 디바이스와 같은 광학 매체; 광자기 매체; 그리고 주문형 집적 회로(ASIC)들, 프로그램가능한 로직 디바이스(PLD)들, 플래시 메모리 디바이스들, 및 ROM 및 RAM 디바이스들과 같은 프로그램 코드를 저장하거나 저장하고 실행하도록 특별히 구성된 하드웨어 디바이스들. 컴퓨터 코드의 예들은 컴파일러에 의해 생성된 것과 같은 머신 코드, 및 인터프리터를 사용하여 컴퓨터에 의해 실행되는 상위 레벨 코드를 포함하는 파일들을 포함한다. 본 발명의 실시예들은 처리 디바이스에 의해 실행되는 프로그램 모듈들에 있을 수 있는 머신 실행가능 명령어들로서 전체적으로 또는 부분적으로 구현될 수 있다. 프로그램 모듈들의 예들은 라이브러리들, 프로그램들, 루틴들, 물체들, 컴포넌트들, 및 데이터 구조들을 포함한다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈은 로컬, 원격 또는 양자 모두의 설정에 물리적으로 위치할 수 있다.
통상의 기술자라면 컴퓨팅 시스템 또는 프로그래밍 언어가 본 발명의 실시에 중요하지 않다는 것을 인식할 것이다. 본 기술분야의 통상의 기술자는 또한 앞서 설명한 다수의 요소가 물리적으로 및/또는 기능적으로 서브모듈로 분리되거나 함께 결합될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
앞서 설명한 예들 및 실시예들은 예시적인 것이고 본 개시내용의 범위를 제한하지 않는다는 것이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 이해될 것이다. 본 명세서를 읽고 도면들을 고찰할 때 본 기술분야의 통상의 기술자에게 명백한 모든 치환, 향상, 등가물, 조합, 및 개선은 본 개시내용의 진정한 사상 및 범위 내에 포함되는 것으로 의도된다. 또한, 임의의 청구항들의 요소들은 다수의 종속성들, 구성들, 및 조합들을 갖는 것을 포함하여 상이하게 배열될 수 있다는 점에 유의해야 한다.

Claims (20)

  1. 방법으로서,
    LiDAR 시스템에서, 사용자 서명에 기초하여 펄스들의 시퀀스를 인코딩하는 단계;
    상기 LiDAR 시스템에서, 상기 펄스들의 시퀀스들을 송신하는 단계;
    상기 LiDAR 시스템에서, 상기 펄스들의 시퀀스들의 물체들로부터의 반사에 기초하여 다수의 복귀 신호를 수신하는 단계;
    상기 LiDAR 시스템에서, 상기 사용자 서명을 이용하여 상기 다수의 복귀 신호를 디코딩하는 단계; 및
    상기 LiDAR 시스템에서, 상관 계산을 통해 상기 디코딩된 다수의 복귀 신호를 인증하는 단계를 포함하고,
    상기 사용자 서명의 비트 표현은 다른 LiDAR 시스템의 다른 사용자 서명의 비트 표현에 직교하는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 사용자 서명은 상기 펄스들의 시퀀스에서의 제1 펄스의 진폭, 상기 펄스들의 시퀀스의 제2 펄스의 진폭, 및 상기 제1 펄스와 상기 제2 펄스 사이의 간격을 결정하는, 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 사용자 서명은 Z-비트들로 표현되는, 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제1 펄스의 진폭은 N-비트들로 표현되고, 상기 간격은 X-비트들로 표현되고, 상기 제2 펄스의 진폭은 M-비트들로 표현되고, Z-비트들은 N-비트들 플러스 X-비트들 플러스 M-비트들의 합과 동일한, 방법.
  5. 제4항에 있어서, 피크 비율은 N-비트들 및 M-비트들에 기초하고, 상기 간격은 X-비트들에 기초하는, 방법.
  6. 제2항에 있어서, 상기 사용자 서명에 기초하여, 상기 펄스들의 시퀀스들은 고정 펄스 진폭들, 펄스들 사이의 가변 시간 간격들, 및 각각의 펄스에 대한 고정 펄스 폭을 포함하는, 방법.
  7. 제2항에 있어서, 상기 사용자 서명에 기초하여, 상기 펄스들의 시퀀스들은 가변 펄스 진폭들, 펄스들 사이의 가변 시간 간격들, 및 각각의 펄스에 대한 고정 펄스 폭을 포함하는, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 LiDAR 시스템에 의해, 상기 펄스들의 시퀀스들에서의 펄스들 각각의 진폭들, 및/또는 상기 펄스들의 시퀀스들에서의 펄스들 각각 사이의 간격들, 및/또는 펄스들 각각의 펄스 폭들에 기초하여 상기 펄스들의 시퀀스에 대한 상기 사용자 서명을 생성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 LiDAR 시스템에 의해 사용자 서명을 동적으로 조정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 각각의 LiDAR 시스템을 특정 사용자 서명으로 구성하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 사용자 서명은 Z의 배수-비트들로 표현되는, 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 인증은 상기 펄스들의 시퀀스의 송신된 펄스들의 형상에 대한 상기 펄스들의 시퀀스로부터의 수신된 펄스들의 형상에 대하여 허용오차 마진(tolerance margin)을 유지하는 것에 기초하여 부분적으로 결정되는, 방법.
  13. 시스템으로서,
    펄스들의 시퀀스에 대한 특성들을 지정할 수 있는 사용자 서명;
    상기 사용자 서명에 기초하여 상기 펄스들의 시퀀스를 생성하도록 동작가능한 펄스 인코더;
    상기 펄스들의 시퀀스를 광학적으로 송신하도록 동작가능한 송신기;
    상기 사용자 서명을 이용하여, 상기 펄스들의 시퀀스의 물체들로부터의 반사를 포함하는 복귀 신호를 디코딩하도록 동작가능한 펄스 디코더; 및
    상기 디코딩된 복귀 신호를 인증하도록 동작가능한 상관 계산
    을 포함하고,
    상기 사용자 서명의 비트 표현은 다른 LiDAR 시스템의 다른 사용자 서명의 비트 표현에 직교하는, 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 디코딩된 복귀 신호가 상기 광학적으로 송신된 펄스들의 시퀀스의 특성들과 매칭되는 경우, 상기 상관 계산은 상기 디코딩된 복귀 신호를 인증하는, 시스템.
  15. 제13항에 있어서, 상기 디코딩된 복귀 신호가 상기 광학적으로 송신된 펄스들의 시퀀스의 특성들과 매칭되지 않는 경우, 상기 시스템은 상기 디코딩된 복귀 신호를 무시하는, 시스템.
  16. 제13항에 있어서, 상기 사용자 서명은 Z-비트들로 표현되는, 시스템.
  17. 제13항에 있어서, 상기 사용자 서명에 기초하여, 상기 펄스들의 시퀀스들은 가변 펄스 진폭들, 펄스들 사이의 가변 시간 간격들, 및 각각의 펄스에 대한 고정 펄스 폭을 포함하는, 시스템.
  18. 제13항에 있어서, 다음 송신될 펄스들의 시퀀스에 대해, 상기 펄스 인코더는 상기 사용자 서명을 동적으로 변경하는, 시스템.
  19. 제13항에 있어서, LiDAR 시스템에 의해, 상기 펄스들의 시퀀스들에서의 펄스들 각각의 진폭들, 및/또는 상기 펄스들의 시퀀스들에서의 펄스들 각각 사이의 간격들, 및/또는 펄스들 각각의 펄스 폭들에 기초하여 상기 펄스들의 시퀀스에 대한 상기 사용자 서명을 생성하는 것을 더 포함하는, 시스템.
  20. 컴퓨터 프로그램 코드가 저장된 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체로서, 상기 컴퓨터 프로그램 코드는, 광 검출 및 레인징 시스템 상에 구현된 하나 이상의 프로세서에 의해 실행될 때, 상기 광 검출 및 레인징 시스템으로 하여금,
    사용자 서명에 기초하여 펄스들의 시퀀스를 인코딩하는 단계;
    상기 펄스들의 시퀀스들을 송신하는 단계;
    펄스들의 반사에 기초하여 다수의 복귀 신호를 수신하는 단계;
    상기 사용자 서명을 이용하여 상기 다수의 복귀 신호를 디코딩하는 단계; 및
    상관 계산을 통해 상기 디코딩된 다수의 복귀 신호를 인증하는 단계
    를 포함하는 방법을 수행하게 하는, 비일시적 컴퓨터 판독가능 저장 매체.
KR1020217011379A 2018-09-18 2019-08-14 펄스 인코딩으로 광 레인징 및 검출 시스템에서 복귀 신호 검출 개선 KR20210049940A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US16/134,780 US20200088844A1 (en) 2018-09-18 2018-09-18 Systems and methods for improving detection of a return signal in a light ranging and detection system with pulse encoding
US16/134,780 2018-09-18
PCT/US2019/046573 WO2020060699A1 (en) 2018-09-18 2019-08-14 Improving return signal detection in a light ranging and detection system with pulse encoding

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20210049940A true KR20210049940A (ko) 2021-05-06

Family

ID=69772166

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020217011379A KR20210049940A (ko) 2018-09-18 2019-08-14 펄스 인코딩으로 광 레인징 및 검출 시스템에서 복귀 신호 검출 개선

Country Status (9)

Country Link
US (1) US20200088844A1 (ko)
EP (1) EP3834011A4 (ko)
JP (1) JP2022501589A (ko)
KR (1) KR20210049940A (ko)
CN (1) CN113167893A (ko)
CA (1) CA3112526A1 (ko)
IL (1) IL281414A (ko)
MX (1) MX2021003066A (ko)
WO (1) WO2020060699A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11059478B2 (en) * 2018-10-10 2021-07-13 GM Global Technology Operations LLC System and method for autonomous control of a vehicle
CN114450604A (zh) * 2019-08-08 2022-05-06 神经推进系统股份有限公司 分布式孔径光学测距系统
US11782157B2 (en) 2020-08-21 2023-10-10 Guangzhou Woya Laideling Technology Co., Ltd. Range estimation for LiDAR systems
CN112612015A (zh) * 2020-12-08 2021-04-06 广东博智林机器人有限公司 一种激光雷达系统

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20080095121A1 (en) 2002-05-14 2008-04-24 Shattil Steve J Carrier interferometry networks
US7746450B2 (en) * 2007-08-28 2010-06-29 Science Applications International Corporation Full-field light detection and ranging imaging system
US7953524B1 (en) * 2008-02-29 2011-05-31 Rockwell Collins, Inc. Navigation through reception of a remote position fix via data link
US8605262B2 (en) * 2010-06-23 2013-12-10 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Time shifted PN codes for CW LiDAR, radar, and sonar
JP6021189B2 (ja) * 2011-02-21 2016-11-09 トランスロボティックス，インク． 距離および／または移動を感知するためのシステムおよび方法
KR20150009177A (ko) * 2013-07-16 2015-01-26 현대모비스 주식회사 라이다 센서 시스템
TW201525625A (zh) * 2013-08-23 2015-07-01 Sicpa Holding Sa 用於使用一石英振盪器驗證的方法及系統
WO2016008662A1 (en) * 2014-07-17 2016-01-21 Infibra Technologies S.R.L. Method and apparatus for measuring a distributed physical value of an optical device under test
US10627490B2 (en) * 2016-01-31 2020-04-21 Velodyne Lidar, Inc. Multiple pulse, LIDAR based 3-D imaging
US10690756B2 (en) 2016-05-10 2020-06-23 Texas Instruments Incorporated Methods and apparatus for LIDAR operation with pulse position modulation
CN110537124B (zh) * 2017-03-01 2021-12-07 奥斯特公司 用于lidar的准确光检测器测量

Also Published As

Publication number Publication date
EP3834011A4 (en) 2021-09-29
MX2021003066A (es) 2021-05-27
JP2022501589A (ja) 2022-01-06
EP3834011A1 (en) 2021-06-16
CA3112526A1 (en) 2020-03-26
WO2020060699A1 (en) 2020-03-26
CN113167893A (zh) 2021-07-23
IL281414A (en) 2021-04-29
US20200088844A1 (en) 2020-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11885916B2 (en) Systems and methods for improving detection of a return signal in a light ranging and detection system
KR20210049940A (ko) 펄스 인코딩으로 광 레인징 및 검출 시스템에서 복귀 신호 검출 개선
US11255728B2 (en) Systems and methods for efficient multi-return light detectors
US10732282B2 (en) Ambiguity compensation in time-of-flight ranging
CN112969934A (zh) 用于减轻光测距和检测系统中的光学串扰的系统和方法
US10775486B2 (en) Systems and methods for mitigating avalanche photodiode (APD) blinding
US11841466B2 (en) Systems and methods for detecting an electromagnetic signal in a constant interference environment
KR102664105B1 (ko) 광 거리측정 및 검출 시스템에서 귀환 신호의 검출을 개선하기 위한 시스템들 및 방법들
RU2787082C2 (ru) Системы и способы для улучшения обнаружения эхо-сигнала в оптической системе измерения дальности и обнаружения
CN207851282U (zh) 激光雷达

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination