KR20240004373A - 레이저 레이더 및 거리 측정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이저 레이더를 제공하는 바, 레이저 방출 장치, 제어 장치, 감지 장치 및 데이터 처리 장치를 포함하며, 여기서, 제어 장치는 타이밍 난수에 기초하여 트리거 신호를 생성하도록 구성되며; 레이저 방출 장치는 적어도 하나의 레이저 장치 및 레이저 장치에 결합된 드라이버를 포함하며, 드라이버는 트리거 신호에 따라 레이저 장치를 구동시켜 레이저 펄스 신호를 방출하도록 구성되며; 감지 장치는 레이저 펄스 신호가 목표물에 의해 반사된 에코 신호를 수신하고 에코 신호를 전기 신호로 전환하도록 구성되며; 데이터 처리 장치는 레이저 펄스 신호의 방출 시간 및 에코 신호의 수신 시간에 기초하여, 목표물의 거리 정보를 결정하도록 구성된다. 본 발명은 무작위 발광 방안을 사용하여 레이저 레이더를 간섭하는 간섭점이 공간적 상관성을 갖지 않도록 한 다음, 다중 펄스 코딩과 결합하여 다중 펄스 사이의 타이밍 및 진폭을 변조하고, 에코 코딩이 방출 펄스 시퀀스 코딩과 동일한지 여부를 판단하여 에코 신호를 식별하여, 간섭 방지 효과를 더욱 향상시킨다.

Description

레이저 레이더 및 거리 측정 방법

본 개시는 광전기 감지 분야에 관한 것으로서, 특히 레이저 레이더 및 거리 측정 방법에 관한 것이다.

레이저 레이더가 생성하는 포인트 클라우드에서, 간섭점은 항상 최대한 극복해야 하는 문제이다. 간섭점이 생성되는 것은 여러 가지 이유가 있고, 서로 다른 레이저 레이더 간의 누화가 간섭점을 생성하는 중요한 이유 중 하나이며, 특히 레이저 레이더가 자율주행 차량의 내비게이션에 널리 사용되는 경우, 레이저 레이더 간의 누화 문제가 특히 두드러진다. 레이저 레이더의 감지 빛은 자주 사용되는 몇 가지 파장에 집중되어 있으며, 다른 레이더가 방출하는 동일한 파장의 레이저 또는 에코를 쉽게 수신할 수 있고, 필터링 등 수단으로 필터링할 수 없다. 레이저 레이더의 거리 측정 원리는 방출 레이저 펄스의 비행 시간 (time of flight, TOF)에 기초하여 측정을 수행하므로, 레이저 레이더 각각이 수신된 레이저 펄스가 본 레이저 레이더가 방출한 것인지 여부를 판단할 수 없으면, 다른 레이저 레이더가 방출한 펄스 또는 에코를 수신할 때, 본 레이저 레이더의 에코 신호로 판단하여, 간섭점 내지는 테스트 결과 에러까지 초래할 수 있다.

배경기술 부분의 내용은 단지 출원인이 알고 있는 기술일 뿐이며, 당업계의 종래 기술을 대변하는 것은 아니다.

종래 기술의 적어도 하나의 결함을 감안하여, 본 발명은 레이저 레이더를 설계하여, 무작위 발광 방안을 사용하여 레이저 레이더를 간섭하는 간섭점이 공간적 상관성을 갖지 않도록 한 다음, 다중 펄스 코딩과 결합하여 다중 펄스 사이의 타이밍 및 진폭을 변조하고, 에코 코딩이 방출 펄스 시퀀스 코딩과 동일한지 여부를 판단하여 에코 신호를 식별하여, 간섭 방지 효과를 더욱 향상시킨다.

본 발명은 레이저 레이더를 제공하는 바, 레이저 방출 장치, 제어 장치, 감지 장치 및 데이터 처리 장치를 포함하며,

상기 제어 장치는 타이밍 난수에 기초하여 트리거 신호를 생성하도록 구성되며;

상기 레이저 방출 장치는 적어도 하나의 레이저 장치 및 상기 레이저 장치에 결합된 드라이버를 포함하며, 상기 드라이버는 상기 트리거 신호에 따라 상기 레이저 장치를 구동시켜 레이저 펄스 신호를 방출하도록 구성되며;

상기 감지 장치는 상기 레이저 펄스 신호가 목표물에 의해 반사된 에코 신호를 수신하고 상기 에코 신호를 전기 신호로 전환하도록 구성되며;

상기 데이터 처리 장치는 상기 레이저 펄스 신호의 방출 시간 및 상기 에코 신호의 수신 시간에 기초하여, 상기 목표물의 거리 정보를 결정하도록 구성된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 타이밍 난수를 생성하도록 구성된 난수 생성기를 더 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 난수 생성기에 결합되어 상기 타이밍 난수를 수신한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 데이터 처리 장치는 복수의 거리 정보들의 상관성을 계산하고, 상관성이 미리 설정된 값보다 낮은 거리 정보들을 간섭 신호로 필터링하도록 구성된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 레이저는 복수의 미리 설정된 발광 시각을 가지며, 상기 제어 장치는 상기 타이밍 난수에 따라 상기 복수의 미리 설정된 발광 시각으로부터 하나의 발광 시각을 선택하여 상기 구동 신호의 트리거 시각으로 하도록 구성된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 레이저는 하나의 미리 설정된 발광 시각을 가지며, 상기 제어 장치는 상기 타이밍 난수에 따라 상기 미리 설정된 발광 시각을 지연 또는 전진시켜 상기 구동 신호의 트리거 시각으로 하도록 구성된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 레이저 장치는 복수의 펄스를 방출하도록 구성되고, 상기 제어 장치는 상기 타이밍 난수에 따라 인접한 두 개의 펄스에 대응하는 트리거 신호 사이의 시간 간격을 조정하도록 구성된다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 레이저 방출 장치는 동일한 수의 복수의 레이저 장치 및 복수의 드라이버를 포함하고, 상기 레이저 레이더는 상기 레이저 장치와 동일한 수의 복수의 난수 생성기를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 레이저 방출 장치는 복수의 레이저 장치 및 상기 레이저 장치와 일대일로 결합된 복수의 드라이버를 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 복수의 드라이버와 결합되고, 상기 타이밍 난수는 복수의 레이저 장치의 발광 순서에 대응한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 레이저 방출 장치는 복수 그룹의 레이저 장치를 포함하며, 각 그룹의 레이저 장치는 복수의 레이저 장치 및 상기 레이저 장치와 일대일로 결합된 복수의 드라이버를 포함하고, 상기 레이저 레이더는 상기 복수 그룹의 레이저 장치에 대응하는 복수의 난수 생성기를 더 포함하며, 난수 생성기 각각이 생성하는 타이밍 난수는 이에 대응하는 한 그룹의 레이저 장치에 대응하는 발광 순서와 대응한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 제어 장치는 또한 상기 드라이버를 제어하여 상기 레이저 장치를 구동하여 다중 펄스 코딩을 갖는 레이저 펄스 시퀀스를 방출하도록 구성되며, 상기 다중 펄스 코딩은 타이밍 코딩, 진폭 코딩 및/또는 펄스 폭 코딩을 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 난수 생성기는,

미리 저장된 난수 테이블에서 무작위로 선택하는 것;

클럭 위상에 기초하여 생성하는 것;

시스템 온도에 기초하여 생성하는 것; 및

선형 피드백 시프트 레지스터를 통해 생성하는 것 중 하나 또는 복수의 방법으로 상기 타이밍 난수를 생성하는 의사 난수 생성기이다.

본 발명은 또한 거리 측정 방법을 제공하는 바, 상기 방법은,

S101: 타이밍 난수를 생성하는 단계;

S102: 상기 타이밍 난수에 기초하여, 레이저 방출 장치의 적어도 하나의 드라이버를 제어하여 결합된 레이저 장치를 구동하여 레이저 장치 펄스 신호를 방출하는 단계;

S103: 상기 레이저 펄스 신호가 목표물에 의해 반사된 에코 신호를 수신하는 단계; 및

S104: 상기 레이저 펄스 신호의 방출 시간 및 에코 신호의 수신 시간에 기초하여, 상기 목표물의 거리 정보를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 거리 정보들의 상관성을 계산하고, 상관성이 미리 설정된 값보다 낮은 거리 정보들을 간섭 신호로 판단하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 S102 단계는, 상기 타이밍 난수에 기초하여, 레이저 장치가 상기 레이저 장치 펄스 신호를 방출하는 방출 시간을 제어하며, 및/또는 인접한 레이저 펄스 사이의 시간 간격을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 S102 단계는, 상기 타이밍 난수에 기초하여 복수의 레이저 장치의 발광 순서를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 S102 단계는,

미리 저장된 난수 테이블에서 무작위로 선택하는 것;

클럭 위상에 기초하여 생성하는 것;

시스템 온도에 기초하여 생성하는 것; 및

선형 피드백 시프트 레지스터를 통해 생성하는 것을 통하여 타이밍 난수를 생성한다.

본 발명은 또한 레이저 레이더를 제공하는 바, 레이저 방출 장치, 제어 장치, 감지 장치 및 데이터 처리 장치를 포함하며,

상기 제어 장치는 타이밍 난수에 기초하여 트리거 신호를 생성하도록 구성되며;

상기 레이저 방출 장치는 적어도 하나의 레이저 장치 및 상기 레이저 장치에 결합된 드라이버를 포함하며, 상기 드라이버는 상기 트리거 신호에 따라 상기 레이저 장치를 구동시켜 레이저 펄스 신호를 방출하도록 구성되며;

상기 감지 장치는 상기 레이저 펄스 신호가 목표물에 의해 반사된 에코 신호를 수신하고 상기 에코 신호를 전기 신호로 전환하도록 구성되며;

상기 데이터 처리 장치는 상기 레이저 펄스 신호의 방출 시간 및 상기 에코 신호의 수신 시간에 기초하여, 상기 목표물의 거리 정보를 결정하도록 구성되며;

상기 레이저 펄스 신호는 다중 펄스 코딩을 갖는 레이저 펄스 시퀀스이고, 상기 다중 펄스 코딩은 타이밍 코딩, 진폭 코딩 및/또는 펄스 폭 코딩을 포함한다.

레이저 장치의 무작위 발광에 의해, 레이저 레이더를 간섭하는 간섭점은 공간적 상관성을 갖지 않아, 고립점으로 판단하여 필터링하여 간섭점을 줄일 수 있다. 나아가, 다중 펄스 코딩과 결합하여 다중 펄스 사이의 타이밍 간격, 진폭을 변조하고, 에코 코딩이 방출 펄스 시퀀스 코딩과 동일한지 여부를 판단하여 에코 신호를 식별하여, 간섭 방지 효과를 더욱 향상시킨다.

본 개시의 일부를 구성하는 도면은 본 개시를 더욱 잘 이해하기 위한 것으로서, 본 개시의 예시적 실시예 및 그 설명들은 본 개시를 설명하기 위한 것이며, 본 개시를 부적절하게 한정하는 것이 아니다. 도면에서,
도 1a는 비 무작위 발광의 정보점 3 차원 효과 도면을 도시한다.
도 1b는 비 무작위 발광의 정보점 2 차원 효과 도면을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예의 레이저 레이더의 모듈도를 도시한다.
도 3a는 무작위 발광의 정보점 3 차원 효과 도면을 도시한다.
도 3b는 무작위 발광의 정보점 2 차원 효과 도면을 도시한다.
도 4는 본 발명의 실시예 1의 발광 시각이 무작위인 타이밍 도면을 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시예 2의 발광 지연이 무작위인 타이밍 도면을 도시한다.
도 6a는 레이저 장치가 순차적으로 발광 시의 간섭 도면을 도시한다.
도 6b는 본 발명의 실시예 3의 발광 순서가 무작위인 간섭 도면을 도시한다.
도 7은 복수의 발광 장치가 배열된 도면을 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예 4의 레이저 레이더의 모듈도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 실시예 5의 레이저 레이더의 모듈도를 도시한다.
도 10은 본 발명의 실시예 6의 레이저 레이더의 모듈도를 도시한다.
도 11은 본 발명의 실시예 7의 발광 시각에 다중 펄스 코딩을 결합시킨 타이밍 도면을 도시한다.
도 12는 본 발명의 실시예 8의 발광 지연에 다중 펄스 코딩을 결합시킨 타이밍 도면을 도시한다.
도 13은 일 다중 펄스 코딩의 드라이버 구조도를 도시한다.
도 14는 일 다중 펄스 코딩의 스위칭 제어 신호와 스위치 트리거 신호의 타이밍 도면을 도시한다.
도 15는 다른 일 다중 펄스 코딩의 드라이버 구조도를 도시한다.
도 16은 본 발명의 일 거리 측정 방법의 흐름도이다.
도 17은 본 발명의 일 실시예의 레이저 레이더의 모듈도를 도시한다.

이하에서는 단지 일부 예시적인 실시예만을 간단하게 설명한다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않고 상술한 실시예들을 다양한 방식으로 수정할 수 있음을 자명할 것이다. 따라서, 첨부된 도면 및 설명은 본질적으로 예시적인 것이고, 한정적인 것이 아님을 알 수 있다.

본 발명의 설명에서, 이해해야 할 것은, "중심", "세로", "가로", "길이", "폭", "두께", "상", "하", "앞", "뒤", "좌", "우", "수직", "수평", "상부", "저부", "내", "외", "시계 방향", "역시계 방향" 등의 용어가 나타내는 방향 또는 위치 관계는 도면에 도시된 방향 또는 위치 관계에 기초하며, 단지 본 발명의 설명을 용이하게 하고 설명을 단순화하기 위한 것일 뿐, 언급되는 장치 또는 소자가 반드시 특정 방향을 가져야 하거나 특정 방향으로 구성 및 동작되어야 함을 나타내거나 암시하는 것이 아니므로, 본 발명을 제한하는 것으로 이해해서는 안 된다. 또한, "제1" 및 "제2"라는 용어는 설명의 목적으로만 사용될 뿐, 상대적 중요성을 나타내거나 암시, 또는 기술적 특징의 수를 암시적으로 지정하는 것으로 이해해서는 안 된다. 따라서, "제1", "제2"로 한정된 특징은 상기 특징 중의 하나 또는 그 이상을 명시적으로 또는 암시적으로 포함할 수 있다. 본 발명의 설명에서, "복수의"는 달리 명확하게 한정하지 않는 한, 둘 또는 그 이상을 의미한다.

본 발명의 설명에서, 설명해야 할 것은, 달리 명확하게 규정 및 한정하지 않은 한, "설치", "접속", "연결" 등 용어는 넓은 의미로 이해되어야 하는데, 예를 들면 고정 연결 또는 착탈 가능한 연결일 수도 있고, 기계적 연결, 전기적 연결 또는 상호 통신 가능한 연결과 같은 일체적인 연결일 수도 있으며, 직접 연결 또는 매개를 통한 간접 연결일 수도 있고, 두 요소 내의 연통 또는 두 요소의 상호작용 관계일 수도 있다. 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 구체적인 상황에 따라 상기 용어들의 본 발명에서의 구체적인 의미를 이해할 수 있다.

본 발명에서, 달리 명확하게 규정 및 한정하지 않은 한, 제1 특징이 제2 특징 "상" 또는 "하"에 위치하는 것은 제1 특징과 제2 특징이 직접적으로 접촉하는 것을 포함할 수도 있고, 제1 특징과 제2 특징이 직접적으로 접촉하지 않고 그 사이에 있는 다른 특징을 통해 접촉하는 것을 포함할 수도 있다. 또한, 제1 특징이 제2 특징 "상", "위" 및 "상부"에 위치하는 것은 제1 특징이 제2 특징의 바로 상부에 위치하는 것과 비스듬히 상부에 위치하는 것을 포함하거나, 또는 단순히 제1 특징의 수평 높이가 제2 특징보다 높음을 나타낼 수 있다. 제1 특징이 제2 특징 "하", "아래" 및 "하부"에 위치하는 것은 제1 특징이 제2 특징의 바로 하부에 위치하는 것과 비스듬히 하부에 위치하는 것을 포함하거나, 또는 단순히 제1 특징의 수평 높이가 제2 특징보다 낮음을 나타낼 수 있다.

이하, 본 발명의 서로 다른 구조를 구현하기 위해서는 다양한 실시형태 또는 예시를 제공한다. 본 발명의 개시를 단순화하기 위해, 이하에서는 특정 예시의 부재 및 설정에 대해 설명하기로 한다. 물론, 이들은 단지 예시일 뿐, 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다. 또한, 본 발명은 다양한 실시예에서 참조 숫자 및/또는 참조 문자를 반복할 수 있으며, 이러한 반복은 단순화 및 명확성을 위한 것일 뿐, 논의되는 다양한 실시형태 및/또는 설정 간의 관계를 지시하는 것이 아니다. 또한, 본 발명에서는 다양한 특정 공정 및 재료의 예시를 제공하였으나, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 다른 공정의 적용 및/또는 다른 재료의 사용을 구현할 수 있다.

다중 라인 레이저 레이더는 복수의 레이저 장치와 복수의 감지기를 포함하고, 복수의 레이저 장치는 지정된 방향(예를 들어, 레이저 레이더의 수직 방향)으로 배열될 수 있으며; 감지기와 레이저 장치는 대응 관계를 가지며, 하나의 레이저 장치가 감지 빛을 방출 한 후 이것과 대응하는 감지기가 광 신호를 수신하고, 감지기가 광 신호를 수신한 후, 대응하는 레이저 장치의 감지 빛 방출 시간과 감지기의 신호 수신 시간을 통해 광 비행 시간을 계산하고, 나아가 목표물의 거리 정보를 얻을 수 있다. 1 회 방출 및 수신이 완료된 후, 다음 레이저 장치가 감지 빛을 방출한다.

레이저 레이더는 작동 과정에 일정한 회전 속도로 축선을 따라 회전하고, 설정된 샘플링 주파수에 따라 일정 각도로 회전할 때마다 데이터 수집을 수행하여 회전 과정에서 레이더 주변의 정보를 수집하여 주변 환경에 대한 감지를 구현하고, 레이더가 한 바퀴 회전 한 후 얻은 모든 데이터 포인트가 한 프레임의 포인트 클라우드를 형성한다. 일반적인 기계식 회전 레이더를 예로 들면, 레이더의 수직 방향을 따라 복수의 감지기가 배열되고 서로 다른 감지기가 서로 다른 수직 각도의 에코 신호를 수신하므로, 서로 다른 감지기가 측정한 데이터 포인트는 감지기의 위치에 따라 그 대응되는 수직 각도를 알 수 있다. 레이더는 수평으로 360° 회전할 수 있고, 레이더가 어느 한 수평 각도로 회전하면 복수의 레이저 장치가 차례로 감지 빛을 방출하고, 감지기는 대응하는 레이저 장치가 감지 빛을 방출한 후 광 신호를 감지한다. 모든 감지기가 차례로 회전을 완료하면, 해당 수평 각도에서 레이더의 수직 시야각(Field of View, FOV)에 대응하는 감지 정보를 얻을 수 있다. 한 수평 각도에서 감지를 완료한 후, 레이더는 이미 다른 수평 각도로 회전하고, 또 한 번의 감지를 수행한다. 따라서 동일한 감지기의 인접한 2 회 신호 감지에 대응하는 수평 각도 차이는 레이더의 수평 각도 해상도로 표현할 수 있다.

실제 감지 시, 감지기가 수신하는 빛 신호에는 감지 빛이 목표물에 의해 반사된 에코 신호뿐만 아니라, 또한 간섭 신호, 특히 기타 레이저 레이더가 방출한 감지 빛 또는 반사 빛이 포함되어 간섭점을 형성할 수 있다. 간섭점은 간단히 단일 노이즈(고립점으로 간주할 수도 있음)과 복수 내지는 연속적인 복수의 노이즈의 두 가지 종류로 나눌 수 있다. 일반적으로 간섭점의 필터링 방법은 기타 레이저 레이더 또는 기타 간섭원의 신호가 생성한 간섭이 무작위적이고 우발적이라는 것, 즉 포인트 클라우드에서 공간적으로 고립점이라는 것에 기초하여 데이터 포인트와 기타 인접한 데이터 포인트의 상관성을 판단하여, 고립점을 식별하고 필터링하여 간섭점을 줄일 수 있다.

그러나 간섭점이 기타 레이저 레이더에서 유래되는 경우, 특히 기타 레이저 레이더도 복수의 레이저 장치와 감지기가 차례로 발광 및 감지를 수행하면, 본 레이저 레이더의 복수의 감지기가 모두 간섭 신호를 수신하고, 동일한 수평 각도에서 여러 간섭점이 감지되어 이러한 간섭점 간에 일정한 상관성이 존재하여, 상기 공간 고립점을 판단하는 방법으로는 필터링하기 어렵고, 나아가 포인트 클라우드에 노이즈가 형성된다.

도 1a 및 도 1b는 각각 비 무작위 발광의 정보점 2 차원 및 3 차원 효과 도면을 도시하고, 레이저 레이더가 일정 거리로 이격된 두 개의 평판형 목표물을 감지하여 얻은 데이터 포인트를 예시한 것으로서, 도 1a의 Y축은 레이저 레이더의 감지 수평 각도에 대응하고, Z축은 레이저 레이더의 감지 수직 각도에 대응하며, X축은 감지하여 얻은 목표물의 거리에 해당하고, 레이더는 레이저 장치 및 대응하는 감지기의 실시간 감지 각도와 목표물 거리 정보에 따라 도 1a에 도시된 3차원 포인트 클라우드를 획득할 수 있다. 도 1b는 도 1a의 X-Y 2차원 도면이다. 상기 비 무작위 발광은 레이저 레이더의 복수의 레이저 장치가 미리 설정된 시간 간격으로 순차적으로 감지 빛을 방출하는 것을 의미하며, 인접한 두 레이저 장치의 발광 사이의 시간 간격은 일반적으로 동일하다. 레이저 레이더가 움직이지 않는 경우, 레이저 레이더와 목표물 사이의 거리는 일정하며, 복수의 감지기가 복수의 수평 각도에서 측정한 복수의 데이터 포인트는 동일한 거리 값에 대응하며, 이는 포인트 클라우드 상에 규칙적으로 배열된 도트 매트릭스이다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 속이 빈 원은 감지 빛이 목표물에 의해 반사된 실제 에코에 의해 측정된 데이터 포인트(표시된 실제점)를 나타내고, 별 모양의 점은 간섭점을 나타낸다.

레이저 레이더의 거리 측정 방법을 분석하면, 레이더의 레이저 장치가 감지 빛을 방출하고, 일정 시간 내에 감지기를 활성화하여 에코 신호를 수신한다. 해당 일정 시간은 레이저 레이더의 미리 정해진 감지 거리에 따라 결정될 수 있으며, 예를 들어 레이저 레이더의 가장 먼 감지 거리가 200m인 경우, 레이저 장치가 감지 빛을 방출해서부터 시간을 체크하고 감지기를 활성화하며, (200m × 2/광속)의 시간(즉 감지 빛이 200m의 목표물까지 비행하고 반사되며, 에코 신호가 레이저 레이더에 도착하는 시간) 후 감지기를 비활성화시키며, 해당 회 감지를 종료한다. 상기 감지기 활성화 시간 내에, 노이즈 역치를 초과하는 빛 신호를 수신하기만 하면, 시스템은 이를 감지 빛이 목표물에 의해 반사된 에코로 판단하고, 에코 수신 시간에서 감지 빛 방출 시간을 빼서 얻은 비행 시간을 목표물 거리 계산에 이용한다. 감지기 활성화 시간 내에 노이즈 역치를 초과하는 간섭 신호를 수신하면, 역시 해당 간섭 신호의 수신 시간에 따라 하나의 목표물 거리 즉 간섭점을 산출한다.

본 레이저 레이더와 유사한 규칙성과 시간 간격으로 감지 빔을 방출하는 간섭 레이더가 존재하는 경우, 제1회 감지 시 제1 감지기 활성화 시간 내에 간섭 신호를 수신하고, 제1회 감지에서 하나의 간섭점이 생성된다. 제2회 감지 시, 제2 감지기 활성화 시간 내에 마찬가지로 간섭 레이더의 다음 회 감지 빛에 의한 간섭 신호를 수신하고, 제2 감지기의 감지에서도 하나의 간섭점을 생성하기 쉽다. 같은 이유로, 제1 감지기, 제2 감지기에 인접한 제3 감지기, 제4 감지기 등 복수의 감지기도 모두 간섭 레이더가 순차적으로 방출하는 감지 빛에 의한 간섭 신호를 수신하고, 복수의 감지기의 감지 결과에 모두 간섭점이 존재할 수 있다. 복수의 간섭점에 대응하는 거리는 간섭 레이더가 감지 빛을 방출하는 시간 간격과 상관되며, 본 레이저 레이더의 복수의 레이저 장치가 순차적으로 발광하는 시간 간격이 고정적이고, 간섭 레이더의 복수의 레이저 장치가 순차적으로 발광하는 시간 간격도 고정적이면, 간섭 신호의 수신 시간이 규칙적이고, 그로부터 산출된 목표물의 거리도 일정한 규칙성을 가지므로, 간섭점은 공간적 상관성을 가지게 된다.

도 1b를 결부시켜, 레이더가 어느 수평 각도(동일한 Y축 좌표에 대응함)에 있고, 도시된 5 개의 감지기는 모두 간섭 신호를 수신하여 동일한 수평 각도 및 수직 각도에 대응하는 연속 간섭점을 생성하며, 이러한 간섭점에 대응하는 거리 정보의 차이가 작고 서로 강한 공간적 상관성을 갖고 있어, 공간 고립점 판단 방법을 사용하여 식별할 수 없으며, 포인트 클라우드에 노이즈를 생성한다.

상기 분석에 기초하여, 본 발명은 무작위 발광 방안을 사용하여 레이저 레이더를 간섭하는 간섭점들의 공간적 상관성을 알고리즘에 의해 식별 가능한 수준으로 감소시키고, 나아가 이것을 간섭 신호로 하여 필터링할 수 있는 레이저 레이더를 설계하였다.

본 발명의 무작위 발광은, 레이저 장치 각각이 감지 빔을 방출하는 방출 시각을 무작위로 지터링하는 방식; 레이저 장치의 발광 순서를 복수의 레이저 장치들 중에서 무작위로 선택하는 바, 즉 설치 순서에 따라 첫 번째 레이저 장치부터 제N번째 레이저 장치까지 순차적으로 발광하는 것이 아니라, N개의 레이저 장치에서 하나를 무작위로 선택하여 발광하고, 다음에는 나머지 N-1개의 레이저 장치에서 하나의 레이저 장치를 무작위로 선택하여 발광하도록 하거나, 또는 N개의 레이저 장치에 무작위 순서를 설정하고, 해당 무작위 순서에 따라 대응하는 레이저 장치가 발광하게 하는 방식(N은 인접하여 설치된 레이저 장치의 수를 나타내는 정정수); 레이저 장치 각각이 방출하는 감지 빛이 복수의 펄스를 포함하고, 서로 다른 레이저 장치가 방출하는 감지 빛이 각각 포함하는 복수의 펄스 사이에 무작위의 시간 간격을 갖는 방식; 상기 몇 가지 무작위 방식의 두 가지 또는 더욱 다양한 결합 등 여러 가지 방식을 포함한다.

상기 비 무작위 발광 방안을 결부시켜, 본 발명의 무작위 발광 방안의 기술적 효과를 분석한다. 본 레이저 레이더의 복수의 감지기가 동일한 수의 간섭 신호를 수신한다고 가정하면, 간섭 레이더의 방출이 규칙성을 가지기 때문에, 비 무작위 발광에 비해 간섭 신호의 실제 수신 시간은 변하지 않지만, 본 레이저 레이더의 감지 빛 방출은 무작위성을 가지므로 인접한 두 감지기가 동시에 간섭 신호를 수신하지 않으며, 복수의 간섭점에 대응하는 수평 각도 및/또는 수직 각도가 서로 인접하지 않으며, 간섭점의 공간적 거리가 커지며; 인접한 두 개의 감지기가 동시에 간섭 신호를 수신하더라도, 본 레이저 레이더의 방출 시간이 무작위이기 때문에, 간섭 신호에 따라 계산되는 목표물의 거리도 무작위성을 가지며, 마찬가지로 간섭점의 공간적 거리를 증가시킬 수 있다. 따라서, 포인트 클라우드에서 간섭점이 나타나는 감지 각도 및/또는 간섭점에 대응하는 거리도 무작위성을 생성하여, 간섭점의 공간적 상관성을 줄이고 노출시켜, 공간 고립점 판단 알고리즘이 이를 식별한 다음 필터링 할 수 있게 한다.

아래 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하며, 여기서 설명되는 바람직한 실시예는 본 발명을 설명하고 해석하기 위한 것일 뿐 본 발명을 한정하기 위한 것이 아니다.

본 발명은 레이저 레이더(10)를 제공하는 바, 도 2에 도시된 바와 같이, 레이저 방출 장치(11), 제어 장치(12), 감지 장치(13) 및 데이터 처리 장치(14)를 포함한다.

레이저 방출 장치(11)는 레이저 펄스 신호를 방출하도록 구성된 레이저 장치(111) 및 이에 결합된 드라이버(112)를 포함한다. 레이저 방출 장치(11)는 적어도 하나의 레이저 장치(111)와 이에 대응하는 드라이버(112)를 포함하고, 도 2의 실시예에서, 레이저 방출 장치(11)가 하나의 레이저 장치(111), 하나의 드라이버(112) 및 하나의 난수 생성기(15)를 포함하는 실시예의 도면을 도시하며, 레이저 방출 장치(11)가 복수의 레이저 장치(111), 복수의 드라이버(112) 및 복수의 난수 생성기(15)를 포함하는 실시예는 이하에서 상세하게 설명할 것이다. 레이저 장치(111)는 예를 들어 레이저 다이오드(laser diode, LD), 에지 방출 레이저 장치(Edge-emitting laser, EEL) 또는 수직 캐비티 표면 방출 레이저 장치(Vertical-cavity surface-emitting laser, VCSEL) 등이 될 수 있다. 드라이버(112)는 예를 들어 스위치 및 전압 소스 또는 에너지 저장 장치를 포함할 수 있다. 제어 장치는 스위치에 트리거 신호를 전송하여 스위치가 턴온되게 하고, 전압 소스 또는 에너지 저장 장치가 레이저 장치에 대해 방전하여, 레이저 장치를 구동시켜 레이저 펄스를 방출하게 한다.

제어장치(12)는 드라이버(112)에 결합되고, 타이밍 난수에 기초하여 트리거 신호를 생성하도록 구성되며, 드라이버(112)는 제어장치(12)의 트리거 신호를 수신하고 결합된 레이저 장치(111)를 구동하여 레이저 펄스 신호(L)를 방출한다. 타이밍 난수는 무작위 정수 또는 무작위 부동 소수점 수로서, 시간 도메인 상의 숫자 또는 시간 값에 대응할 수 있으며, 제어장치(12)는 타이밍 난수에 기초하여 트리거 신호를 생성하고 드라이버(112)를 통해 레이저 장치(111)를 무작위로 빛을 방출하도록 제어하여 간섭을 줄인다. 레이저 방출 장치(11) 각각은 하나 또는 복수의 미리 설정된 방출 시간을 가질 수 있으며, 본 발명에서, 제어 장치(12)가 타이밍 난수에 따라 레이저 방출 장치(11)의 방출 시간을 무작위로 조정 또는 선택한다.

레이저 펄스 신호(L)는 목표물 상에서 확산 반사되고, 일부 에코 신호(L')가 레이저 레이더(10)로 리턴하며, 감지 장치(13)는 상기 레이저 펄스 신호(L)가 목표물에 의해 반사된 에코 신호(L')를 수신하고 상기 에코 신호(L')를 전기 신호로 전환하도록 구성된다. 상기 감지 장치(13)는 예를 들어 눈사태 광전 다이오드(Avalanche Photo Diode, APD), 단일 광자 눈사태 다이오드(single photon avalanche diode, SPAD) 또는 기타 유형의 광전 감지기를 포함하며, 에코 신호를 전류 신호, 전압 신호 또는 디지털 신호로 전환할 수 있다.

데이터 처리 장치(14)는 레이저 펄스 신호(L)의 방출 시간 및 에코 신호(L')의 수신 시간에 기초하여, 목표물의 거리 정보를 결정하도록 구성된다. 상기 데이터 처리 장치(14)는 예를 들어 감지 장치(13)에 결합되어, 상기 전기 신호에 기초하여 에코의 수신 시간을 계산할 수 있다. 상기 데이터 처리 장치(14)는 상기 제어 장치(12)에 결합되어, 상기 트리거 신호의 트리거 시각을 획득하여 레이저 펄스 신호의 방출 시간으로 한다. 추가적 또는 대안적으로, 상기 데이터 처리 장치(14)는 상기 레이저 방출 장치(11)에 결합되어, 더욱 정확한 레이저 펄스 신호의 방출 시간을 얻을 수 있으며, 이것들은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 있다. 상기 데이터 처리 장치(14)는 아날로그 - 디지털 컨버터(ADC), 시간 - 디지털 컨버터(TDC), 마이크로프로세서 중의 하나 또는 이상을 포함할 수 있다.

본 발명에서, 제어 장치 (12)는 레이저 방출 장치 (11)의 방출 시간을 무작위로 조정 또는 선택하고, 데이터 처리 장치는 해당 방출 시간을 획득할 수 있으며, 감지기의 에코 신호 수신 시간과 결합시켜 빛의 비행 시간을 계산하여, 목표물의 정확한 거리 정보를 얻을 수 있다. 간섭 신호의 방출 시간은 동일한 무작위성을 갖지 않으므로, 간섭 신호의 수신 시간과 본 레이저 레이더의 무작위 방출 시간 사이의 시간차가 무작위로 변경되어 복수의 간섭 신호의 시간차와 간섭점에 대응하는 거리 정보가 더 이상 공간적 상관성을 갖지 않게 하여 식별하기 쉽게 한다.

도 3a 및 도 3b는 각각 무작위 발광의 정보점 2 차원 및 3 차원 효과 도면을 도시하고, 마찬가지로, 레이저 레이더가 일정 거리로 이격된 두 개의 평판형 목표물을 감지하여 얻은 데이터 포인트를 예시한 것으로서, 도 3a의 Y축은 레이저 레이더의 감지 수평 각도에 대응하고, Z축은 레이저 레이더의 감지 수직 각도에 대응하며, X축은 감지하여 얻은 목표물의 거리에 해당하고, 레이저 레이더는 레이저 장치 및 대응하는 감지기의 실시간 감지 각도와 목표물 거리 정보에 따라 도 3a에 도시된 3차원 포인트 클라우드를 획득할 수 있다. 도 3b는 도 3a의 X-Y 2차원 도면이다. 무작위 발광의 방안을 사용한 후, 복수의 감지기가 수신한 간섭점은 공간적 상관성이 존재하지 않으며, 도 3a에 도시된 바와 같이, 무작위 발광의 레이저 레이더는 두 개의 평판형 목표물을 감지하여 일부 정보점을 여기서, 연결선 상의 속이 빈 원은 감지 빛이 목표물에 의해 반사된 실제 에코에 의해 측정된 데이터 포인트(표시된 실제점)를 나타내고, 별 모양의 점은 간섭점을 나타낸다. 레이저 레이더가 움직이지 않는 경우, 목표물 사이의 거리는 일정하며, 복수의 감지기가 복수의 수평 각도에서 측정한 복수의 데이터 포인트는 동일한 거리 값에 대응하며, 이는 포인트 클라우드 상에 규칙적으로 배열된 도트 매트릭스이고, 도면 중 실제점이 도시하는 바와 같이, 도 3b를 결부시켜, 레이더가 어느 수평 각도(동일한 Y축 좌표에 대응함)에 있고, 복수의 감지기가 모두 간섭 신호를 수신하며, 기타 레이저 레이더는 동일한 무작위 발광 정책을 채택하지 않기 때문에, 간섭점 계산으로 얻은 거리 값은 수평 각도 및 수직 각도에서 분산된 간섭점을 형성하고, 이러한 간섭점에 대응하는 거리 정보는 차이가 비교적 크고, 서로 사이에 공간적 상관성이 없으므로 공간적 고립점으로 식별되어 필터링될 수 있다. 이로부터 무작위 발광 방안을 사용하면, 레이저 레이더의 간섭점이 공간적 상관성을 갖지 않도록 하여, 계산을 통하여 식별하여 나아가 이를 간섭 신호로 하여 필터링할 수 있음을 알 수 있다.

계속하여 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 바람직한 실시예에 따르면, 레이저 레이더(10)는 타이밍 난수를 생성하도록 구성된 난수 생성기(15)를 더 포함하고, 제어 장치(12)는 난수 생성기(15)에 결합되어 상기 타이밍 난수를 수신한다. 난수 생성기(15)는, 1) 미리 저장된 한 그룹의 난수 테이블에서 무작위로 추출하는 테이블 룩업 방법; 2) 제어 장치(12)가 트리거 신호를 전송한 후, 난수 생성기(15)가 시스템 클럭의 위상을 샘플링하고, 클럭 위상을 시간 값으로 전환시켜 타이밍 난수로 하는 것; 3) 난수 생성기(15)가 시스템 온도를 판독하고, 온도 소수 비트를 난수 시드로 사용하여 타이밍 난수를 생성하는 것; 4) 선형 피드백 시프트 레지스터(Linear feedback shift register, LFSR)를 통해 난수 시퀀스를 생성하는 것 중 하나 또는 복수의 방법으로 상기 타이밍 난수를 생성하는 의사 난수 생성기이다. 당업자들은 여기에서는 생성 방법에 대하여 간단히 예를 들었지만, 다른 방법으로도 타이밍 난수를 생성할 수도 있으며, 모두 본 발명의 보호 범위 내에 있음을 이해할 수 있다.

또한, 도 2의 실시예에서, 제어 장치(12)와 난수 생성기(15)가 단독의 부재로 도시되어 있으나 본 발명은 이에 한정되지 않고, 제어 장치(12)에 난수 생성기(15)를 통합하거나, 난수 생성기(15)가 레이저 레이더(10)의 구성 부분이 아니고 레이저 레이더(10) 외부에 위치하는 것도 구상할 수 있으며, 이것들은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 있다.

더욱 나아가, 데이터 처리 장치(14)는 또한 복수의 데이터 포인트들의 상관성을 계산하고, 상관성이 미리 설정된 값보다 낮은 거리 정보들을 간섭 신호로 필터링하도록 구성된다. 이로부터 무작위 발광 방안을 사용하면, 레이저 레이더의 간섭점이 공간적 상관성을 갖지 않도록 하여, 간섭점과 실제점을 더 쉽게 구분할 수 있게 하는 것은 간섭을 감소시키는 첫 단계이고, 그 후 데이터 처리 장치(14)를 통해 계산 및 식별하여 이를 간섭 신호로 하여 필터링하여, 최종적으로 간섭을 줄일 수 있다. 상기 거리 정보의 상관성은 예를 들어 포인트 클라우드 중 각 점과 이웃 점과의 거리 또는 각 점과 복수의 이웃 점의 거리의 평균값을 포함한다. 본 발명에 따라 얻어진 레이저 레이더의 포인트 클라우드에서, 간섭원가 생성한 포인트는 일반적으로 인접한 포인트와 비교적 큰 거리에 있고 더 분산되어 있으므로, 거리 역치를 설정함으로써 간섭점의 수를 대부분 부분 제거하거나 감소시킬 수 있다.

위에서는 레이저 레이더(10)의 모듈을 설명하였으며, 이하 바람직한 실시예를 통해 무작위 발광 방안의 실시를 상세히 설명한다.

본 발명에서, 무작위 발광에 의한 간섭 방지의 원리는 레이저 레이더(10)의 데이터 처리 장치(14)가 레이저 장치(111)의 실제 발광 시각을 알 수 있고, 에코의 수신 시각에서 실제 발광 시각을 빼서 비행 시간(time of flight, TOF)을 얻을 수 있으며, 나아가 목표물의 거리 정보로 환산할 수 있고, 발광 시각 무작위 변화의 영향을 받지 않는다. 간섭원(기타 레이저 레이더)의 경우, 레이저 펄스 방출 시간이 결정된 시간 값 또는 지연 없이 고정된 방출 간격이거나, 레이저 레이더(10)가 사용하는 지연의 무작위성이 간섭원과 다르기 때문에, 간섭원이 방출한 레이저 펄스 또는 간섭원의 레이저 펄스가 동일한 목표물에 의해 반사된 에코가 레이저 레이더(10)의 감지 장치(13)에 의해 수신된 후, 대응하는 방출 시간을 빼서 비행 시간(tof)을 구하고, 나아가 환산하여 얻은 거리 정보는 공간 상에서 상관성을 갖지 않으므로, 간섭원으로 간주되어 필터링할 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예 1의 발광 시각이 무작위인 타이밍 도면을 도시한다. 레이저 방출 장치(11)의 레이저 장치에 대해서는, 상기 제어 장치(12)에 예를 들어 도 4에 도시된 바와 같은 복수의 미리 설정된 발광 시각 t1, t2, ……, tn과 같은 복수의 발광 시각을 저장할 수 있고, 상기 제어 장치(12)는 난수 생성기(15)로부터 타이밍 난수를 수신한 후, 해당 타이밍 난수에 따라 상기 복수의 미리 설정된 발광 시각 t1, t2, ……, tn에서 하나의 발광 시각 tx를 선택하여 해당 레이저 장치의 발광 시각으로 하며, 제어 장치(12)는 발광 시각 tx에서 트리거 신호를 방출하고, 드라이버(112)는 트리거 신호를 수신하여 이에 결합된 레이저 장치(111)를 구동하여 레이저 펄스 신호를 방출한다. 레이저 장치(111)의 경우, 하나의 레이저 펄스를 방출하는 시각은 무작위성을 가지며, 간섭원(기타 레이저 레이더)은 레이저 펄스를 방출하는 시간이 결정된 시간 값이기 때문에, 감지 장치(13)가 두 개의 펄스 신호를 수신한 후, 간섭 신호가 발생하는 간섭점을 쉽게 식별할 수 있어 간섭을 줄일 수 있다. 바람직하게는, 상기 타이밍 난수는 1 - n 사이의 정수이다. 대안적으로, 난수 생성기(15)에 복수의 미리 설정된 발광 시각 t1, t2, ……, tn을 저장하고, 난수 생성기가 1 - n 사이의 무작위 정수 x를 생성한 후, 미리 설정된 발광 시각 tx를 선택하여 제어 장치(12)로 출력한다.

대안적으로, 상기 난수 생성기(15)가 출력하는 타이밍 난수는 구체적인 시간 값이다. 레이저 장치(111) 각각의 경우, 발광 시각이 0과 tmax 사이에서 변화하고, 난수 생성기(15)는 0과 tmax 사이의 무작위 부동 소수점 수를 생성하여 해당 타이밍 난수로 할 수 있도록 구성된다. 제어 장치(12)는 해당 무작위 부동 소수점 수를 수신한 후, 해당 무작위 부동 소수점 수에 대응하는 시각에 트리거 신호를 발생시켜 레이저 장치(111)를 구동하여 레이저 펄스 신호를 방출한다.

나아가, tmax는 하나의 레이저 장치 발광/감지기 활성화 수신에 대응하는 1 회 감지의 가장 긴 시간 간격에 따라 결정된다. 예를 들어, 가장 먼 감지 거리 200m에 대응하는 비행 시간은 1.33μs이고, 인접한 2 회 감지에 1.5μs의 시간 간격이 할당된다고 가정하면, 다음 회 감지가 정상적으로 진행되도록 하기 위해 tmax는 0.17μs를 넘지 않아야 한다. 인접한 2 회 감지의 시간 간격은 레이저 레이더의 프레임 주파수, 회전 속도, 라인 수 또는 해상도에 따라 할당할 수 있다.

또한, 도 4는 단일 펄스 신호만 도시하는 바, 즉 하나의 감지 빛은 단지 하나의 펄스만 포함하며; 당업자들은 레이저 장치가 방출하는 레이저 펄스 신호가 다중 펄스, 즉 감지 빔에 복수의 펄스가 포함될 수 있는 것을 쉽게 이해할 것이다. 도 4에 도시된 복수의 미리 설정된 발광 시각 t1, t2, ……, tn은 레이저 장치 각각이 방출하는 첫 번째 펄스의 발광 시각이다.

도 5는 본 발명의 실시예 2의 발광 지연이 무작위인 타이밍 도면을 도시하는 바, 레이저 방출 장치(11)의 레이저 장치의 경우, 매 회 레이저 감지 펄스 방출은 모두 하나의 미리 설정된 발광 시각을 갖는다. 본 발명에서, 난수 생성기(15)는 무작위 발광 지연 τ를 생성하고, 제어 장치(12)는 τ를 레이저 장치의 발광 시각의 지연으로 하여 레이저 장치의 실제 발광 시각을 변경한다. 도 5에 도시된 실시예에서, 레이저 장치가 매 회 비행 시간 측정을 수행할 때, 예를 들어 두 개의 감지 펄스가 방출되고, 레이저 장치(111-1)를 예를 들면, 두 개의 감지 펄스는 p1 및 p1'이고, 감지 펄스 p1 및 p1'의 미리 설정된 발광 시각은 각각 t1 및 t1'이며, 도 5의 레이저 장치(111-1)의 방출 파형도에서 실선으로 표시된 감지 펄스에 의해 도시된 바와 같다. 감지 펄스 p1의 경우, 제어 장치(12)는 난수 생성기(15)가 생성한 무작위 발광 지연 τ1에 따라 발광 시각 t1을 지연시키고, 도면에 도시된 지연 τ1은 음의 값이며, 따라서 실제로 발광 시각 t1을 전진시키며; 마찬가지로 제어 장치(12)는 난수 생성기(15)가 생성한 무작위 발광 지연 τ1'에 따라 발광 시각 t1'를 지연시킬 때, 도면에 도시된 지연 τ1'는 양의 값이며, 따라서 실제로 발광 시각 t1'를 지연시킨다. 레이저 장치(111-1)의 경우, 2 회 감지 펄스의 발광 시각은 각각 다르게 전진 및 지연되며, 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 1 회 비행 시간 측정에서 동일한 레이저 장치는 복수의 감지 펄스의 지연도 같을 수 있는 바, 동일한 플러스 및 마이너스 부호를 가지며, 동일한 절대값을 가질 수 있다.

추가적 또는 대안적으로, 제어장치(12)는 n 개의 상이한 지연량 τ1, τ2, ......, τn을 미리 저장할 수 있는 바, 여기서 양수 또는 음수의 상이한 지연량을 포함하고, 난수 생성기(15)는 1-n 범위 내의 무작위 정수 x를 생성하여 제어 장치로 출력하고, 제어 장치가 상기 무작위 정수 x에 따라 지연량 τx를 선택하며, 미리 설정된 발광 시각에 지연 τ1을 더한 후 트리거 신호를 방출하면, 대응하는 드라이버(112)가 트리거 신호를 수신하고, 레이저 장치(111-1)를 구동하여 레이저 펄스 신호를 방출시킴으로써, 무작위 발광 지연 방안을 통해 발광 시각의 무작위성을 구현할 수 있다. 더욱 나아가, 레이저 방출 장치(11)는 레이저 장치(111-1), 레이저 장치(111-2), 레이저 장치(111-3) ...... 레이저 장치(111-n) 등 복수의 레이저 장치(111)를 포함하며, 여기서 레이저 장치(111) 각각은 미리 설정된 발광 시각을 갖는다. 난수 생성기(15)는 무작위 발광 지연 τ 또는 무작위 정수 x를 생성하고, 제어 장치(12)는 이에 따라 레이저 장치(111) 각각의 발광 시각의 지연을 결정한다. 레이저 장치(111-1)에 대응하여, 제어 장치(12)는 미리 설정된 발광 시각에 지연 τ1을 더한 후 트리거 신호를 방출하고, 대응하는 드라이버(112)는 트리거 신호를 수신하여 이에 결합된 레이저 장치(111-1)를 구동하여 레이저 펄스 신호를 방출하며; 레이저 장치(111-2)에 대응하여, 제어 장치(12)는 미리 설정된 발광 시각에 지연 τ2를 더한 후 트리거 신호를 방출하고, 대응하는 드라이버(112)가 트리거 신호를 수신하여 이에 결합된 레이저 장치(111-2)를 구동하여 레이저 펄스 신호를 방출하며; 레이저 장치(111-3)에 대응하여, 제어 장치(12)는 미리 설정된 발광 시각에 지연 τ3을 더한 후 트리거 신호를 방출하고, 대응하는 드라이버(112)가 트리거 신호를 수신하여 이에 결합된 레이저 장치(111-3)를 구동하여 레이저 펄스 신호를 방출하며; 순차적으로 유추된다. 레이저 장치 각각의 다음 비행 시간 측정에 대해, 상기 조작을 반복한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 실선 펄스는 미리 설정된 발광 시각이고, 레이저 장치 각각의 실제 발광 시각이 무작위성을 갖도록 미리 설정된 발광 시각에 지연 τ를 더한다. τ의 값은 양수 또는 음수일 수 있는데, 예를 들어 양의 값은 실제 발광 시각이 미리 설정된 발광 시각에 비해 지연된다는 것을 나타내고, 도 5의 레이저 장치(111-3)와 레이저 장치(111-n)의 제1 레이저 펄스에 도시된 바와 같이, 점선 펄스가 표시하는 실제 발광 시각이 실선으로 표시하는 미리 설정된 발광 시각보다 늦으며; 음의 값은 실제 발광 시각이 미리 설정된 발광 시각에 비해 전진된다는 것을 나타내고, 도 5의 레이저 장치(111-1)와 레이저 장치(111-2)의 제1 레이저 펄스에 도시된 바와 같이, 점선 펄스가 표시하는 실제 발광 시각이 실선으로 표시하는 미리 설정된 발광 시각보다 전진된다.

나아가, 지연 τ는 간섭점들의 공간적 상관성을 감소시키며, 해당 지연 τ의 값(절대값)이 클수록 간섭점들의 공간적 상관성이 낮아지는 것을 예상할 수 있다. 고립점 판단 알고리즘에서, 포인트 클라우드 중 각 점과 이웃 점 사이의 거리 또는 각 점과 복수의 이웃 점 사이의 거리의 평균값을 계산하여 상관성 거리 역치를 설정하고, 만일 어느 한 점과 이웃 점 사이의 거리가 역치보다 크면, 해당 점을 간섭점으로 판단하여 필터링할 수 있다. 따라서, 상관성 거리 역치는 실제 데이터 포인트의 거리보다 크고 간섭점의 가능한 거리보다 작아야 하며, 지연 τ의 가능한 값 범위 내에서 τ의 값이 클수록 간섭점의 공간 거리가 더 크고, 상응하게 상관성 거리 역치가 따라서 증가할 수 있다.

도 5에서, 레이저 장치 각각은 매 회 비행 시간 측정에서 두 개의 감지 펄스를 방출하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 하나의 감지 펄스를 방출하거나, 또는 세 개 또는 이상 수의 감지 펄스를 방출할 수 있으며, 이것들은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 있다.

제어 장치(12)는 타이밍 난수에 따라 감지 펄스 각각의 방출 시각을 조절할 수 있는 외, 또한 하나의 감지 빛에서 이중 펄스 사이의 시간 간격을 직접 조절할 수 있으며, 여기서는 상세한 설명을 생략하도록 한다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 제어 장치(12)는 상기 타이밍 난수에 따라 복수의 레이저 장치의 발광 순서를 조정한다. 도 6을 참조하여 이하에서 상세히 설명한다.

도 6a는 레이저 장치가 순차적으로 발광 시의 간섭 도면을 도시하는 바, 도면 중의 레이저 장치(10)가 감지를 수행 중이고, 옆에 간섭원으로서 레이저 레이더(10')가 존재한다. 설명의 편리를 위해, 감지 시야는 2 차원 그리드로 구분되며, 여기서 사각형 각각은 하나의 하위 시야를 나타내고, 그리드의 가로 행 및 세로 열은 모두 복수의 하위 시야를 포함한다. 예를 들어, 레이저 방출 장치(11)는 일열 5 개의 레이저 장치(111)를 포함하고, 감지 장치(13)는 5 개의 레이저 장치(111)와 대응되게 구비되는 일열 5 개의 감지를 포함하며, 5개의 레이저 장치(111)는 미리 정해진 발광 순서를 가지며, 이에 대응하는 감지기는 순차적으로 감지를 수행한다. 레이저 레이더(10)가 거리 측정을 수행할 때, 동일한 열의 복수의 레이저 장치(111)는 도 6a의 1-2-3-4-5 순서와 같이 순차적으로 발광하고, 이에 대응하는 감지기는 순차적으로 수신한다. 만일 간섭원 레이저 레이더(10')이 존재하여 a-b-c-d-e의 순서로 감지 빛을 방출하고, 레이저 레이더(10)와 레이저 레이더(10')가 시야를 감지하는 순서가 동일하면, 도 6a에 도시된 바와 같이, 레이저 레이더(10')가 방출하는 감지 빛에 의해 발생하는 에코가 레이저 레이더(10)의 감지기에 동일한 순서로 수신되어, 복수의 간섭점과 레이저 레이더(10)의 감지기에 의해 측정되는 실제점 사이에 공간적 상관성이 존재하여 필터링되기 어려울 수 있다.

도 6b는 본 발명의 실시예 3의 발광 순서가 무작위인 간섭 도면을 도시하는 바, 레이저 레이더(10)가 거리 측정 상태일 때, 동일한 열의 복수의 레이저 장치(111)가 3-5-1-2-4의 순서로 발광하고, 이에 대응하는 감지기가 3-5-1-2-4의 순서로 수신한다. 만일 간섭원 레이저 레이더(10')가 존재하고, 도 6b에 도시된 바와 같이 a-b-c-d-e의 순서로 방출되는 감지 빛 또는 어느 한 목표물이 발생하는 반사광이 다른 순서로 감지기(131)에 수신될 수 있으며, 감지기(131)가 측정한 복수의 간섭점 사이에는 공간적 상관성이 존재하지 않아 쉽게 필터링될 수 있다.

따라서, n 개 레이저 장치의 경우, 난수 생성기(15)는 한 번에 하나씩 난수 시퀀스를 생성할 수 있고, 제어 장치(12)는 그 후 해당 무작위 정수 시퀀스에 따라 n 개 레이저 장치를 제어하여 감지 펄스를 방출할 수 있다.

무작위 발광 순서, 즉 복수의 레이저 장치가 무작위 순서로 발광하는 것은 발광 시각에 더 큰 지연을 적용하는 것과 같다. 예를 들어, 1-2-3-4-5의 순서로 발광하는 간섭원에 있어서, 본 레이저 레이더는 3-5-1-2-4의 순서로 발광하고, 각 감지기에서 모두 간섭 신호를 수신하더라도 본 레이저 레이더의 제5번째 감지기는 간섭원으로부터 제2회 발광에 의해 생성된 간섭 신호를 수신하고, 제4번째 감지기는 간섭원으로부터 제5회 발광에 의해 생성된 간섭 신호를 수신하며, 간섭원에서 제2회와 제5회 발광의 시간 간격이 아주 크면, 인접한 제4회 감지기와 5번째 감지기가 간섭 신호를 수신함으로 인한 두 간섭점에 대응하는 거리도 차이가 아주 커, 역시 공간적 고립점으로 노출되기 쉽다.

요약하면, 무작위 발광 방안은 발광 시각 무작위, 발광 지연 무작위, 발광 순서 무작위 및 발광 간격 무작위 네 가지를 포함하고, 4 가지 방안을 조합하여 사용할 수 있으며, 예를 들어 발광 순서 무작위와 발광 시각 무작위를 결합하면 간섭점의 공간적 상관성을 더욱 감소시킬 수 있다. 당업자들은 위에서는 바람직한 실시예를 통해 무작위 발광 방안을 설명하였으며, 타이밍 난수에 따라 레이저 장치의 발광 시각을 제어하는 한, 모두 본 발명의 보호 범위 내에 있음을 이해할 것이다.

계속하여 실시예 4, 5, 6을 통하여 무작위 발광 방안을 구현하는 레이저 레이더의 모듈 구성에 대하여 설명하도록 한다.

도 7은 복수의 발광 장치가 배열된 도면을 도시하며, 레이저 방출 장치(11)는 복수의 레이저 장치(111)를 포함하고, 도 7의 원형 점으로 도시된 바와 같이, 복수의 레이저 장치(111)는 하나 또는 복수의 회로 기판에 고정되고, 회로 기판에 장착된 레이저 장치의 수 및 회로 기판의 위치에 의해 상이한 선 밀도의 분포를 구현한다. 본 발명의 상기 무작위 발광 방안은 각 열의 레이저 장치에 대하여 독립적으로 제어할 수 있으며; 또한 모든 레이저 장치를 전체로 볼 수 있으며, 레이저 장치 각각의 발광 시각을 다른 레이저 장치에 대해 모두 무작위이다.

도 8은 본 발명의 실시예 4의 레이저 레이더의 모듈도를 도시하는 바, 레이저 장치(11)는 복수의 레이저 장치(111-1, 111-2, ..., 111-n) 및 레이저 장치 수와 동일하고 일대일로 대응하여 결합된 드라이버(112-1, 112-2, ..., 112-n)를 포함하고, 또한 레이저 장치(10)는 레이저 장치(111) 수와 동일하고 일대일로 대응하여 결합된 난수 생성기(15-1, 15-2, ..., 15-n)를 포함한다. 레이저 레이더(10)의 거리 측정 상태에서, 제어 장치(12)는 하나의 난수 생성기(15)가 생성하는 타이밍 난수에 기초하여 하나의 트리거 신호를 생성하고, 이에 대응하는 드라이버(112)는 트리거 신호에 따라 결합된 레이저 장치(111)를 구동하여 레이저 펄스 신호를 방출하며, 순차적으로 유추하여, 최종적으로 난수 생성기(15) 각각에 대응하는 하나의 드라이버와 하나의 레이저 장치는 발광 시각 무작위, 발광 지연 무작위 및 발광 간격 무작위를 구현할 수 있다. 나아가, 제어 장치(12)는 또한 복수의 타이밍 난수에 기초하여 복수의 트리거 신호의 순서를 제어한 다음, 대응하는 레이저 장치(111)가 결합된 드라이버(112)를 구동하여 무작위 순서에 따라 발광하여, 발광 순서 무작위의 방안을 구현할 수 있다. 더욱 간섭을 줄이기 위해, 복수의 무작위 발광 방안을 조합하여 사용할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예 5의 레이저 레이더의 모듈도를 도시하는 바, 레이저 장치(11)는 복수의 레이저 장치(111-1, 111-2, ..., 111-n) 및 레이저 장치 수와 동일하고 일대일로 대응하여 결합된 드라이버(112-1, 112-2, ..., 112-n)를 포함하고, 또한 레이저 장치(10)는 하나의 난수 생성기를 포함한다. 레이저 레이더(10)의 거리 측정 상태에서, 제어 장치(12)는 난수 생성기(15)가 생성하는 복수의 타이밍 난수에 기초하여 복수의 트리거 신호를 생성하고, 복수의 드라이버(112)는 대응하는 트리거 신호에 따라 결합된 레이저 장치(111)를 구동하여 레이저 펄스 신호를 방출하여, 발광 시각 무작위, 발광 지연 무작위, 발광 간격 무작위 및 발광 순서 무작위 네 가지 방안 중의 어느 하나 또는 상호 조합된 방안을 구현할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예 6의 레이저 레이더의 모듈도를 도시하는 바, 레이저 방출 장치(11)는 복수의 레이저 장치(111), 레이저 장치(111) 수와 동일하고 일대일로 대응하여 결합된 드라이버(112)를 포함하고, 복수의 레이저 장치(111)와 드라이버(112)를 그룹핑하는 바, 예를 들어 도 7에 도시된 바와 같이 일렬의 레이저 장치(111)와 대응하는 드라이버(112)를 한 그룹으로 구분하고(도 7에서 점선 박스로 표시된 것이 한 그룹), 도 10에 도시된 제1 그룹, ..., 제n 그룹에서, 각 그룹 내 레이저 장치(111)가 측정한 정보점의 상관성이 높아, 각 그룹의 레이저 장치를 개별적으로 독립적으로 제어할 수 있다. 레이저 레이더(10)는 그룹 수와 대응하는 복수의 난수 생성기(15)를 포함하고,난수 생성기(15) 각각이 생성하는 타이밍 난수는 한 그룹의 레이저 장치(111) 및 드라이버(112)에 대응되어, 발광 시각 무작위, 발광 지연 무작위, 발광 간격 무작위 및 발광 순서 무작위 네 가지 방안 중의 어느 하나 또는 상호 조합된 방안을 구현할 수 있다.

위에서는 6 가지 바람직한 실시예를 통하여 무작위 발광 방안을 설명하였는 바, 레이저 레이더를 간섭하는 간섭점이 공간적 상관성이 없도록 하여, 쉽게 간섭 신호를 구별하고 필터링 할 수 있다. 간섭 방지 효과를 더욱 향상시키기 위해, 무작위 발광 방안과 다중 펄스 코드 방안을 결합시켜, 에코 신호의 코딩이 방출 펄스 시퀀스 코딩과 동일한지 여부를 판단하여 에코 신호를 식별할 수도 있다.

계속하여 실시예 7 및 8을 통하여 무작위 발광 방안 및 다중 펄스 코딩 방안을 설명하도록 한다.

본 발명의 일 바람직한 실시예에 따르면, 제어 장치(12)는 또한 드라이버(112)를 제어하여 결합된 레이저 장치(111)를 구동하여 다중 펄스 코딩을 갖는 레이저 펄스 시퀀스를 방출하도록 구성되며, 상기 다중 펄스 코딩은 타이밍 코딩, 진폭 코딩 및/또는 펄스 폭 코딩을 포함한다.

구체적으로, 레이저 장치(111)가 발사하는 감지 빛은 N 개의 펄스의 펄스 시퀀스를 포함하며, N 은 2≥정수, 즉 다중 펄스이다.

도 11은 본 발명의 실시예 7의 발광 시각에 다중 펄스 코딩을 결합시킨 타이밍 도면을 도시하는 바, N=2 즉 이중 펄스를 예로 들면, 레이저 장치(111-1)의 경우, 난수 생성기(15)는 두 개의 타이밍 난수인 t11 및 t12를 생성하며, 여기서 t11은 제1 펄스의 무작위 발광 시각이고, t12는 제2 펄스의 무작위 발광 시각이다. t11 및 t12는 모두 난수이며, 따라서 이중 펄스의 타이밍 간격 t12 - t11도 무작위성을 갖는다. 마찬가지 이치로, 레이저 장치(111-2)의 두 개의 펄스 발광 시각 t21, t22 ...... 레이저 장치(111-n)의 두 펄스 발광 시각 tn1, tn2이 모두 난수이면, 이중 펄스의 타이밍 간격은 t12-t11 ≠ t22-t21 ≠ t32-t31 ≠... ...≠tn2-tn1이다. N>2 인 경우, 레이저 펄스 시퀀스에는 제1 펄스, 제2 펄스, ......, 제N 펄스와 같은 복수의 레이저 펄스가 포함되며, 복수의 레이저 펄스의 발광 시각은 모두 타이밍 난수에 기초하여, 복수의 펄스 리딩 에지의 타이밍 간격이 무작위되도록 한다. 마찬가지로, 발광 간격 무작위 방안을 사용하여 복수의 펄스의 타이밍 간격을 직접 설정할 수 있으며, 동일한 무작위 효과를 얻을 수 있다. 발광 시각 무작위 방안만 사용하는 것과의 차별점은 데이터 처리 장치(14)가 타이밍 코딩에 따라 에코 신호를 식별할 수 있다.

도 12는 본 발명의 실시예 8의 발광 지연에 다중 펄스 코딩을 결합시킨 타이밍 도면을 도시하는 바, 고정 발광 간격에 무작위 이벤트 지터가 결합된 방식을 사용하며, 이중 펄스를 예로 들면,레이저 장치(111) 각각에 대해 고정적인 두 개 펄스의 발광 시각을 설정하고, 두 개 발광 시각에 모두 무작위 지연 τ를 추가하여, 제1 펄스의 펄스 리딩 에지가 무작위되도록 하는 바, 즉 발광 시각이 무작위되도록 하며; 제2 펄스 및 제1 펄스의 리딩 에지 간격도 무작위되는 바, 즉 펄스 타이밍 간격 코딩이다. 이는 다중 펄스 코딩의 다른 일 타이밍 코딩의 구현 방안이며, 데이터 처리 장치(14)는 타이밍 코딩에 따라 에코 신호를 식별할 수 있다.

상기 코딩은 타이밍에서 간격을 갖는 레이저 펄스 시퀀스이며, 타이밍 코딩이라 칭할 수 있다. 또한 타이밍 상에서 펄스 세기 변조를 거친 펄스 시퀀스일 수도 있고, 진폭 코딩이라 칭할 수 있거나, 또는 두 가지 코딩 방식의 결합, 즉 타이밍에서 간격을 갖고 펄스 세기 변조를 거친 펄스 시퀀스이다. 또한, 타이밍 난수에 기초하여 펄스 폭을 변경하여, 펄스 폭 코딩을 구현할 수 있다. 이러한 세 가지 유형의 코딩을 조합하면 다중 펄스의 타이밍 간격, 펄스 각각의 폭 및 펄스 각각의 진폭을 무작위화할 수 있으며, 데이터 처리 장치(14)는 에코 신호를 보다 쉽게 식별할 수 있다. 구체적으로, 다중 펄스 코딩을 사용하는 레이저 방출 장치(11)는 방출한 펄스 코딩을 제1 코딩으로 하고, 감지 장치(13)가 에코를 수신한 후, 데이터 처리 장치(14)는 에코 펄스 시퀀스의 제2 코딩을 획득하고, 제2 코딩이 제1 코딩과 동일한지 여부를 판단하며, 제2 코딩이 제1 코딩과 동일한 경우, 에코를 코딩된 펄스 시퀀스의 에코 신호로 한다. 전송된 펄스 코딩이 무작위성을 갖기 때문에, 에코 펄스 식별 및 간섭 필터링이 쉬워져 간섭 방지 효과를 향상시킨다.

다중 펄스 코딩에서의 진폭 코딩과 펄스 폭 코딩은 아래에서 자세히 설명한 것처럼 주로 드라이버에 기초하여 구현한다.

도 13은 일 다중 펄스 코딩의 드라이버 구조도를 도시하는 바, 드라이버는 복수의 충전 유닛과 에너지 저장 장치를 포함하며, 충전 유닛은 스위치 트리거 신호(TRIGGER)가 스위치를 턴오프하도록 제어할 때, 스위칭 제어 신호(GAtE1, GAtE2, ..., GAtEN)의 제어 하에 순차적으로 에너지 저장 장치에 대하여 충전 동작을 수행한다. 충전 후, 스위치 트리거 신호(TRIGGER)가 스위치를 턴온되도록 제어하고, 에너지 저장 장치가 방전을 시작하여 레이저 장치가 레이저 펄스를 방출하게 한다.

도 14는 일 다중 펄스 코딩의 스위칭 제어 신호와 스위치 트리거 신호의 타이밍 도면을 도시하는 바, 스위칭 제어 신호(GAtE1, GAtE2, ..., GAtEN)가 종료될 때 스위치 트리거 신호(tRIGGER)를 트리거하며, 예를 들어 도 14에 도시된 스위칭 제어 신호(GAtE1, GAtE2, ..., GAtEN)의 타이밍 하강 에지가 스위치 트리거 신호(tRIGGER)의 하강 에지를 트리거하며; 스위치 트리거 신호(tRIGGER)의 종료가 타이밍 신호의 상승 에지인 경우, 해당 상승 에지를 스위칭 제어 신호의 트리거 시기로 하여, 충전이 끝난 후 방출 과정을 시작하도록 보장하고, 지난 번 충전 발광 과정이 종료된 후 즉시 다음 번 충방전 - 방출 과정을 시작할 수 있다.

도 14에서, 스위칭 제어 신호(GAtE1, GAtE2, ..., GAtEN)의 시간 폭은 동일하여, 방출된 펄스 시퀀스에서 펄스 각각의 폭이 기본상 동일하도록 보장한다. 또한, 서로 다른 펄스 시퀀스에서 스위칭 제어 신호의 폭을 제어하여 방출 펄스 세기의 제어를 구현할 수 있다. 예를 들어, 스위칭 제어 신호 GAtE1과 스위칭 제어 신호 GAtE2가 다른 신호 지속 시간을 가지면, 에너지 저장 장치에 충전된 전력량도 달라지고, 나아가 방출되는 개별 펄스 세기도 달라진다. 서로 다른 스위칭 제어 신호의 지속 시간에 따라 방출 펄스 폭의 제어를 구현할 수 있고, 나아가 에코 신호의 구분을 구현하여 서로 다른 방출 신호 시퀀스 간의 간섭을 피할 수 있다.

도 15는 다른 일 다중 펄스 코딩의 드라이버 구조도를 도시하는 바, 복수의 에너지 저장 장치가 전원에 연결되고, 에너지 저장 장치 각각은 에너지 저장 장치와 레이저 장치 사이의 온/오프를 제어하는 제어 스위치에 연결된다. 어느 한 에너지 저장 장치와 레이저 장치 사이의 제어 스위치가 턴온되면, 에너지 저장 장치에 저장된 전하가 레이저 장치를 구동하여 레이저 펄스를 방출한다.

도 15의 유닛 스위치 각각은 서로 독립적이며, 제어 스위치는 각각 제어 유닛에 의해 독립적으로 제어되며, 제어 유닛은 타이밍에서 동일한 시각에 제어 스위치의 개폐를 독립적으로 제어할 수 있다. 동일 시각에 복수의 제어 스위치 폐쇄가 존재할 때, 방출되는 레이저 펄스 에너지는 여러 에너지 저장 장치의 에너지의 합이 된다. 복수의 제어 스위치를 동익 시각에 닫아 고에너지 펄스를 방출하여, 먼 거리 물체를 감지할 수 있다. 타이밍에서 닫히는 스위치의 수와 타이밍을 제어하여, 타이밍에서 방출되는 펄스의 모양을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어느 한 시각에 제어 스위치가 하나만 닫히면, 그 시각에 방출되는 펄스 세기는 1단위이고, 그 다음 시각에 제어 스위치가 N개 닫히면, 해당 시각에 방출되는 펄스의 강도는 N 단위이다. 제어 유닛을 통해 서로 다른 시각에 닫히는 스위치의 수를 제어함으로써 방출되는 펄스의 타이밍과 세기를 제어할 수 있다.

요약하면, 레이저 펄스의 타이밍, 진폭 및 펄스 폭의 코딩은 드라이버를 제어하여 달성할 수 있다. 에코 코딩이 방출 레이저 펄스 시퀀스 코딩과 동일한지 여부를 판단하여 에코 신호를 식별하고, 간섭 방지 효과를 더욱 향상시킨다.

본 발명은 또한 거리 측정 방법(100)을 제공하는 바, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 방법은,

S101: 타이밍 난수를 생성하는 단계;

S102: 상기 타이밍 난수에 기초하여, 레이저 방출 장치의 적어도 하나의 드라이버를 제어하여 결합된 레이저 장치를 구동하여 레이저 장치 펄스 신호를 방출하는 단계;

S103: 상기 레이저 펄스 신호가 목표물에 의해 반사된 에코 신호를 수신하는 단계; 및

S104: 상기 레이저 펄스 신호의 방출 시간 및 에코 신호의 수신 시간에 기초하여, 상기 목표물의 거리 정보를 결정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 복수의 거리 정보들의 상관성을 계산하고, 상관성이 미리 설정된 값보다 낮은 거리 정보들을 간섭 신호로 판단하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 S102 단계는, 상기 타이밍 난수에 기초하여, 레이저 장치가 상기 레이저 장치 펄스 신호를 방출하는 방출 시간을 제어하며, 및/또는 인접한 레이저 펄스 사이의 시간 간격을 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 S102 단계는, 상기 타이밍 난수에 기초하여 복수의 레이저 장치의 발광 순서를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 상기 S102 단계는,

미리 저장된 난수 테이블에서 무작위로 선택하는 것;

클럭 위상에 기초하여 생성하는 것;

시스템 온도에 기초하여 생성하는 것; 및

선형 피드백 시프트 레지스터를 통해 생성하는 것을 통하여 타이밍 난수를 생성한다.

본 발명은 또한 레이저 레이더(20)를 제공하는 바, 도 17에 도시된 바와 같이, 레이저 방출 장치(21), 제어 장치(22), 감지 장치(23) 및 데이터 처리 장치(24)를 포함하며, 여기서,

상기 제어 장치(22)는 타이밍 난수에 기초하여 트리거 신호를 생성하도록 구성되며;

상기 레이저 방출 장치(21)는 적어도 하나의 레이저 장치(211) 및 상기 레이저 장치(211)에 결합된 드라이버(212)를 포함하며, 상기 드라이버(212)는 상기 트리거 신호에 따라 상기 레이저 장치(211)를 구동시켜 레이저 펄스 신호를 방출하도록 구성되며;

상기 감지 장치(23)는 상기 레이저 펄스 신호가 목표물에 의해 반사된 에코 신호를 수신하고 상기 에코 신호를 전기 신호로 전환하도록 구성되며;

상기 데이터 처리 장치(24)는 상기 레이저 펄스 신호의 방출 시간 및 상기 에코 신호의 수신 시간에 기초하여, 상기 목표물의 거리 정보를 결정하도록 구성된다.

상기 레이저 펄스 신호는 다중 펄스 코딩을 갖는 레이저 펄스 시퀀스이고, 상기 다중 펄스 코딩은 타이밍 코딩, 진폭 코딩 및/또는 펄스 폭 코딩을 포함한다.

마지막으로 설명해야 할 것은, 이상은 본 발명의 바람직한 실시예일 뿐이고, 본 발명을 한정하려는 것이 아니다. 전술한 실시예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 기술분야에서 통상의 지식을 자진 자라면 전술한 각 실시예에 기재된 기술적 방안을 수정하거나, 일부 기술적 특징을 균등하게 대체할 수도 있다. 본 발명의 정신과 원칙 내에서 이루어진 임의의 수정, 균등한 대체, 개선 등은 모두 본 발명의 보호 범위 내에 포함되어야 한다.

Claims (17)

1. 레이저 레이더에 있어서, 레이저 방출 장치, 제어 장치, 감지 장치 및 데이터 처리 장치를 포함하며,
   상기 제어 장치는 타이밍 난수에 기초하여 트리거 신호를 생성하도록 구성되며;
   상기 레이저 방출 장치는 적어도 하나의 레이저 장치 및 상기 레이저 장치에 결합된 드라이버를 포함하며, 상기 드라이버는 상기 트리거 신호에 따라 상기 레이저 장치를 구동시켜 레이저 펄스 신호를 방출하도록 구성되며;
   상기 감지 장치는 상기 레이저 펄스 신호가 목표물에 의해 반사된 에코 신호를 수신하고 상기 에코 신호를 전기 신호로 전환하도록 구성되며;
   상기 데이터 처리 장치는 상기 레이저 펄스 신호의 방출 시간 및 상기 에코 신호의 수신 시간에 기초하여, 상기 목표물의 거리 정보를 결정하도록 구성되는 레이저 레이더.
2. 제1항에 있어서,
   상기 타이밍 난수를 생성하도록 구성된 난수 생성기를 더 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 난수 생성기에 결합되어 상기 타이밍 난수를 수신하는 레이저 레이더.
3. 제1항에 있어서,
   상기 데이터 처리 장치는 복수의 거리 정보들의 상관성을 계산하고, 상관성이 미리 설정된 값보다 낮은 거리 정보들을 간섭 신호로 필터링하도록 구성되는 레이저 레이더.
4. 제2항에 있어서,
   상기 레이저는 복수의 미리 설정된 발광 시각을 가지며, 상기 제어 장치는 상기 타이밍 난수에 따라 상기 복수의 미리 설정된 발광 시각으로부터 하나의 발광 시각을 선택하여 상기 구동 신호의 트리거 시각으로 하도록 구성되는 레이저 레이더.
5. 제2항에 있어서,
   상기 레이저는 하나의 미리 설정된 발광 시각을 가지며, 상기 제어 장치는 상기 타이밍 난수에 따라 상기 미리 설정된 발광 시각을 지연 또는 전진시켜 상기 구동 신호의 트리거 시각으로 하도록 구성되는 레이저 레이더.
6. 제2항에 있어서,
   상기 레이저 장치는 복수의 펄스를 방출하도록 구성되고, 상기 제어 장치는 상기 타이밍 난수에 따라 인접한 두 개의 펄스에 대응하는 트리거 신호 사이의 시간 간격을 조정하도록 구성되는 레이저 레이더.
7. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레이저 방출 장치는 동일한 수의 복수의 레이저 장치 및 복수의 드라이버를 포함하고, 상기 레이저 레이더는 상기 레이저 장치와 동일한 수의 복수의 난수 생성기를 포함하는 레이저 레이더.
8. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레이저 방출 장치는 복수의 레이저 장치 및 상기 레이저 장치와 일대일로 결합된 복수의 드라이버를 포함하며, 상기 제어 장치는 상기 복수의 드라이버와 결합되고, 상기 타이밍 난수는 복수의 레이저 장치의 발광 순서에 대응하는 레이저 레이더.
9. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 레이저 방출 장치는 복수 그룹의 레이저 장치를 포함하며, 각 그룹의 레이저 장치는 복수의 레이저 장치 및 상기 레이저 장치와 일대일로 결합된 복수의 드라이버를 포함하고, 상기 레이저 레이더는 상기 복수 그룹의 레이저 장치에 대응하는 복수의 난수 생성기를 더 포함하며, 난수 생성기 각각이 생성하는 타이밍 난수는 이에 대응하는 한 그룹의 레이저 장치에 대응하는 발광 순서와 대응하는 레이저 레이더.
10. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어 장치는 또한 상기 드라이버를 제어하여 상기 레이저 장치를 구동하여 다중 펄스 코딩을 갖는 레이저 펄스 시퀀스를 방출하도록 구성되며, 상기 다중 펄스 코딩은 타이밍 코딩, 진폭 코딩 및/또는 펄스 폭 코딩을 포함하는 레이저 레이더.
11. 제2항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 난수 생성기는,
    미리 저장된 난수 테이블에서 무작위로 선택하는 것;
    클럭 위상에 기초하여 생성하는 것;
    시스템 온도에 기초하여 생성하는 것; 및
    선형 피드백 시프트 레지스터를 통해 생성하는 것 중 하나 또는 복수의 방법으로 상기 타이밍 난수를 생성하는 의사 난수 생성기인 레이저 레이더.
12. 거리 측정 방법에 있어서, 상기 방법은,
    S101: 타이밍 난수를 생성하는 단계;
    S102: 상기 타이밍 난수에 기초하여, 레이저 방출 장치의 적어도 하나의 드라이버를 제어하여 결합된 레이저 장치를 구동하여 레이저 장치 펄스 신호를 방출하는 단계;
    S103: 상기 레이저 펄스 신호가 목표물에 의해 반사된 에코 신호를 수신하는 단계; 및
    S104: 상기 레이저 펄스 신호의 방출 시간 및 에코 신호의 수신 시간에 기초하여, 상기 목표물의 거리 정보를 결정하는 단계를 포함하는 거리 측정 방법.
13. 제12항에 있어서,
    복수의 거리 정보들의 상관성을 계산하고, 상관성이 미리 설정된 값보다 낮은 거리 정보들을 간섭 신호로 판단하는 단계를 더 포함하는 거리 측정 방법.
14. 제12항에 있어서,
    상기 S102 단계는, 상기 타이밍 난수에 기초하여, 레이저 장치가 상기 레이저 장치 펄스 신호를 방출하는 방출 시간을 제어하며, 및/또는 인접한 레이저 펄스 사이의 시간 간격을 제어하는 단계를 포함하는 거리 측정 방법.
15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 S102 단계는, 상기 타이밍 난수에 기초하여 복수의 레이저 장치의 발광 순서를 제어하는 단계를 포함하는 거리 측정 방법.
16. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 S102 단계는,
    미리 저장된 난수 테이블에서 무작위로 선택하는 것;
    클럭 위상에 기초하여 생성하는 것;
    시스템 온도에 기초하여 생성하는 것; 및
    선형 피드백 시프트 레지스터를 통해 생성하는 것을 통하여 타이밍 난수를 생성하는 거리 측정 방법.
17. 레이저 레이더에 있어서, 레이저 방출 장치, 제어 장치, 감지 장치 및 데이터 처리 장치를 포함하며,
    상기 제어 장치는 타이밍 난수에 기초하여 트리거 신호를 생성하도록 구성되며;
    상기 레이저 방출 장치는 적어도 하나의 레이저 장치 및 상기 레이저 장치에 결합된 드라이버를 포함하며, 상기 드라이버는 상기 트리거 신호에 따라 상기 레이저 장치를 구동시켜 레이저 펄스 신호를 방출하도록 구성되며;
    상기 감지 장치는 상기 레이저 펄스 신호가 목표물에 의해 반사된 에코 신호를 수신하고 상기 에코 신호를 전기 신호로 전환하도록 구성되며;
    상기 데이터 처리 장치는 상기 레이저 펄스 신호의 방출 시간 및 상기 에코 신호의 수신 시간에 기초하여, 상기 목표물의 거리 정보를 결정하도록 구성되며;
    상기 레이저 펄스 신호는 다중 펄스 코딩을 갖는 레이저 펄스 시퀀스이고, 상기 다중 펄스 코딩은 타이밍 코딩, 진폭 코딩 및/또는 펄스 폭 코딩을 포함하는 레이저 레이더.