一種車載多普勒激光雷達距離測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于激光雷達技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種車載多普勒激光雷達距離測量方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 根據(jù)2010年《中國道路交通安全藍皮書》，我國每年因汽車交通事故死亡人數(shù)大 約達到10萬人，而在交通事故中受傷的人數(shù)多達近50萬人，這些交通事故的大約三分之二 是由于碰撞、失控等因素引起的。為了減少交通事故給人民的生命財產(chǎn)帶來的不必要的損 失，汽車安全已經(jīng)受到世界各國政府以及各大汽車廠商的高度重視。汽車安全系統(tǒng)包括事 故發(fā)生后能夠減輕損失的被動安全系統(tǒng)，如安全帶、安全氣囊等，和事故發(fā)生前的輔助駕駛 系統(tǒng)，如ABS、導(dǎo)航定位、防眩板、自動泊車系統(tǒng)等。在行駛中能夠主動回避碰撞的汽車主動 安全系統(tǒng)是大幅度降低道路交通事故的最關(guān)鍵的技術(shù)，利用這一技術(shù)實現(xiàn)X-by-Wire是世 界各大汽車廠商在汽車安全領(lǐng)域的終極目標。
[0003] 汽車主動安全系統(tǒng)由車載距離速度測量裝置、微型計算機、報警裝置、執(zhí)行系統(tǒng)等 部件組成，其中車載距離速度測量裝置是最核心的部件，由該部件確定道路環(huán)境中障礙物 的距離、速度以及方位。目前，采用車載毫米波雷達的距離速度測量裝置已經(jīng)使用于部分高 檔車型。但是，受限于發(fā)送信號的主瓣寬度，毫米波雷達的空間分辨率較差，它甚至無法分 辨道路中的障礙物為車輛還是行人。為了提高距離速度測量裝置的空間分辨率，為汽車主 動安全系統(tǒng)提供更精確可靠的信息，近年來，Ibeo、博世、電裝等各大汽車零部件供應(yīng)商開 始研發(fā)采用激光作為探測光源的激光雷達，用來測量道路障礙物的距離。激光具有優(yōu)越的 準直特性，能夠提供非常高的空間分辨率，根據(jù)激光雷達測量的距離數(shù)據(jù)可以識別道路障 礙物為車輛、行人還是道路邊沿等其它物體。
[0004] 激光雷達測量目標距離的兩種典型的方法為脈沖式和連續(xù)波方式。脈沖方式測量 接收信號和發(fā)射信號的時間差，而連續(xù)波的方式測量接收信號和發(fā)射信號之間的相位差。 由于下述原因，大部分車載激光雷達采用脈沖方式：（1)高功率脈沖式半導(dǎo)體激光雷達價 格低廉；⑵信號處理方式簡單；⑶目標反射率動態(tài)范圍較大，為測量反射率低的目標，發(fā) 射信號的峰值功率要求較高。
[0005] 放大接收信號的跨阻放大器（TIA)噪聲性能受系統(tǒng)帶寬的限制，一般帶寬要求在 幾百兆赫茲。在這一要求下，TIA芯片能夠檢測出-40dBm左右的信號。對于更弱的信號， TIA芯片就很難檢測出來。根據(jù)雷達方程式，為了測量距離能達到150m，接收光信號的鏡頭 直徑需要IOcm以上。為了實現(xiàn)車載激光雷達的小型化，期望接收光信號鏡頭直徑在Imm左 右。鏡頭直徑減少到原來的1/10,接收信號的信噪比將降低20dB。在幾百兆帶寬的要求下， 制造能夠檢測_60dBm的光信號在當前很難實現(xiàn)。
[0006] 數(shù)據(jù)累加 （Data Integration)是雷達改善信噪比的傳統(tǒng)方法。采用這種方法的 雷達向道路目標發(fā)射等間隔脈沖串，接收端的信號處理單元將接收信號累加，就可以實現(xiàn) 信噪比的提高。然而，使用這種信號處理方式，前一脈沖的反射信號未到達接收端前，發(fā)射 端不能發(fā)射脈沖。大部分時間耗費在等待接收信號上，限制了激光雷達的掃描速度。假定 最大測量距離150m，單次測量發(fā)射100個脈沖，掃描速度將不會超過10, OOO次/秒。而車 載激光雷達的掃描速度已經(jīng)超過了 200, 000次/秒。
[0007] 本發(fā)明旨在提出一種方法，能夠?qū)崿F(xiàn)激光雷達鏡頭小型化，同時保證發(fā)射信號長 度滿足高速掃描的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明提供了一種車載多普勒激光雷達距離測量方法，主要解決了目前激光雷達 鏡頭小型化則不能保證發(fā)射信號長度滿足高速掃描要求的問題。
[0009] 本發(fā)明按照以下步驟進行：
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案是按照以下步驟進行：
[0011] 步驟1 :脈沖間隔模塊存儲發(fā)射脈沖的個數(shù)與脈沖間隔信息；
[0012] 步驟2 :驅(qū)動模塊使用脈沖間隔信息決定激發(fā)激光發(fā)射脈沖時刻；
[0013] 步驟3 :激光發(fā)射脈沖通過分光器100%通過光路投射到鏡頭，由鏡頭準直發(fā)射到 目標；
[0014] 步驟4 :目標反射的光信號由鏡頭采集，通過分光器100%反射光路到達光電轉(zhuǎn)換 器；
[0015] 步驟5 :由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號；
[0016] 步驟6 :信號處理單元模塊使用脈沖間隔信息對光電轉(zhuǎn)換器生成的電信號進行脈 沖位置調(diào)制處理，計算出目標的距離。
[0017] 進一步，所述步驟1中脈沖間隔模塊進行發(fā)射脈沖的間隔分配方法：
[0018] 先根據(jù)激光雷達掃描速度的要求確定單點測量發(fā)送脈沖序列的最大時間長度T， 然后使用隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生N個互不相等的隨機數(shù)，并將這N個隨機數(shù)一一映射到O-T之 間，其中最小的隨機數(shù)對應(yīng)〇，最大的隨機數(shù)對應(yīng)T。
[0019] 進一步，所述步驟6中脈沖位置調(diào)制方法為：
[0020] 發(fā)送脈沖序列長度為N，發(fā)送脈沖之間的間隔隨機設(shè)定為Λ I\、AT2、……、厶1^， 滿足
[0021]
【主權(quán)項】
1. 一種車載多普勒激光雷達距離測量方法，其特征在于：按照以下步驟進行： 步驟1 :脈沖間隔模塊存儲發(fā)射脈沖的個數(shù)與脈沖間隔信息； 步驟2 :驅(qū)動模塊使用脈沖間隔信息決定激發(fā)激光發(fā)射脈沖時刻； 步驟3 :激光發(fā)射脈沖通過分光器100%通過光路投射到鏡頭，由鏡頭準直發(fā)射到目 標； 步驟4 :目標反射的光信號由鏡頭采集，通過分光器100%反射光路到達光電轉(zhuǎn)換器； 步驟5 :由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號； 步驟6 :信號處理單元模塊使用脈沖間隔信息對光電轉(zhuǎn)換器生成的電信號進行脈沖位 置調(diào)制處理，計算出目標的距離。
2. 按照權(quán)利要求1所述一種車載多普勒激光雷達距離測量方法，其特征在于：所述步 驟1中脈沖間隔模塊進行發(fā)射脈沖的間隔分配方法： 先根據(jù)激光雷達掃描速度的要求確定單點測量發(fā)送脈沖序列的最大時間長度T，然后 使用隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生N個互不相等的隨機數(shù)，并將這N個隨機數(shù)一一映射到O-T之間，其 中最小的隨機數(shù)對應(yīng)〇,最大的隨機數(shù)對應(yīng)T。
3. 按照權(quán)利要求1所述一種車載多普勒激光雷達距離測量方法，其特征在于：所述步 驟6中脈沖位置調(diào)制方法為： 發(fā)送脈沖序列長度為N，發(fā)送脈沖之間的間隔隨機設(shè)定為Λ ?\、Λ T2、……、Λ Tim，滿 足
在接收端，采樣一段時間的信號，將該信號置于第一行，信號處理單元模塊使用脈沖間 隔信息，將該行信號分別移位AI\、AT2、……、Λ Tim，然后分別置于第二行、第三行、…… 第N行，相加后得到的信號中僅存在一個脈沖，該脈沖所在的時間位置對應(yīng)激光的飛行時 間。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種車載多普勒激光雷達距離測量方法，脈沖間隔模塊存儲發(fā)射脈沖的個數(shù)與脈沖間隔信息；驅(qū)動模塊使用脈沖間隔信息決定激發(fā)激光發(fā)射脈沖時刻；激光發(fā)射脈沖通過分光器100％通過光路投射到鏡頭，由鏡頭準直發(fā)射到目標；目標反射的光信號由鏡頭采集，通過分光器100％反射光路到達光電轉(zhuǎn)換器；由光電轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為電信號；信號處理單元模塊使用脈沖間隔信息對光電轉(zhuǎn)換器生成的電信號進行脈沖位置調(diào)制處理，計算出目標的距離。本發(fā)明的有益效果是車載多普勒激光雷達發(fā)射端使用脈沖位置調(diào)制調(diào)節(jié)發(fā)射脈沖間隔，接收端使用改進的數(shù)據(jù)累加方法測量道路目標距離，在保證發(fā)射信號長度滿足高速掃描要求同時，實現(xiàn)車載激光雷達小型化。
【IPC分類】G01S17-10
【公開號】CN104730535
【申請?zhí)枴緾N201510126435
【發(fā)明人】毛雪松, 黃龍, 張杰妮, 范良志
【申請人】武漢科技大學(xué)
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月20日