一種車載多普勒激光雷達距離測量方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于激光雷達技術領域，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】
[0002] 根據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大 約達到10萬人，而在交通事故中受傷的人數多達近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帶來的不必要的損 失，汽車安全已經受到世界各國政府以及各大汽車廠商的高度重視。汽車安全系統包括事 故發生后能夠減輕損失的被動安全系統，如安全帶、安全氣囊等，和事故發生前的輔助駕駛 系統，如ABS、導航定位、防眩板、自動泊車系統等。在行駛中能夠主動回避碰撞的汽車主動 安全系統是大幅度降低道路交通事故的最關鍵的技術，利用這一技術實現X-by-Wire是世 界各大汽車廠商在汽車安全領域的終極目標。
[0003] 汽車主動安全系統由車載距離速度測量裝置、微型計算機、報警裝置、執行系統等 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使用于部分高 檔車型。但是，受限于發送信號的主瓣寬度，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商開 始研發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。激光具有優越的 準直特性，能夠提供非常高的空間分辨率，根據激光雷達測量的距離數據可以識別道路障 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波方式。脈沖方式測量 接收信號和發射信號的時間差，而連續波的方式測量接收信號和發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目標反射率動態范圍較大，為測量反射率低的目標，發 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。
[0006] 數據累加 （Data Integration)是雷達改善信噪比的傳統方法。采用這種方法的 雷達向道路目標發射等間隔脈沖串，接收端的信號處理單元將接收信號累加，就可以實現 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，發射 端不能發射脈沖。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超過了 200, 000次/秒。
[0007] 本發明旨在提出一種方法，能夠實現激光雷達鏡頭小型化，同時保證發射信號長 度滿足高速掃描的要求。

【發明內容】

[0008] 本發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射信號長度滿足高速掃描要求的問題。
[0009] 本發明按照以下步驟進行：
[0010] 本發明的技術方案是按照以下步驟進行：
[0011] 步驟1 :脈沖間隔模塊存儲發射脈沖的個數與脈沖間隔信息；
[0012] 步驟2 :驅動模塊使用脈沖間隔信息決定激發激光發射脈沖時刻；
[0013] 步驟3 :激光發射脈沖通過分光器100%通過光路投射到鏡頭，由鏡頭準直發射到 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換 器；
[0015] 步驟5 :由光電轉換器轉換為電信號；
[0016] 步驟6 :信號處理單元模塊使用脈沖間隔信息對光電轉換器生成的電信號進行脈 沖位置調制處理，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射脈沖的間隔分配方法：
[0018] 先根據激光雷達掃描速度的要求確定單點測量發送脈沖序列的最大時間長度T， 然后使用隨機數發生器產生N個互不相等的隨機數，并將這N個隨機數一一映射到O-T之 間，其中最小的隨機數對應〇，最大的隨機數對應T。
[0019] 進一步，所述步驟6中脈沖位置調制方法為：
[0020] 發送脈沖序列長度為N，發送脈沖之間的間隔隨機設定為Λ I\、AT2、……、厶1^， 滿足
[0021]
【主權項】
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射脈沖的個數與脈沖間隔信息； 步驟2 :驅動模塊使用脈沖間隔信息決定激發激光發射脈沖時刻； 步驟3 :激光發射脈沖通過分光器100%通過光路投射到鏡頭，由鏡頭準直發射到目 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換器； 步驟5 :由光電轉換器轉換為電信號； 步驟6 :信號處理單元模塊使用脈沖間隔信息對光電轉換器生成的電信號進行脈沖位 置調制處理，計算出目標的距離。
2. 按照權利要求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射脈沖的間隔分配方法： 先根據激光雷達掃描速度的要求確定單點測量發送脈沖序列的最大時間長度T，然后 使用隨機數發生器產生N個互不相等的隨機數，并將這N個隨機數一一映射到O-T之間，其 中最小的隨機數對應〇,最大的隨機數對應T。
3. 按照權利要求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中脈沖位置調制方法為： 發送脈沖序列長度為N，發送脈沖之間的間隔隨機設定為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激光的飛行時 間。
【專利摘要】本發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射脈沖的個數與脈沖間隔信息；驅動模塊使用脈沖間隔信息決定激發激光發射脈沖時刻；激光發射脈沖通過分光器100％通過光路投射到鏡頭，由鏡頭準直發射到目標；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換器；由光電轉換器轉換為電信號；信號處理單元模塊使用脈沖間隔信息對光電轉換器生成的電信號進行脈沖位置調制處理，計算出目標的距離。本發明的有益效果是車載多普勒激光雷達發射端使用脈沖位置調制調節發射脈沖間隔，接收端使用改進的數據累加方法測量道路目標距離，在保證發射信號長度滿足高速掃描要求同時，實現車載激光雷達小型化。
【IPC分類】G01S17-10
【公開號】CN104730535
【申請號】CN201510126435
【發明人】毛雪松, 黃龍, 張杰妮, 范良志
【申請人】武漢科技大學
【公開日】2015年6月24日
【申請日】2015年3月20日