DE112021007466T5

DE112021007466T5 - Lidar und entfernungsmessverfahren

Info

Publication number: DE112021007466T5
Application number: DE112021007466.0T
Authority: DE
Inventors: Jin Yang; Tianchang Gu; Chongyang Wang; Shaoqing Xiang
Original assignee: Hesai Technology Co Ltd
Current assignee: Hesai Technology Co Ltd
Priority date: 2021-04-07
Filing date: 2021-12-15
Publication date: 2024-01-25
Also published as: WO2022213659A1; JP2024513258A; MX2023011405A; KR20240004373A; EP4321904A1; US20240036202A1; EP4321904A4

Abstract

Offenbart sind ein Lidar und ein Entfernungsmessverfahren. Das Lidar umfasst: eine Lasersendevorrichtung (11), eine Steuervorrichtung (12), eine Detektionsvorrichtung (13) und eine Datenverarbeitungsvorrichtung (14), wobei die Steuervorrichtung (12) konfiguriert ist, um ein Triggersignal basierend auf einer zeitlichen Zufallszahl zu erzeugen; wobei die Lasersendevorrichtung (11) mindestens einen Laser (111) und einen Treiber (112), der mit dem Laser (111) gekoppelt ist, umfasst, wobei der Treiber (112) konfiguriert ist, um den Laser (111) anzusteuern, um ein Laserpulssignal gemäß dem Triggersignal zu emittieren; wobei die Detektionsvorrichtung (13) konfiguriert ist, um ein Echosignal zu empfangen, das durch Reflexion des Laserpulssignals an einem Ziel erzeugt wird, und das Echosignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung (14) konfiguriert ist, um Entfernungsinformationen des Ziels basierend auf einer Zeit, zu der das Laserpulssignal gesendet wird, und einer Zeit, zu der das Echosignal empfangen wird, zu bestimmen. Das Lidar verwendet ein zufälliges Lichtemissionsschema, so dass der Interferenzpunkt, der das Lidar stört, keine räumliche Relevanz aufweist, und die Mehrpulscodierung wird kombiniert, um die Zeitfolge und die Amplitude zwischen den Mehrpulsen zu modulieren, um zu bestimmen, ob die Echocodierung die gleiche ist wie die Sendeimpulssequenzcodierung und das Echosignal zu identifizieren, womit der Anti-Interferenz-Effekt weiter verbessert wird.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der photoelektrischen Detektion, insbesondere ein Lidar und ein Entfernungsmessverfahren.
STAND DER TECHNIK
In der Punktwolke, die durch Lidar erzeugt wird, ist der Interferenzpunkt immer ein Problem, das so weit wie möglich überwunden werden muss. Es gibt viele Gründe für die Erzeugung der Interferenzpunkte: Interferenzpunkte, die durch Übersprechen zwischen verschiedenen Lidars erzeugt werden, stellen einen wichtigen Grund dar. Insbesondere wenn Lidar in der Navigation von selbstfahrenden Fahrzeugen weit verbreitet ist, ist das Übersprechproblem zwischen Lidars besonders ausgeprägt. Das Detektionslicht des Lidars konzentriert sich auf mehrere üblicherweise verwendete Wellenlängen, und es ist leicht, Laser oder Echos der gleichen Wellenlänge zu empfangen, die von anderen Radaren emittiert werden, und kein Herausfiltern durch Filtern und dergleichen ist möglich. Da das Entfernungsmessprinzip des Laserradars auf der Messung der Flugzeit des emittierten Laserpulses (time of flight, tof) basiert, können, wenn jedes Laserradar nicht bestimmen kann, ob der empfangene Laserpuls von diesem Laserradar emittiert wird, beim Empfang von Impulsen oder Echos von anderen Lidars diese als Echosignal des betreffenden Laserradars festgestellt werden, was zu Interferenzpunkten oder sogar fehlerhaften Testergebnissen führt.
Der Inhalt des technischen Hintergrunds stellt nur eine Technologie dar, die dem Anmelder bekannt ist und natürlich nicht den Stand der Technik auf diesem Gebiet darstellt.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Im Hinblick auf mindestens einen Defekt des Standes der Technik entwirft die vorliegende Erfindung ein Lidar, das ein zufälliges Lichtemissionsschema verwendet, so dass der Interferenzpunkt, der das Lidar stört, keine räumliche Relevanz aufweist, und die Mehrpulscodierung wird kombiniert, um die Zeitfolge und die Amplitude zwischen den Mehrpulsen zu modulieren, um zu bestimmen, ob die Echocodierung die gleiche ist wie die Sendeimpulssequenzcodierung und das Echosignal zu identifizieren, womit der Anti-Interferenz-Effekt weiter verbessert wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Lidar bereit. Es umfasst: eine Lasersendevorrichtung, eine Steuervorrichtung, eine Detektionsvorrichtung und eine Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei
die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um ein Triggersignal basierend auf einer zeitlichen Zufallszahl zu erzeugen;
die Lasersendevorrichtung mindestens einen Laser und einen Treiber, der mit dem Laser gekoppelt ist, umfasst,
wobei der Treiber konfiguriert ist, um den Laser anzusteuern, um ein Laserpulssignal gemäß dem Triggersignal zu emittieren;
die Detektionsvorrichtung konfiguriert ist, um ein Echosignal, das durch Reflexion des Laserpulssignals an einem Ziel erzeugt wird, zu empfangen, und das Echosignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und
die Datenverarbeitungsvorrichtung eine Entfernungsinformation des Ziels basierend auf einer Zeit, zu der das Laserpulssignal übertragen wird, und einer Zeit, zu der das Echosignal empfangen wird, bestimmt,
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Lidar ferner einen Zufallszahlengenerator umfasst, der konfiguriert ist, um die zeitliche Zufallszahl zu erzeugen, wobei die Steuervorrichtung mit dem Zufallszahlengenerator gekoppelt ist, um die zeitliche Zufallszahl zu empfangen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungsvorrichtung konfiguriert ist, um eine Relevanz einer Vielzahl von Entfernungsinformationen zu berechnen und Entfernungsinformationen mit einer Relevanz unterhalb eines voreingestellten Werts als Interferenzsignale herauszufiltern.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laser mehrere voreingestellte Lichtemissionszeiten aufweist, wobei die Steuervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie gemäß der zeitlichen Zufallszahl eine Lichtemissionszeit aus den mehreren voreingestellten Lichtemissionszeiten als eine Triggerzeit des Treibersignals auswählt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laser eine voreingestellte Lichtemissionszeit aufweist, wobei die Steuervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die voreingestellte Lichtemissionszeit gemäß der zeitlichen Zufallszahl als eine Triggerzeit des Treibersignals verzögert oder vorverlegt.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Laser so konfiguriert ist, dass er mehrere Impulse emittieren kann, wobei die Steuervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie ein Zeitintervall zwischen Triggersignalen, die zwei benachbarten Impulsen entsprechen, basierend auf der zeitlichen Zufallszahl anpassen kann.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasersendevorrichtung mehrere Laser und mehrere Treiber in der gleichen Anzahl umfasst, wobei das Lidar mehrere Zufallszahlengeneratoren mit der gleichen Anzahl wie die der Laser umfasst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasersendevorrichtung mehrere Laser und mehrere Treiber, die eineindeutig mit den jeweiligen Lasern gekoppelt sind, umfasst, wobei die Steuervorrichtung mit den mehreren Treibern gekoppelt ist, wobei die zeitliche Zufallszahl der Lichtemissionsreihenfolge der mehreren Laser entspricht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Lasersendevorrichtung mehrere Sätze von Lasern umfasst, wobei jeder Satz von Lasern mehrere Laser und mehrere Treibern, die eineindeutig mit den jeweiligen Lasern gekoppelt sind, umfasst, wobei das Lidar ferner mehrere Zufallszahlengeneratoren umfasst, die den mehreren Lasern entsprechen, wobei die zeitliche Zufallszahl, die durch einen jeden Zufallszahlengenerator erzeugt wird, der Lichtemissionsreihenfolge eines entsprechenden Satzes von Lasern entspricht.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung ferner konfiguriert ist, um den Treiber zum Ansteuern des Lasers zu steuern, um somit eine Laserpulssequenz mit einer Mehrpulscodierung zu emittieren, wobei die Mehrpulscodierung eine Zeitreihencodierung, eine Amplitudencodierung und/oder eine Impulsbreitencodierung umfasst.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Zufallszahlengenerator ein Pseudozufallszahlengenerator ist, der die zeitliche Zufallszahl durch eine oder mehrere der folgenden Möglichkeiten erzeugt:

zufällige Extraktion aus einer vorhandenen Zufallszahlentabelle;
Erzeugung basierend auf Taktphasen;
Erzeugung basierend auf der Systemtemperatur; und
Erzeugung durch ein linear rückgekoppeltes Schieberegister.

Die vorliegende Erfindung stellt ein Entfernungsmessverfahren bereit, das Folgendes umfasst:

S101: Generieren einer zeitlichen Zufallszahl;
S102: Steuern mindestens eines Treibers der Lasersendevorrichtung basierend auf der Zeitreihenzufallszahl, um einen gekoppelten Laser zum Emittieren eines Laserpulssignals anzutreiben;
S103: Empfangen eines Echosignals, das durch Reflexion des Laserpulssignals an einem Ziel erzeugt wird; und
S104: Bestimmen der Entfernungsinformation des Ziels basierend auf der Sendezeit des Laserpulssignals und der Zeit, zu der das Echosignal empfangen wird.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verfahren ferner Folgendes umfasst: Berechnen der Relevanz der mehreren Entfernungsinformationen, und Feststellen der Entfernungsinformation, deren Relevanz niedriger als ein voreingestellter Wert ist, als ein Interferenzsignal.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schritt S102 Folgendes umfasst: Steuern der Sendezeit, zu der der Laser das Laserpulssignal emittiert, und/oder des Zeitintervalls zwischen benachbarten Laserpulsen basierend auf der zeitlichen Zufallszahl.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schritt S102 Folgendes umfasst: Steuern der Lichtemissionsreihenfolge der mehreren Laser basierend auf der zeitlichen Zufallszahl.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass der Schritt S102 das Erzeugen einer zeitlichen Zufallszahl auf folgende Weise umfasst:

Die vorliegende Erfindung stellt ein Lidar ferner bereit. Es umfasst: eine Lasersendevorrichtung, eine Steuervorrichtung, eine Detektionsvorrichtung und eine Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei
die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um ein Triggersignal basierend auf einer zeitlichen Zufallszahl zu erzeugen;
die Lasersendevorrichtung mindestens einen Laser und einen Treiber, der mit dem Laser gekoppelt ist, umfasst, wobei der Treiber konfiguriert ist, um den Laser anzusteuern, um ein Laserpulssignal gemäß dem Triggersignal zu emittieren;
die Detektionsvorrichtung konfiguriert ist, um ein Echosignal, das durch Reflexion des Laserpulssignals an einem Ziel erzeugt wird, zu empfangen, und das Echosignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und
die Datenverarbeitungsvorrichtung eine Entfernungsinformation des Ziels basierend auf einer Zeit, zu der das Laserpulssignal übertragen wird, und einer Zeit, zu der das Echosignal empfangen wird, bestimmt,
das Laserpulssignal eine Laserpulssequenz mit einer Mehrpulscodierung ist, wobei die Mehrpulscodierung eine Zeitreihencodierung, eine Amplitudencodierung und/oder eine Impulsbreitencodierung umfasst.
Durch zufällige Lichtemission des Lasers weist der Interferenzpunkt, durch den das Lidar gestört wird, keine räumliche Relevanz auf, so dass er als ein einzelner Punkt beurteilt und herausgefiltert werden kann, um den Interferenzpunkt zu reduzieren. Ferner werden in Kombination mit der Mehrfachimpulscodierung das Zeitintervall und die Amplitude zwischen den Mehrfachimpulsen moduliert, und das Echosignal wird identifiziert, indem beurteilt wird, ob die Echocodierung die gleiche ist wie die übertragene Impulssequenzcodierung, womit der Anti-Interferenz-Effekt weiter verbessert wird.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die beiliegenden Zeichnungen, die eine Bestandteil der Offenbarung darstellen, dienen zum besseren Verständnis der vorliegenden Offenbarung. Die schematischen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Offenbarung und deren Beschreibung dienen zur Erläuterung der Offenbarung, ohne die Offenbarung auf unangemessene Weise einzuschränken. Darin zeigen

1a ein schematisches dreidimensionales Diagramm von nicht zufällig lichtemittierenden Informationspunkten;
1b ein schematisches zweidimensionales Diagramm von nicht zufällig lichtemittierenden Informationspunkten;
2 ein Lidarmoduldiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
3a ein schematisches dreidimensionales Diagramm von zufällig lichtemittierenden Informationspunkten;
3b ein schematisches zweidimensionales Diagramm von zufällig lichtemittierenden Informationspunkten;
4 ein Zeitfolge-Diagramm bei zufälliger Lichtemissionszeit nach einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
5 ein Zeitfolge-Diagramm mit zufällig verzögerter Lichtemission nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
6a ein Interferenzdiagramm, wenn der Laser gemäß einer Reihenfolge Licht emittiert;
6b ein Zeitfolge-Diagramm mit zufälliger Lichtemissionsreihenfolge nach einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
7 ein schematisches Diagramm der Verteilung mehrerer Lidars;
8 ein Lidarmoduldiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
9 ein Lidarmoduldiagramm eines fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
10 ein Lidarmoduldiagramm eines sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung;
11 ein Zeitfolge-Diagramm bei zufälliger Lichtemissionszeit in Verbindung mit Mehrpulscodierung nach einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
12 eine Zeitfolge-Diagramm mit zufällig verzögerter Lichtemission in Verbindung mit Mehrpulscodierung nach einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
13 ein schematisches Diagramm einer Treiberstruktur mit Mehrpulscodierung;
14 ein Zeitfolge-Diagramm eines Schaltsteuersignals und eines Schalttriggersignals mit Mehrpulscodierung;
15 ein schematisches Diagramm einer anderen Treiberstruktur mit Mehrpulscodierung;
16 ein Ablaufdiagramm eines Entfernungsmessverfahrens nach der vorliegenden Erfindung; und
17 ein Lidarmoduldiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung.

KONKRETE AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden nur einige beispielhafte Ausführungsbeispiele kurz beschrieben. Wie der Fachmann erkennen kann, können die beschriebenen Ausführungsbeispiele auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne vom Geist oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher gelten die Zeichnungen und Beschreibungen als im Wesentlichen beispielhaft und nicht einschränkend.
Es versteht sich in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung, dass die Begriffe „mittig“, „Längsrichtung“, „Querrichtung“, „Länge“, „Breite“, „Dicke“, „oben“, „unten“, „vorne“, „hinten“, „links“, „rechts“, „vertikal“, „horizontal“, „oberste“, „unterste“, „innen“, „außen“, „Uhrzeigersinn“, „Gegenuhrzeigersinn“ usw. jeweils in Bezug auf die dargestellte Richtungs- oder Positionsbeziehung in der jeweiligen Abbildung verwendet werden, um lediglich die Erfindung zu schildern und ggf. die Schilderung zu vereinfachen. Mit anderen Worten wird mit diesen Begriffen weder im- noch explizit auf die Positionierung sowie die Ausgestaltung und Bedienung der betreffenden Vorrichtung oder des betreffenden Elements in einer vorbestimmten Positionierung hingedeutet, so dass auch hier keine Einschränkung der Erfindung vorliegt. Des Weiteren ist darauf hinzuweisen, dass die Begriffe „erste“ und „zweite“ nicht als im- oder expliziter Hinweis auf die relative Wichtigkeit oder auf die Anzahl des betroffenen Merkmals verstanden werden sollten. Stattdessen dienen diese lediglich der Beschreibung. Somit kann ein mit „erst“ oder „zweit“ genauer bestimmtes Merkmal explizit oder implizit darauf hinweisen, dass ein oder mehr derartige Merkmale umfasst sind. In der Beschreibung der vorliegenden Erfindung bezieht sich der Begriff „mehrere“ auf eine Anzahl von zwei oder mehr, sofern nicht anders angegeben.
Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung sollen die Begriffe „anbringen“, „miteinander verbunden“, „verbinden“ o. dgl., soweit nicht ausdrücklich anders angegeben, im weiteren Sinne verstanden werden. So kann es sich dabei z.B. sowohl um eine feste, eine lösbare oder eine einteilige Verbindung als auch um eine mechanische und auch eine elektrische Verbindung oder eine Kommunikationsmöglichkeit handeln. Zudem sind auch direkte Verbindungen, indirekte bzw. über ein Zwischenstück hergestellte Verbindungen wie auch innere Verbindungen zweier Elemente oder gegenseitige Wirkungen zweier Elemente denkbar. Als durchschnittliche Fachleute auf diesem Gebiet kann man von der Sachlage ausgehen, um zu ermitteln, welche Bedeutung die genannten Begriffe gemäß der vorliegenden Erfindung haben sollen.
In der vorliegenden Erfindung kann bei einem ersten Merkmal, das „oberhalb“ oder „unterhalb“ eines zweiten Merkmals angeordnet ist, sofern nicht ausdrücklich anderes angegeben und definiert ist, der Fall sein, dass das erste Merkmal direkt das zweite Merkmal berührt, oder dass das erste und das zweite Merkmal ohne direkten Kontakt über ein dazwischen angeordnetes weiteres Merkmal in Berührung stehen. Darüber hinaus kann bei dem ersten Merkmal, das „auf‟, „über“ dem zweiten Merkmal und „oberhalb“ des zweiten Merkmals angeordnet ist, u.a. der Fall sein, dass das erste Merkmal direkt über und schräg über dem zweiten Merkmal liegt, oder dass die horizontale Höhenstellung des ersten Merkmals höher ist als die des zweiten Merkmals. Bei dem ersten Merkmal, das „unter“ dem zweiten Merkmal und „unterhalb“ des zweiten Merkmals angeordnet ist, kann u.a. der Fall sein, dass das erste Merkmal direkt unter und schräg unter dem zweiten Merkmal liegt, oder dass die horizontale Höhenstellung des ersten Merkmals tiefer ist als die des zweiten Merkmals.
Die nachfolgende Offenbarung stellt zahlreiche unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele zum Verwirklichen der verschiedenen Strukturen der Erfindung bereit. Zum Vereinfachen der Offenbarung der Erfindung werden nachfolgend die Teile und die Anordnung bestimmter Beispiele erläutert. Es versteht sich, dass diese lediglich als Beispiele dienen, ohne die Erfindung einzuschränken. Des Weiteren können bei verschiedenen Beispielen der Erfindung wiederholte Bezugszeichen in Form von Nummern und/oder Buchstaben zugunsten der Einfachheit und der Klarheit verwendet werden, ohne auf jegliche Beziehungen zwischen den einzelnen Ausführungsformen und/oder Anordnungen, die hier erläutert werden, hinzuweisen. Darüber hinaus stellt die vorliegende Erfindung Beispiele für bestimmte Verfahren und Materialien bereit. Jedoch versteht es sich für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet, dass auch andere Verfahren und/oder Materialien verwendet werden können.
Ein Multilinienlidar umfasst mehrere Laser und mehrere Detektoren, und die Vielzahl von Lasern kann in einer bestimmten Richtung (z. B. einer vertikalen Richtung des Lidars) angeordnet sein; Es gibt eine entsprechende Beziehung zwischen dem Detektor und dem Laser. Nachdem ein Laser das Detektionslicht emittiert hat, empfängt der entsprechende Detektor das optische Signal. Wenn der Detektor das optische Signal empfängt, kann die Zeit, zu der das Detektionslicht durch den entsprechenden Laser gesendet wird, und die Zeit, zu der der Detektor das Signal empfängt, berechnet werden, und dann kann die Zielentfernungsinformation erhalten werden. Nachdem eine Sendung und ein Empfang abgeschlossen sind, emittiert der nächste Laser ein Detektionslicht.
Das Lidar dreht sich während des Arbeitsprozesses mit einer bestimmten Drehzahl entlang der Achse und führt eine Datenerfassung nach jeder Drehung um einen bestimmten Winkel gemäß der eingestellten Abtastfrequenz durch, wodurch Informationen um das Radar während des Drehprozesses gesammelt werden, um eine Wahrnehmung der Umgebung zu erreichen, und alle Datenpunkte, die nach einer Umdrehung des Radars erhalten werden, bilden eine Rahmenpunktwolke. Am Beispiel des herkömmlichen mechanischen rotierenden Radars sind mehrere Detektoren entlang der vertikalen Richtung des Radars angeordnet, und verschiedene Detektoren werden verwendet, um Echosignale mit unterschiedlichen vertikalen Winkeln zu empfangen, so dass anhand der von verschiedenen Detektoren gemessenen Datenpunkte gemäß der Position des Detektors der entsprechende vertikale Winkel bekannt sein kann. Das Radar kann eine 360° horizontale Rotation durchführen. Wenn sich das Radar in einen bestimmten horizontalen Winkel dreht, emittieren mehrere Laser nacheinander ein Detektionslicht, und der Detektor detektiert das optische Signal, nachdem der entsprechende Laser das Detektionslicht emittiert hat. Nachdem alle Detektoren die Detektion nacheinander abgeschlossen haben, werden Detektionsinformationen erhalten, die dem vertikalen Sichtfeldwinkel des Radars (Field of View, FOV) in diesem horizontalen Winkel entsprechen. Nachdem die Detektion in einem horizontalen Winkel abgeschlossen ist, hat sich das Radar in einen anderen horizontalen Winkel gedreht, um eine weitere Detektionsrunde durchzuführen. Somit kann die horizontale Winkeldifferenz, die der benachbarten zwei Signaldetektion desselben Detektors entspricht, als die horizontale Winkelauflösung des Radars ausgedrückt werden.
Bei der tatsächlichen Detektion enthält das vom Detektor empfangene optische Signal nicht nur ein Echosignal, das durch Reflexion des Detektionslichts an einem Ziel erzeugt wird, sondern kann auch ein Interferenzsignal enthalten, insbesondere ein Detektionslicht oder reflektiertes Licht, das von anderen Lidars emittiert wird, womit ein Interferenzpunkt erzeugt wird. Die Interferenzpunkte lassen sich einfach in zwei Typen einteilen: Ein einzelnes Rauschen (das auch als Einzelpunkt betrachtet werden kann) und mehrere oder sogar aufeinanderfolgende Mehrfachrauschen. Im Allgemeinen basiert das Filterverfahren für Interferenzpunkte darauf, dass die Interferenz, die durch Signale anderer Lidars oder anderer Interferenzquellen erzeugt wird, zufällig und gelegentlich ist, d.h. auf der Punktwolke ist ein räumlicher Einzelpunkt, der durch Beurteilen der Relevanz zwischen Datenpunkten und anderen benachbarten Datenpunkten identifiziert und herausgefiltert werden kann, wodurch der Interferenzpunkt reduziert wird.
Wenn jedoch der Interferenzpunkt von anderen Lidars stammt, insbesondere wenn bei anderen Lidars ebenfalls mehrere Laser und Detektoren der Reihe nach Licht emittieren bzw. Detektionen durchführen, könnten Detektoren des Lidars Interferenzsignale empfangen und mehrere Interferenzpunkte in demselben horizontalen Winkel detektieren, was zu einer gewissen Relevanz zwischen diesen Interferenzpunkten führt, und es ist schwierig, sie durch das obige Verfahren zum Beurteilen des räumlichen Einzelpunkts herauszufiltern, wodurch ein Rauschen auf der Punktwolke gebildet wird.
1a und 1b zeigen jeweils ein dreidimensionales und zweidimensionales Diagramm von nicht zufällig lichtemittierenden Informationspunkten. Dabei sind die Datenpunkte gezeigt, die durch Detektieren von zwei plattenförmigen Zielen durch das Lidar in einem bestimmten Abstand erhalten werden, die Y-Achse in 1a entspricht dem Detektionswinkel des Lidars, die Z-Achse entspricht dem Detektionswinkel des Lidars, die X-Achse entspricht dem detektierten Zielabstand und das Radar kann die dreidimensionale Punktwolke erhalten, die in 1a gemäß dem Echtzeitdetektionswinkel des Lasers und des entsprechenden Detektors und der Zielabstandsinformation gezeigt ist. 1b ist ein zweidimensionales X-Y-Darstellung von 1a. Die obige nicht-zufällige Lichtemission bezieht sich auf mehrere Laser des Lidars, die sequentiell Detektionslicht in einem vorbestimmten Zeitintervall emittieren, und die Lichtemissionszeitintervalle der benachbarten zwei Laser sind typischerweise gleich. In dem Fall, in dem sich das Lidar nicht bewegt, ist der Abstand zwischen dem Lidar und dem Ziel konstant, und die Vielzahl von Datenpunkten, die von der Vielzahl von Detektoren in einer Vielzahl von horizontalen Winkeln gemessen werden, entsprechen dem gleichen Entfernungswert und sind regelmäßig angeordnete Punktmatrizen auf der Punktwolke. Wie in 1a gezeigt, repräsentiert der hohle Kreis einen Datenpunkt (der reale Punkt), der durch das reale Echo gemessen wird, das von dem Ziel reflektiert wird, und der Sternpunkt repräsentiert den Interferenzpunkt.
Wie sich aus der Entfernungsmessmethode des Lidars ergibt, sendet der Radarlaser einen Detektionsstrahl aus und aktiviert den Detektor, um das Echosignal innerhalb einer bestimmten Zeit zu empfangen. Diese bestimmte Zeit kann durch eine vorbestimmte Detektionsdistanz des Lidars bestimmt werden, z. B. die weiteste Detektionsdistanz des Lidars beträgt 200 m, der Detektor wird mit dem Laser gestartet und aktiviert, und der Detektor wird nach der Zeit (200 mX2/Lichtgeschwindigkeit) deaktiviert (d.h. das Detektionslicht fliegt zu dem 200 m Ziel und wird reflektiert, und das Echosignal erreicht das Lidar), um die Detektion zu beenden. Während der Zeit, in der der Detektor aktiviert ist, bestimmt das System, sobald ein optisches Signal empfangen wird, das die Rauschschwelle überschreitet, das Echo, das von dem Ziel reflektiert wird, und die Flugzeit, die durch Subtrahieren der Detektionslichtemissionszeit von der Echoempfangszeit erhalten wird, wird zur Berechnung der Zielentfernung verwendet. Wenn ein Interferenzsignal, das die Rauschschwelle überschreitet, während der Detektoraktivierungszeit empfangen wird, wird auch ein Zielabstand, d.h. ein Interferenzpunkt, basierend auf der Empfangszeit des Interferenzsignals berechnet.
Wenn ein Interferenzradar vorhanden ist und ein Detektionsstrahl mit einem ähnlichen Gesetz und Zeitintervall wie das Lidar emittiert wird, empfängt der erste Detektor bei der ersten Detektion ein Interferenzsignal während der Aktivierungszeit und erzeugt einen Interferenzpunkt bei der ersten Detektion. Bei der zweiten Detektion ist es auch leicht, das Interferenzsignal zu empfangen, das durch das nächste Detektionslicht des Interferenzradars während der Aktivierungszeit des zweiten Detektors verursacht wird, und ein Interferenzpunkt wird auch bei der Detektion des zweiten Detektors erzeugt. Aus dem gleichen Grund können die dritten und vierten Detektoren, die benachbart zu den ersten und zweiten Detektoren sind, Interferenzsignale empfangen, die durch das Detektionslicht verursacht werden, das sequentiell von dem Interferenzradar emittiert wird, und es gibt Interferenzpunkte in den Detektionsergebnissen der Vielzahl von Detektoren. Die Entfernung, die der Vielzahl von Interferenzpunkten entspricht, bezieht sich auf das Zeitintervall, in dem das Interferenzradar das Detektionslicht emittiert. Wenn das Sendezeitintervall der Vielzahl von Laserradpatrouillen des Lidars festgelegt ist und das Zeitintervall der Vielzahl von Laserradpatrouillen des Interferenzradars ebenfalls festgelegt ist, ist die Empfangszeit des Interferenzsignals regelmäßig, und der berechnete Zielabstand weist auch eine gewisse Regelmäßigkeit auf, so dass der Interferenzpunkt eine räumliche Relevanz aufweist.
Unter Bezugnahme auf 1b empfängt das Radar in einem bestimmten horizontalen Winkel (entsprechend den gleichen Achsenkoordinaten) alle fünf Detektoren der Abbildung Interferenzsignale, die kontinuierliche Interferenzpunkte erzeugen, die dem gleichen horizontalen Winkel und dem gleichen vertikalen Winkel entsprechen. Die Entfernungsinformationen, die diesen Interferenzpunkten entsprechen, sind klein und haben eine starke räumliche Relevanz zueinander. Die räumliche Einzelpunktunterscheidungsmethode kann nicht identifiziert werden, und Rauschen wird in der Punktwolke erzeugt.
Basierend auf der obigen Analyse entwirft die vorliegende Erfindung ein Lidar, das ein zufälliges Lichtemissionsschema verwendet, um die räumliche Relevanz des Interferenzpunkts, durch den das Lidar gestört wird, zu reduzieren, den Grad zu erreichen, in dem der Algorithmus identifiziert werden kann, und dann als ein Interferenzsignal herausgefiltert wird.
Zufällige Lichtemission der vorliegenden Erfindung umfasst mehrere Verfahren: Jeder Laser emittiert einen zufälligen Jitter zu der Emissionszeit des Detektionsstrahls; Die Lichtemissionsreihenfolge des Lasers wird zufällig in einer Vielzahl von Lasern ausgewählt, das heißt, anstatt nacheinander von der ersten bis zur N-ten in der Installationsreihenfolge zu emittieren, wird zufällig ein Laser in den N Lasern ausgewählt, und das nächste Mal wird zufällig ein Laser in den verbleibenden N-1 Lasern ausgewählt, oder eine zufällige Reihenfolge wird für N Laser eingestellt, und der entsprechende Laser wird sequentiell in der zufälligen Reihenfolge emittiert (N ist eine positive ganze Zahl, die die Anzahl der benachbarten installierten Laser angibt); Ein Detektionsstrahl, der von jedem Laser emittiert wird, enthält mehrere Impulsen, und es gibt ein zufälliges Zeitintervall zwischen den mehreren Impulsen, die in den Detektionsstrahlen enthalten sind, die von verschiedenen Lasern emittiert werden; Eine Kombination von zwei oder mehr der obigen zufälligen Methoden.
In Kombination mit dem obigen nicht-zufälligen Lichtemissionsschema wird der technische Effekt des Zufalls-Lichtemissionsschemas der vorliegenden Erfindung analysiert. Unter der Annahme, dass mehrere Detektoren des Lidars die gleiche Anzahl von Interferenzsignalen empfängt, da die Übertragung des Interferenzradars regelmäßig ist, ist die tatsächliche Empfangszeit des Interferenzsignals im Vergleich zur nicht zufälligen Lichtemission unverändert, aber die Detektionsstrahlemission des Lidars ist zufällig, so dass die benachbarten zwei Detektoren das Interferenzsignal nicht gleichzeitig empfangen, und der horizontale Winkel und/oder der vertikale Winkel, der der Vielzahl von Interferenzpunkten entspricht, ist nicht benachbart, und der räumliche Abstand des Interferenzpunkts wird größer; Selbst wenn zwei benachbarte Detektoren gleichzeitig Interferenzsignale empfangen, ist der Zielabstand, der gemäß dem Interferenzsignal berechnet wird, zufällig, da die Übertragungszeit des Lidars zufällig ist, und der räumliche Abstand des Interferenzpunkts kann ebenfalls erhöht werden. Daher erzeugt der Erfassungswinkel des Interferenzpunkts und/oder die Entfernung, die dem Interferenzpunkt in der Punktwolke entspricht, auch Zufälligkeit, reduziert die räumliche Relevanz des Interferenzpunkts und legt sie frei, so dass der räumliche Einzelpunktunterscheidungsalgorithmus identifiziert und dann herausgefiltert werden kann.
Die bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend in Kombination mit den Zeichnungen veranschaulicht, und es sollte verstanden werden, dass die hier beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen nur zur Veranschaulichung und Auslegung der Erfindung verwendet werden und nicht zur Definition der Erfindung verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung stellt ein Lidar 10 bereit, wie in 2 gezeigt, umfasst es eine Lasersendevorrichtung 11, eine Steuervorrichtung 12, eine Detektionsvorrichtung 13 und eine Datenverarbeitungsvorrichtung 14.
Die Lasersendevorrichtung 11 umfasst einen Laser 111 und einen damit gekoppelten Treiber 112, der konfiguriert ist, um ein Laserpulssignal zu übertragen. Die Lasersendevorrichtung 11 enthält mindestens einen Laser 111 und einen entsprechenden Treiber 112. In dem Ausführungsbeispiel gemäß 2 wird ein schematisches Diagramm eines Ausführungsbeispiels der Lasersendevorrichtung 11 gezeigt. Die Lasersendevorrichtung 11 umfasst einen Laser 111, einen Treiber 112 und einen Zufallszahlengenerator 15, wobei die Lasersendevorrichtung 11 mehrere Lasern 111, mehrere Treibern 112 und mehrere Zufallszahlengeneratoren 15 enthält, die nachstehend im Detail beschrieben werden. Der Laser 111 kann beispielsweise eine Laserdiode (laser diode, LD), ein kantenemittierender Laser (Edge-emitting laser, EEL) oder ein oberflächenemittierender Vertikalkavitätslaser (Verticalcavity surface-emittierender Laser, VCSEL) sein. Der Treiber 112 kann beispielsweise einen Schalter und eine Spannungsquelle oder einen Energiespeicher umfassen. Die Steuervorrichtung sendet ein Triggersignal an den Schalter, so dass der Schalter eingeschaltet wird, die Spannungsquelle oder die Energiespeichervorrichtung den Laser entlädt, wodurch der Laser angetrieben wird, um einen Laserpuls zu emittieren.
Die Steuervorrichtung 12 ist mit dem Treiber 112 gekoppelt und konfiguriert, um ein Triggersignal basierend auf einer zeitlichen Zufallszahl zu erzeugen, und der Treiber 112 empfängt das Triggersignal der Steuervorrichtung 12 und steuert den gekoppelten Laser 111 an, um ein Laserpulssignal L zu senden. Die zeitliche Zufallszahl kann eine zufällige ganze Zahl oder eine zufällige Gleitkommazahl sein, die einer Zahl oder einem Zeitwert im Zeitbereich entsprechen kann. Die Steuervorrichtung 12 erzeugt ein Triggersignal gemäß der zeitlichen Zufallszahl und steuert den Laser 111 durch den Treiber 112, um die zufällige Lichtemission zu reduzieren, um Interferenz zu reduzieren. Für jede Lasersendevorrichtung 11 kann sie eine oder mehrere voreingestellte Sendezeiten aufweisen. In der vorliegenden Erfindung stellt die Steuervorrichtung 12 zufällig die Sendezeit der Lasersendevorrichtung 11 gemäß einer zeitlichen Zufallszahl ein oder wählt sie aus.
Das Laserpulssignal L wird diffus auf dem Ziel reflektiert, und ein Teil des Echosignals L' kehrt zu dem Lidar 10 zurück, und die Detektionsvorrichtung 13 ist konfiguriert, um das von dem Ziel reflektierte Echosignal L' des Laserpulssignals L zu empfangen und das Echosignal L' in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Die Detektionsvorrichtung 13 kann beispielsweise eine Lawinenphotodiode (APD), eine Einzelphotonen-Lawinendiode (SPAD) oder eine andere Art von Photodetektor umfassen, der ein Echosignal in ein Stromsignal, ein Spannungssignal oder ein digitales Signal umwandeln kann.
Die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 ist konfiguriert, um die Entfernungsinformation des Ziels basierend auf der Zeit zu bestimmen, zu der das Laserpulssignal L gesendet wird, und der Zeit, zu der das Echosignal L' empfangen wird. Die Datenverarbeitungseinrichtung 14 ist beispielsweise mit der Detektionseinrichtung 13 gekoppelt, so dass aus dem elektrischen Signal eine Empfangszeit des Echos berechnet werden kann. Die Datenverarbeitungseinrichtung 14 ist mit der Steuereinrichtung 12 gekoppelt, so dass ein Triggerzeitpunkt des Triggersignals als Sendezeit des Laserpulssignals ermittelt werden kann. Zusätzlich oder alternativ kann die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 mit der Lasersendevorrichtung 11 gekoppelt sein, um eine genauere Sendezeit des Laserpulssignals zu erhalten, die alle im Schutzbereich der vorliegenden Erfindung liegt. Die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 kann einen Analog-Digital-Wandler ADC, einen Zeit-Digital-Wandler TDC und einen oder mehrere der Mikroprozessoren umfassen.
In der vorliegenden Erfindung passt die Steuervorrichtung 12 zufällig die Sendezeit der Lasersendevorrichtung 11 an oder wählt sie aus, und die Datenverarbeitungsvorrichtung kann die Sendezeit erfassen und die Flugzeit des Lichts in Kombination mit der Zeit berechnen, in der der Detektor das Echosignal empfängt, wodurch eine genaue Zielabstandsinformation erhalten wird. Die Sendezeit des Interferenzsignals hat nicht die gleiche Zufälligkeit, so dass die Zeitdifferenz zwischen der Empfangszeit des Interferenzsignals und der zufälligen Sendezeit des Lidars zufällig variiert, so dass die Zeitdifferenz der Vielzahl von Interferenzsignalen und die Entfernungsinformation, die dem Interferenzpunkt entspricht, keine räumliche Relevanz mehr aufweisen und leicht identifiziert werden können.
3a und 3b zeigen ein dreidimensionales/zweidimensionales Diagramm von zufällig lichtemittierenden Informationspunkten, in ähnlicher Weise detektiert das Lidar zwei plattenförmige Ziele in einem bestimmten Abstand, die Y-Achse in 3a entspricht dem Detektionswinkel des Lidars, die Z-Achse entspricht dem Detektionswinkel des Lidars, die X-Achse entspricht dem detektierten Zielabstand und das Lidar kann die in 3a gezeigte dreidimensionale Punktwolke basierend auf dem Echtzeitdetektionswinkel des Lasers und des entsprechenden Detektors und der Zielabstandsinformation erhalten. 3b ist eine zweidimensionale X-Y-Darstellung von 3a. Nach der Verwendung eines zufälligen Lichtemissionsschemas gibt es keine räumliche Relevanz zwischen den von einer Vielzahl von Detektoren empfangenen Interferenzpunkten. Wie in 3a gezeigt, detektiert das zufällig lichtemittierende Lidar zwei plattenförmige Ziele, um einen Teil der Informationspunkte zu erhalten, wobei der hohle Kreis auf der Verbindung den Datenpunkt darstellt, der durch das reale Echo gemessen wird, das von dem Ziel reflektiert wird (der reale Punkt), und der Sternpunkt repräsentiert den Interferenzpunkt. In dem Fall, in dem sich das Lidar nicht bewegt, ist der Abstand von dem Ziel konstant, und die Vielzahl von Datenpunkten, die von der Vielzahl von Detektoren in einer Vielzahl von horizontalen Winkeln gemessen werden, entsprechen dem gleichen Entfernungswert, und es ist ein regelmäßig angeordnetes Punktmatrix auf der Punktwolke, wie in dem realen Punkt in der Abbildung gezeigt; In Kombination mit 3b empfängt das Lidar in einem bestimmten horizontalen Winkel (entsprechend den gleichen Achsenkoordinaten) mehrere Detektoren Interferenzsignale. Da andere Lidars nicht die gleiche Zufalls-Lichtemissionsstrategie verwenden, bilden die durch den Interferenzpunkt berechneten Entfernungswerte divergente Interferenzpunkte in horizontalen Winkeln und vertikalen Winkeln, und die Entfernungsinformationen, die diesen Interferenzpunkten entsprechen, sind sehr unterschiedlich und haben keine räumliche Relevanz zwischen ihnen, so dass sie als räumliche Einzelpunkte zum Filtern identifiziert werden können. Es ist ersichtlich, dass das Zufalls-Lichtemissionsschema verwendet wird, so dass der Interferenzpunkt, durch den das Lidar gestört wird, keine räumliche Relevanz aufweist und durch Berechnen und Identifizieren als Interferenzsignal herausgefiltert werden kann.
Weiter unter Bezugnahme auf 2 enthält das Lidar 10 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung auch einen Zufallszahlengenerator 15, der konfiguriert ist, um eine zeitliche Zufallszahl zu erzeugen, und die Steuervorrichtung 12 ist mit einem Zufallszahlengenerator 15 gekoppelt, um die zeitliche Zufallszahl zu empfangen. Der Zufallszahlengenerator 15 ist ein Pseudozufallszahlengenerator, der zeitliche Zufallszahlen durch eine oder mehrere der folgenden Möglichkeiten erzeugt: 1) Tabellenachschlagmethode. Zufällige Auswahl aus einem vorgespeicherten Satz von Zufallszahlentabellen; 2) Nachdem die Steuervorrichtung 12 ein Triggersignal ausgegeben hat, tastet der Zufallszahlengenerator 15 die Phase des Systemtakts ab und wandelt die Taktphase in einen Zeitwert als eine zeitliche Zufallszahl um; 3) Der Zufallszahlengenerator 15 liest die Systemtemperatur und verwendet die Temperaturdezimalstelle als den Zufallszahlen-Samen, um eine zeitliche Zufallszahl zu erzeugen; 4) Eine Folge von Zufallszahlen wird durch ein lineares Rückkopplungsschieberegister (LFSR) erzeugt. Der Fachmann kann verstehen, dass hier nur eine einfache Aufzählung des Erzeugungsverfahrens vorgenommen wird und Zeitfolge-Zufallszahlen auf andere Weise erzeugt werden können, was innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegt.
Ferner sind in dem Ausführungsbeispiel von 2 die Steuervorrichtung 12 und der Zufallszahlengenerator 15 als separate Komponenten gezeigt, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und es ist auch möglich, den Zufallszahlengenerator 15 in die Steuervorrichtung 12 zu integrieren, oder der Zufallszahlengenerator 15 ist keine Komponente des Lidars 10, sondern befindet sich außerhalb des Lidars 10, was innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegt.
Ferner ist die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 konfiguriert, um die Relevanz einer Vielzahl von Datenpunkten zu berechnen und Entfernungsinformationen, deren Relevanz niedriger als ein voreingestellter Wert ist, als Interferenzsignal herauszufiltern. Es ist ersichtlich, dass das Zufalls-Lichtemissionsschema bewirkt, dass der Interferenzpunkt, durch den das Lidar gestört wird, keine räumliche Relevanz aufweist, so dass der Interferenzpunkt leichter von dem realen Punkt zu unterscheiden ist, was der erste Schritt zur Verringerung der Interferenz ist, der dann durch die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 berechnet und identifiziert wird, als Interferenzsignal herausgefiltert wird und schließlich die Interferenz reduziert wird. Die Relevanz der Abstandsinformation umfasst beispielsweise den Abstand jedes Punktes in der Punktwolke zu einem benachbarten Punkt oder einen Mittelwert des Abstands jedes Punktes zu mehreren benachbarten Punkten. In der Punktwolke des Lidars, die gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, sind die Punkte, die durch die Störquelle erzeugt werden, typischerweise groß und dispergiert von den benachbarten Punkten, so dass durch Einstellen der Entfernungsschwelle die Anzahl der Interferenzpunkte stark eliminiert oder reduziert werden kann.
Das Modul des Lidars 10 wurde oben beschrieben, und als nächstes wird die Implementierung des Zufalls-Lichtemissionsschemas im Detail durch ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel beschrieben.
In der vorliegenden Erfindung besteht das Prinzip der zufälligen Lichtemission-Anti-Interferenz darin, dass die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 des Lidars 10 die tatsächliche Lichtemissionszeit des Lasers 111 kennen kann. Durch Subtrahieren der tatsächlichen Lichtemissionszeit von der Zeit des Empfangs des Echos kann die Flugzeit (time of flight, tof) erhalten werden kann, wodurch die Entfernungsinformation des Ziels umgewandelt wird, die nicht durch die zufällige Änderung der Lichtemissionszeit beeinflusst wird. Für Störquellen (andere Lidars) ist die Laserpulsemissionszeit ein bestimmter Zeitwert oder ein festes Emissionsintervall und es gibt keine Verzögerung, oder da sich die Zufälligkeit der von Lidar 10 verwendeten Verzögerung von der Störquelle unterscheidet, wird der von der Störquelle emittierte Laserpuls oder der Störquellenlaserpuls von der Detektionsvorrichtung 13 desselben Ziels empfangen, und die entsprechende Sendezeit wird subtrahiert, um den Flugzeitwert tof zu erhalten, und dann kann die resultierende Entfernungsinformation räumlich nicht korreliert werden und kann daher als Interferenzpunkt herausgefiltert werden.
4 zeigt ein Zeitfolge-Diagramm bei zufälliger Lichtemissionszeit nach dem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Für einen Laser der Lasersendevorrichtung 11 kann die Steuervorrichtung 12 beispielsweise mehrere Lichtemissionszeiten voreingestellte Lichtemissionszeiten t1, t2, ..., tn im Voraus speichern, wie in 4 gezeigt, nachdem die Steuervorrichtung 12 eine zeitliche Zufallszahl von dem Zufallszahlengenerator 15 empfangen hat, wird von der Mehrzahl von voreingestellten Lichtemissionszeiten t1, t2, ..., tn eine Lichtemissionszeit tx als die Lichtemissionszeit des Lasers gemäß der zeitlichen Zufallszahl ausgewählt, und die Steuervorrichtung 12 gibt ein Triggersignal zu der Lichtemissionszeit tx aus, und der Treiber 112 empfängt das Triggersignal und steuert den mit ihm gekoppelten Laser 111 an, um ein Laserpulssignal auszugeben. Für den Laser 111 ist der Zeitpunkt, zu dem ein einzelner Laserpuls gesendet wird, zufällig, während die Störquelle (anderes Lidar) da die Sendezeit des Laserpulses ein bestimmter Zeitwert ist, und wenn die Detektionsvorrichtung 13 zwei Impulssignale empfängt, kann der durch das Interferenzsignal erzeugte Interferenzpunkt leicht identifiziert werden, wodurch eine Verringerung der Interferenz erreicht wird. Vorzugsweise ist die Zeitreihenzufallszahl eine ganze Zahl zwischen 1 und n. Alternativ werden mehrere voreingestellte Lichtemissionszeiten t1, t2, ..., tn im Zufallszahlengenerator 15 vorgespeichert. Der Zufallszahlengenerator erzeugt eine zufällige ganze Zahl X zwischen 1 und n, wählt dann die voreingestellte Beleuchtungszeit tx aus und gibt sie an die Steuervorrichtung 12 aus.
Alternativ ist die Zeitzufallszahl, die von dem Zufallszahlengenerator 15 ausgegeben wird, ein spezifischer Zeitwert. Für jeden Laser 111 variiert seine Lichtemissionszeit zwischen 0 und tmax, und der Zufallszahlengenerator 15 ist konfiguriert, um eine zufällige Gleitkommazahl zwischen 0 und tmax als eine zeitliche Zufallszahl zu erzeugen. Nachdem die Steuervorrichtung 12 die zufällige Gleitkommazahl empfangen hat, sendet sie ein Triggersignal zu dem Zeitpunkt aus, der der zufälligen Gleitkommazahl entspricht, um den Laser 111 anzutreiben, um ein Laserpulssignal auszugeben.
Ferner wird tmax basierend auf dem maximalen Zeitintervall bestimmt, in dem ein Laser Lichtemission/Detektor aktiviert, um eine entsprechende Detektion zu empfangen. Zum Beispiel beträgt die Flugzeit, die der weitesten Detektionsdistanz von 200 m entspricht, 1,33 kis, und unter der Annahme, dass das Zeitintervall der benachbarten zwei Detektionszuweisungen 1,5 µs beträgt, übersteigt tmax nicht 0,17 µs, um den normalen Betrieb der nächsten Detektion sicherzustellen. Das Zeitintervall zwischen zwei benachbarten Detektionen kann basierend auf der Bildrate, der Drehzahl, der Anzahl der Linien oder der Auflösung des Lidars zugewiesen werden.
Zusätzlich ist in 4 nur ein Einzelpulssignal gezeigt, d.h. ein Detektionsstrahl enthält nur einen Impuls; Der Fachmann kann leicht verstehen, dass das Laserpulssignal, das von dem Laser emittiert wird, mehrere Impulse sein kann, d.h. ein Detektionsstrahl enthält mehrere Impulse. Mehrere voreingestellten Lichtemissionszeiten t1, t2, ..., tn, wie in 4 gezeigt, stellen den Zeitpunkt dar, zu dem der erste von jedem Laser emittierte Puls emittiert wird.
5 zeigt eine Zeitfolge-Diagramm mit zufällig verzögerter Lichtemission nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Für den Laser der Lasersendevorrichtung 11 hat jede Laserdetektionsimpulsemission eine voreingestellte Lichtemissionszeit. In der vorliegenden Erfindung erzeugt der Zufallszahlengenerator 15 eine zufällige Lichtemissionsverzögerung, und die Steuervorrichtung 12 wird als eine Verzögerung der Lichtemissionszeit des Lasers verwendet, wodurch die tatsächliche Lichtemissionszeit des Lasers geändert wird. In dem in 5 gezeigten Ausführungsbeispiel führt der Laser jede Flugzeitmessung durch, wie zum Beispiel das Senden von zwei Detektionsimpulsen, wobei der Laser 111-1 als Beispiel genommen wird, die zwei Detektionsimpulse p1 bzw. p1' sind und die voreingestellten Lichtemissionszeiten der Detektionsimpulse p1 bzw. p 1' t1 bzw. t1' sind, wie in den Detektionsimpulsen gezeigt, die in der realen Linie in der Emissionswellenform des Lasers 111-1 in 5 gezeigt sind. Für den Detektionsimpuls p1 verzögert die Steuervorrichtung 12 die Lichtemissionszeit t1 gemäß der Zufalls-Lichtemissionsverzögerung τ1, die durch den Zufallszahlengenerator 15 erzeugt wird, und die in dem Bild gezeigte Verzögerung τ1 ist ein negativer Wert, so dass die Lichtemissionszeit t1 tatsächlich vorgezogen wird; In ähnlicher Weise verzögert die Steuervorrichtung 12 die Lichtemissionszeit t1' gemäß der Zufalls-Lichtemissionsverzögerung τ1', die durch den Zufallszahlengenerator 15 erzeugt wird, und die in dem Bild gezeigte Verzögerung τ1' ist positiv, so dass die Lichtemissionszeit t1' tatsächlich verzögert wird. Für den Laser 111-1 werden die Sendezeiten der beiden Detektionsimpulse jeweils unterschiedlich vorverlegt und verzögert. Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann derselbe Laser bei einer Flugzeitmessung auch die Verzögerung der Vielzahl von Detektionsimpulsen gleich sein, d.h. mit dem gleichen positiven und negativen Vorzeichen und dem gleichen absoluten Wert.
Alternativ kann die Steuervorrichtung 12 auch n verschiedene Verzögerungsbeträge τ1, τ2, ..., τn vorspeichern, wobei positive und negative Verzögerungsbeträge enthalten sein können, erzeugt der Zufallszahlengenerator 15 eine zufällige ganze Zahl X im Bereich von 1-n und gibt sie an die Steuervorrichtung aus, die den Verzögerungsbetrag τX gemäß der zufälligen ganzen Zahl X auswählt, ein Triggersignal nach der Verzögerung τ1 plus der voreingestellten Lichtemissionszeit ausgibt, wobei der entsprechende Treiber 112 das Triggersignal empfängt und den Laser 111-1 antreibt, um ein Laserpulssignal auszugeben, wodurch die Zufälligkeit der Lichtemissionszeit durch ein zufälliges Lichtemissionsverzögerungsschema realisiert wird. Ferner umfasst die Lasersendevorrichtung 11 mehrere Lasern 111, Lasern 111-1, Lasern 111-2, Laser 111-3, ..., Laser 111-n, wobei jeder Laser 111 eine voreingestellte Lichtemissionszeit aufweist. Der Zufallszahlengenerator 15 erzeugt eine zufällige Lichtemissionsverzögerung τ oder eine zufällige ganze Zahl X, und die Steuervorrichtung 12 bestimmt dementsprechend die Verzögerung der Lichtemissionszeit jedes Lasers 111. Entsprechend dem Laser 111-1 gibt die Steuervorrichtung 12 ein Triggersignal nach der Verzögerung τ1 plus der voreingestellten Lichtemissionszeit aus und der entsprechende Treiber 112 empfängt das Triggersignal und treibt den damit gekoppelten Laser 111-1 an, um ein Laserpulssignal auszugeben; Entsprechend dem Laser 111-2 gibt die Steuervorrichtung 12 ein Triggersignal nach der Verzögerung τ2 plus der voreingestellten Lichtemissionszeit aus und der entsprechende Treiber 112 empfängt das Triggersignal und treibt den damit gekoppelten Laser 111-2 an, um ein Laserpulssignal auszugeben; Entsprechend dem Laser 111-3 gibt die Steuervorrichtung 12 ein Triggersignal nach der Verzögerung τ3 plus der voreingestellten Lichtemissionszeit aus und der entsprechende Treiber 112 empfängt das Triggersignal und treibt den damit gekoppelten Laser 111-3 an, um ein Laserpulssignal auszugeben; und so weiter. Die obige Operation wird für die nächste Flugzeitmessung jedes Lasers wiederholt. Wie in 5 gezeigt, ist der reale Linienpuls eine voreingestellte Lichtemissionszeit, und eine Verzögerung τ wird zu der voreingestellten Lichtemissionszeit addiert, so dass die tatsächliche Lichtemissionszeit jedes Lasers zufällig ist. Der Wert kann ein positiver oder negativer Wert sein, wie zum Beispiel ein positiver Wert, der anzeigt, dass die tatsächliche Lichtemissionszeit verzögert ist als die voreingestellte Lichtemissionszeit, wie durch den ersten Laserpuls des Lasers 111-3 und des Lasers 111-n in 5 gezeigt, und die tatsächliche Lichtemissionszeit, die durch den gestrichelten Puls dargestellt wird, ist später als die voreingestellte Lichtemissionszeit, die durch den realen Linienpuls dargestellt wird; Der negative Wert zeigt an, dass die tatsächliche Lichtemissionszeit früher ist als die voreingestellte Lichtemissionszeit. Der erste Laserpuls des Lasers 111-1 und des Lasers 111-2 in 5 und die tatsächliche Lichtemissionszeit, die durch den gestrichelten Puls dargestellt wird, ist früher als die voreingestellte Lichtemissionszeit, die durch den realen Linienpuls dargestellt wird.
Ferner verringert die Verzögerung τ die räumliche Relevanz des Interferenzpunkts, und es ist zu erwarten, dass je größer der Wert (absoluter Wert) der Verzögerung ist, desto geringer ist die räumliche Relevanz des Interferenzpunkts. In einem Einzelpunktunterscheidungsalgorithmus kann der Abstand zwischen jedem Punkt in der Punktwolke und einem benachbarten Punkt oder der Durchschnitt der Entfernung zwischen jedem Punkt und einer Vielzahl von benachbarten Punkten berechnet werden, und der Relevanzsdistanzschwellenwert kann eingestellt werden. Wenn der Abstand zwischen einem Punkt und einem benachbarten Punkt größer als der Schwellenwert ist, wird beurteilt, dass der Punkt ein Interferenzpunkt ist, um ihn herauszufiltern. Daher sollte der Relevanzsdistanzschwellenwert größer als der Abstand des realen Datenpunkts und kleiner als der mögliche Abstand des Interferenzpunkts sein. Je größer der Wert innerhalb des möglichen Wertebereichs der Verzögerung ist, desto größer ist der räumliche Abstand des Interferenzpunkts und der entsprechende Relevanzsdistanzschwellenwert kann entsprechend erhöht werden.
In 5 emittiert jeder Laser zwei Detektionsimpulse in einer Flugzeitmessung, und die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, kann auch einen Detektionsimpuls emittieren oder drei oder mehr Detektionsimpulse emittieren, was alle innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegt.
Zusätzlich zu der Möglichkeit, die Emissionszeit jedes Detektionsimpulses gemäß der zeitlichen Zufallszahl einzustellen, kann die Steuervorrichtung 12 auch direkt das Zeitintervall zwischen den Doppelimpulsen in einem Detektionsstrahl einstellen, was hier nicht wiederholt wird.
Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung stellt die Steuervorrichtung 12 die Lichtemissionsreihenfolge einer Vielzahl von Lasern gemäß der Zeitreihenzufallszahl ein. Im Folgenden wird es unter Bezugnahme auf detailliert beschrieben.
6a zeigt ein schematisches Diagramm, wenn der Laser sequentiell Licht emittiert, wobei das Lidar 10 in der Figur eine Detektion durchführt und daneben ein Lidar 10' als Störquelle vorhanden ist. Zur Vereinfachung der Einführung wird das Erfassungsgesichtsfeld in ein zweidimensionales Gitter unterteilt, wobei jedes Quadrat ein Untergesichtsfeld darstellt und die horizontalen und vertikalen Spalten des Gitters mehrere Untergesichtsfelder enthalten. Zum Beispiel umfasst die Lasersendevorrichtung 11 eine Spalte von fünf Lasern 111, und die Detektionsvorrichtung 13 enthält eine Spalte von fünf Detektoren, die den fünf Lasern 111 entsprechen, und die fünf Laser 111 haben eine vorbestimmte Lichtemissionsreihenfolge und die entsprechenden Detektoren führen nacheinander eine Detektion durch. Wenn das Lidar 10 eine Entfernungsmessung durchführt, emittieren mehrere Lasern 111 der gleichen Spalte sequentiell Licht, in der Reihenfolge von 1-2-3-4-5 in 6a, welches Licht sequentiell von den entsprechenden Detektoren empfangen wird. Wenn es eine Störquelle Lidar 10' gibt, ist das Detektionslicht, das in der Reihenfolge von a-b-c-d-e emittiert wird, Lidar 10 und 10' weisen die gleiche Reihenfolge des Detektionsfeldes auf, wie in 6a gezeigt, kann das Echo, das durch das Detektionslicht erzeugt wird, das von dem Lidar 10' emittiert wird, von dem Detektor des Lidars 10 in der gleichen Reihenfolge empfangen werden, was zu einer räumlichen Relevanz zwischen den mehreren Interferenzpunkten führt, die von dem Detektor des Lidars 10 und dem realen Punkt gemessen werden, was schwierig herauszufiltern ist.
6b zeigt ein zufälliges Interferenzdiagramm der Lichtemissionsreihenfolge des dritten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung: Wenn sich das Lidar 10 in einem Entfernungsmesszustand befindet, emittieren mehrere Laser 111 der gleichen Spalte Licht in der Reihenfolge von 3-5-1-2-4 und die entsprechenden Detektoren empfangen Licht in der Reihenfolge von 3-5-1-2-4. Wenn ein Störquellen-Lidar 10', ein Detektionslicht, das in der Reihenfolge a-b-c-d-e emittiert wird, oder ein reflektiertes Licht, das an einem bestimmten Ziel erzeugt wird, wie in 6b gezeigt, kann es von dem Detektor 131 in einer anderen Reihenfolge empfangen werden, und es gibt keine räumliche Relevanz zwischen den mehreren von dem Detektor 131 gemessenen Interferenzpunkten, die leicht herausgefiltert werden können.
Daher kann der Zufallszahlengenerator 15 für n Laser jeweils eine zufällige ganzzahlige Sequenz erzeugen, und die Steuervorrichtung 12 steuert dann n Laser, um Detektionsimpulse gemäß der zufälligen ganzzahligen Sequenz zu emittieren.
Die Lichtemissionssequenz ist zufällig, d.h. die Reihenfolge, in der mehrere Laser Licht emittieren, ist zufällig, was dem Anlegen einer größeren Verzögerung auf die Lichtemissionszeit entspricht. Zum Beispiel emittiert die Störquelle Licht in der Reihenfolge 1-2-3-4-5 und das Lidar emittiert Licht in der Reihenfolge 3-5-1-2-4, selbst wenn das Interferenzsignal auf jedem Detektor empfangen wird, empfängt der fünfte Detektor des Lidars das Interferenzsignal, das durch die zweite Lichtemission der Störquelle erzeugt wird, und der vierte Detektor empfängt das Interferenzsignal, das durch die fünfte Lichtemission der Störquelle erzeugt wird, und das Zeitintervall der zweiten und fünften Lichtemission der Störquelle ist sehr unterschiedlich, und der Abstand, der den zwei Interferenzpunkten entspricht, die durch den benachbarten vierten Detektor und den fünften Detektor verursacht werden, ist ebenfalls sehr unterschiedlich und wird leicht als räumlicher Einzelpunkt freigelegt.
Zusammenfassend umfasst das Zufalls-Lichtemissionsschema vier Möglichkeiten, nämlich zufällige Lichtemissionszeit, zufällige Lichtemissionsverzögerung, zufällige Lichtemissionssequenz und zufälliges Lichtemissionsintervall. Die vier Schemata können kombiniert werden, wie zum Beispiel die zufällige Lichtemissionssequenz und die zufällige Lichtemissionszeit, die die räumliche Relevanz jedes Interferenzpunkts weiter reduzieren kann. Der Fachmann kann verstehen, dass das Zufalls-Lichtemissionsschema oben durch eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben wird, solange die Lichtemissionszeit des Lasers basierend auf einer zeitlichen Zufallszahl gesteuert wird, was innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung liegt.
Die Modulkonfiguration des Lidars, das das obige Zufalls-Lichtemissionsschema implementiert, wird weiterhin durch das vierte/fünfte/sechste Ausführungsbeispiel beschrieben.
7 zeigt ein schematisches Diagramm der Verteilung mehrerer Lidars. Die Lasersendevorrichtung 11 umfasst mehrere Lasern 111, wie mit runden Punkten in 7 gezeigt, wobei die Vielzahl von Lasern 111 an einer oder mehreren Leiterplatten befestigt ist und unterschiedliche Liniendichteverteilungen durch die Anzahl von Lasern erhalten werden, die auf der Leiterplatte installiert sind, und die Einbauposition der Leiterplatte. Das obige Zufalls-Lichtemissionsschema der vorliegenden Erfindung kann unabhängig für jede Laserspalte gesteuert werden; Es ist auch möglich, alle Laser als Ganzes zu verwenden, und die Lichtemissionszeit jedes Lasers ist im Vergleich zu anderen Lasern zufällig.
8 zeigt ein Lidar-Moduldiagramm des vierten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei die Lasersendevorrichtung 11 mehrere Laser 111-1, 111-2, ..., 111-n und Treiber 112-1, 112-2, ..., 112-n, die die gleiche Anzahl wie die Laser aufweisen und damit eineindeutig gekoppelt sind, umfasst. Zusätzlich enthält das Lidar 10 Zufallszahlengeneratoren 15-1, 15-2, ..., 15-n, die die gleiche Anzahl wie die Laser 111 haben und ihnen eineindeutig zugeordnet sind. In dem Entfernungsmessungszustand des Lidars 10 erzeugt die Steuervorrichtung 12 ein Triggersignal basierend auf einer Zeitzufallszahl, die durch einen Zufallszahlengenerator 15 erzeugt wird, und der entsprechende Treiber 112 steuert den gekoppelten Laser 111 an, um ein Laserpulssignal gemäß dem Triggersignal zu emittieren, und so weiter, und schließlich entspricht jeder Zufallszahlengenerator 15 einem Treiber und einem Laser, der eine zufällige Lichtemissionszeit, eine zufällige Lichtemissionsverzögerung und ein zufälliges Lichtemissionsintervall erreichen kann. Ferner kann die Steuervorrichtung 12 ferner die Reihenfolge der Vielzahl von Triggersignalen basierend auf einer Vielzahl von Zeitreihenzufallszahlen steuern und dann den gekoppelten Laser 111 durch den entsprechenden Treiber 112 antreiben, um Licht in einer zufälligen Reihenfolge zu emittieren, wodurch ein zufälliges Schema der Lichtemissionsreihenfolge realisiert werden kann. Um die Interferenz weiter zu reduzieren, können mehrere Zufalls-Lichtemissionsschemata kombiniert werden.
9 zeigt ein Lidar-Moduldiagramm des fünften Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei die Lasersendevorrichtung 11 mehrere Laser 111-1, 111-2, ..., 111-n und Treiber 112-1, 112-2, ..., 112-n, die die gleiche Anzahl wie die Laser aufweisen und damit eineindeutig gekoppelt sind, umfasst. Zusätzlich enthält das Lidar 10 einen Zufallszahlengenerator 15. In dem Entfernungsmessungszustand des Lidars 10 erzeugt die Steuervorrichtung 12 mehrere Triggersignalen basierend auf einer Vielzahl von Zeitreihenzufallszahlen, die durch den Zufallszahlengenerator 15 erzeugt werden, und die Vielzahl von Treibern 112 steuert den gekoppelten Laser 111 an, um Laserpulssignale gemäß dem entsprechenden Triggersignal zu emittieren, wodurch eines der vier Schemata zufällige Lichtemissionszeit, zufällige Lichtemissionsverzögerung, zufälliges Lichtemissionsintervall und zufällige Lichtemissionsreihenfolge realisiert werden kann.
10 zeigt ein Lidarmoduldiagramm des sechsten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung, wobei die Lasersendevorrichtung 11 mehrere Lasern 111 und Treiber 112, die die gleiche Anzahl von Lasern 111 aufweist und damit eineindeutig gekoppelt sind, umfasst. Mehrere Laser 111 und Treiber 112 sind gruppiert, beispielsweise eine Reihe von Lasern 111, wie in 7 gezeigt, und entsprechende Treiber 112 werden einer Gruppe zugeordnet (wie in 7 eine Gruppe mit gestricheltem Block gezeigt), wie in 10 gezeigt, werden eine erste Gruppe,..., eine n-te Gruppe erhalten. Die Relevanz der Informationspunkte, die durch den Laser 111 in jeder Gruppe gemessen werden, ist hoch, so dass jede Gruppe von Lasern unabhängig gesteuert werden kann. Das Lidar 10 enthält mehrere Zufallszahlengeneratoren 15, die der Anzahl von Gruppen entsprechen, wobei die von jedem Zufallszahlengenerator 15 erzeugten Zeitfolge-Zufallszahlen einer Gruppe von Lasern 111 und Treibern 112 entsprechen, die eines der vier Schemata zufällige Lichtemissionszeit, zufällige Lichtemissionsverzögerung, zufälliges Lichtemissionsintervall und zufällige Lichtemissionssequenz realisieren können.
Das obige Schema der Zufalls-Lichtemission wird durch sechs bevorzugte Ausführungsbeispiele eingeführt, so dass der Interferenzpunkt, durch den das Lidar gestört wird, keine räumliche Relevanz aufweist, so dass es leicht ist, das Interferenzsignal zu unterscheiden und herauszufiltern. Um die Inteferenzbeständigkeit weiter zu verbessern, kann das Zufalls-Lichtemissionsschema auch mit dem Mehrfachimpulscodierungsschema kombiniert werden, um das Echosignal zu identifizieren, indem beurteilt wird, ob die Codierung des Echosignals mit der Codierung der übertragenen Impulssequenz identisch ist.
Das Zufalls-Lichtemissionsschema und das Mehrpulscodierungsschema werden weiterhin durch das siebte und das achte Ausführungsbeispiel beschrieben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuervorrichtung 12 ferner konfiguriert ist, um den Treiber 112 zum Ansteuern des gekoppelten Lasers 111 zu steuern, um somit eine Laserpulssequenz mit einer Mehrpulscodierung zu emittieren, wobei die Mehrpulscodierung eine Zeitreihencodierung, eine Amplitudencodierung und/oder eine Impulsbreitencodierung umfasst.
Konkret ist das von dem Laser 111 emittierte Detektionslicht eine Impulssequenz, die N Impulse enthält, und N ist eine ganze Zahl ≥ 2, d.h. mehrere Impulse.
11 zeigt ein Zeitfolge-Diagramm bei zufälliger Lichtemissionszeit in Verbindung mit Mehrpulscodierung nach einem siebten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Am Beispiel von N=2, nämlich bei einem Doppelimpuls, erzeugt für den Laser 111-1 der Zufallszahlengenerator 15 zwei zeitliche Zufallszahlen: t11 und t12. Dabei steht t11 für die zufällige Lichtemissionszeit des ersten Impulses und 112 für die zufällige Lichtemissionszeit des zweiten Impulses. t11 und t12 sind zufallszahlen, sodass das zeitliche Intervall t12-t11 des Doppelimpulses auch zufällig ist. In ähnlicher Weise sind die zwei Pulsemissionszeiten des Lasers 111-2 t21, t22, ..., die zwei Pulsemissionszeiten tn1 und tn2 des Lasers 111-n Zufallszahlen, und für zeitliches Intervall gilt t12-t11≠t22-t21≠t32-t31≠......≠tn2-tn1. Wenn N> 2 ist, enthält die Laserpulssequenz mehrere Laserpulse, wie z. B. einen ersten Impuls, einen zweiten Impuls, ..., einen N-ten Impuls. Die Lichtemissionszeit der Vielzahl von Laserpulsen basiert auf der zeitlichen Zufallszahl, so dass das Zeitintervall der Vielzahl von Impulsfronten zufällig ist. In ähnlicher Weise kann das zeitliche Intervall einer Vielzahl von Impulsen direkt unter Verwendung eines zufälligen Lichtemissionsintervallschemas eingestellt werden, und der gleiche zufällige Effekt kann erreicht werden. Der Unterschied zu einem zufälligen Lichtemissionszeitschema allein besteht darin, dass die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 das Echosignal gemäß dem Zeitfolge-Code identifizieren kann.
12 zeigt eine Zeitfolge-Diagramm mit zufällig verzögerter Lichtemission in Verbindung mit Mehrpulscodierung nach einem achten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; Ein festes Lichtemissionsintervall wird in Verbindung mit einem zufälligen Ereignisjitter verwendet. Am Beispiel eines Doppelpulses ist eine feste Lichtemissionszeit von zwei Impulsen für jeden Laser 111 eingestellt, und eine zufällige Verzögerung wird zu beiden Lichtemissionszeiten hinzugefügt, um die Impulsfront des ersten Impulses zufällig zu machen, d.h. die Lichtemissionszeit wird randomisiert; Das Frontintervall zwischen dem zweiten Impuls und dem ersten Impuls ist ebenfalls zufällig, d.h. das Impulszeitintervall ist codiert. Dies ist eine andere Implementierung der Zeitreihencodierung der Mehrfachimpulscodierung, und die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 kann das Echosignal gemäß der Zeitreihencodierung identifizieren.
Die obige Codierung ist eine Laserpulssequenz mit Intervallen im Zeitfolge, die als Zeitfolge-Codierung bezeichnet werden kann. Gleichzeitig kann es sich auch um eine Impulssequenz handeln, die zeitlich durch Impulsintensität moduliert wird, was als Amplitudencodierung oder eine Kombination von zwei Codierungsverfahren bezeichnet werden kann, d.h. eine Impulssequenz mit Intervallen und Impulsintensitätsmodulation im Zeitfolge. Zusätzlich kann die Impulsbreite basierend auf der zeitlichen Zufallszahl geändert werden, um eine Impulsbreitencodierung zu erreichen. Durch die Kombination dieser drei Codierungen kann ein Zeitintervall von mehreren Impulsen erreicht werden, und die Breite jedes Impulses und die Amplitude jedes Impulses werden randomisiert, und die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 kann das Echosignal leichter identifizieren Insbesondere wird die Mehrpulscodierungs-Laserübertragungsvorrichtung 11 verwendet, um den übertragenen Impuls als eine erste Codierung zu codieren. Nachdem die Detektionsvorrichtung 13 das Echo empfangen hat, erfasst die Datenverarbeitungsvorrichtung 14 die zweite Codierung der Echopulssequenz, um zu bestimmen, ob die zweite Codierung die gleiche wie die erste Codierung ist, und wenn die zweite Codierung die gleiche wie die erste Codierung ist, wird das Echo als das Echosignal der codierten Impulssequenz verwendet. Da die übertragene Impulscodierung zufällig ist, ist es einfach, Echosimpulse zu identifizieren und Interferenzen herauszufiltern, wodurch der Entstörungseffekt verbessert wird.
Die Amplitudencodierung und die Impulsbreitencodierung in der Mehrpulscodierung basieren hauptsächlich auf der Treiberimplementierung, die nachstehend weiter beschrieben wird.
13 zeigt ein schematisches Diagramm einer Treiberstruktur mit Mehrpulscodierung; der Treiber umfasst mehrere Ladeeinheiten und Energiespeichervorrichtungen. Wenn das Schalttriggersignals (TRIGGER) ein Ausschalten des Schalters bewirkt, lädt die Ladeeinheit unter Steuerung von dem Schaltersteuersignal (GATE 1, GATE2, ..., GATEN) die Energiespeicher nacheinander auf. Nach dem Laden steuert das Schalttriggersignal (TRIGGER) das Schließen des Schalters und der Energiespeicher beginnt sich zu entladen, so dass der Laser einen Laserpuls emittiert.
14 zeigt ein Zeitfolge-Diagramm eines mehrpulscodierten Steuersignals und eines Schalttriggersignals. Nach Ende eines Schaltersteuersignals (GATE1, GATE2, ..., GATEN) wird ein Schalttriggerschalter (TRIGGER) ausgelöst. Z. B. löst die zeitliche fallende Flanke des in 14 gezeigten Schalttrigersignals (GATE1, GATE2,... GATEN) die fallende Flanke des Triggerschalter-Triggersignals (TRIGGER); Wenn das Ende des Schalttriggersignals (TRIGGER) die ansteigende Flanke des Zeitfolge-Signals ist, wird diese ansteigende Flanke als Triggerzeitpunkt des Schaltersteuersignals verwendet, um sicherzustellen, dass der Sendevorgang nach dem Ende des Ladens beginnt und der nächste Lade-Emissionsvorgang sofort nach dem Ende des vorherigen Lade-Lichtemissionsprozesses gestartet werden kann.
In 14 ist die Zeitbreite des Schaltsteuersignals (GATE1, GATE2, ..., GATEN) gleich, wodurch sichergestellt wird, dass die verschiedenen Impulsbreiten in der übertragenen Impulssequenz im Wesentlichen konsistent sind Zusätzlich kann die Steuerung der Intensität des übertragenen Impulses erreicht werden, indem die Breite des Schaltersteuersignals in verschiedenen Impulssequenzen gesteuert wird. Wenn beispielsweise das Schaltsteuersignal GATE1 eine andere Signaldauer als das Schaltsteuersignal GATE2 aufweist, dann ist auch die in der Energiespeichereinrichtung eingefüllte elektrische Leistung unterschiedlich und somit die emittierte Einzelpulsintensität unterschiedlich. Gemäß der Länge verschiedener Schaltsteuersignale kann die Steuerung der Sendeimpulsbreite gesteuert werden, wodurch die Unterscheidung der Echosignale realisiert wird und Interferenz zwischen verschiedenen Sendesignalsequenzen vermieden wird.
15 zeigt ein schematisches Diagramm einer anderen mehrpulscodierten Treiberstruktur, wobei mehrere Energiespeichervorrichtungen mit der Stromversorgung verbunden ist, wobei jede Energiespeichervorrichtung mit einem Steuerschalter verbunden ist, der für das Steuern des Einschaltens der Energiespeichervorrichtung und des Lasers verantwortlich ist. Wenn der Steuerschalter zwischen einem Energiespeicher und dem Laser geschlossen ist, treibt die in dem Energiespeicher gespeicherte Ladung den Laser an, Laserpulse zu emittieren.
Jede Einheit in 15 ist unabhängig voneinander geschaltet, und der Steuerschalter wird unabhängig von der Steuereinheit gesteuert, und zur gleichen Zeit im Zeitfolge kann die Steuereinheit den Steuerschalter steuern, um den Steuerschalter unabhängig zu öffnen oder zu schließen. Wenn mehrere Steuerschalter gleichzeitig geschlossen sind, ist die emittierte Laserpulsenergie die Summe der Energie mehrerer Energiespeicher. Die Detektion von Objekten mit großer Entfernung kann erreicht werden, indem mehrere Steuerschalter gleichzeitig geschlossen werden, um hochenergetische Impulse zu senden. Durch Steuern der Anzahl und des Zeitpunkts der Steuerschalter, die im Zeitfolge geschlossen sind, kann die Form des Impulses gesteuert werden, der im Zeitfolge gesendet wird. Zum Beispiel ist zu einem bestimmten Zeitpunkt nur ein Steuerschalter geschlossen, dann beträgt die zu diesem Zeitpunkt emittierte Impulsintensität 1 Einheit, und zu dem nachfolgenden Zeitpunkt sind N Steuerschalter geschlossen, dann beträgt die zu dem entsprechenden Zeitpunkt emittierte Impulsintensität N Einheiten. Das Zeitfolge und die Intensität des Sendeimpulses können gesteuert werden, indem die Anzahl der geschlossenen Schalter zu verschiedenen Zeiten durch die Steuereinheit gesteuert wird.
Zusammenfassend kann das Zeitfolge, die Amplitude und die Impulsbreite des Laserpulses durch Steuern des Treibers codiert werden. Durch Bestimmen, ob die Echocodierung mit der emittierten Laserpulssequenzcodierung identisch ist, wird das Echosignal identifiziert, und der Entstörungseffekt wird weiter verbessert.
Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Entfernungsmessverfahren 100 bereit, wie in 16 gezeigt, wobei das Verfahren umfasst:

Schritt S101: Generieren einer zeitlichen Zufallszahl;
Schritt S102: Steuern mindestens eines Treibers der Lasersendevorrichtung basierend auf der Zeitreihenzufallszahl, um einen gekoppelten Laser zum Emittieren eines Laserpulssignals anzutreiben;
Schritt S103: Empfangen eines Echosignals, das durch Reflexion des Laserpulssignals an einem Ziel erzeugt wird; und
Schritt S104: Bestimmen der Entfernungsinformation des Ziels basierend auf der Sendezeit des Laserpulssignals und der Zeit, zu der das Echosignal empfangen wird.

Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Lidar 20 bereit, wie in 17 gezeigt, umfasst es eine Lasersendevorrichtung 21, eine Steuervorrichtung 22, eine Detektionsvorrichtung 23 und eine Datenverarbeitungsvorrichtung 24, wobei
die Steuervorrichtung 22 konfiguriert ist, um ein Triggersignal basierend auf einer zeitlichen Zufallszahl zu erzeugen;
die Lasersendevorrichtung 21 mindestens einen Laser 211 und einen Treiber 212, der mit dem Laser 211 gekoppelt ist, umfasst, wobei der Treiber 212 konfiguriert ist, um den Laser 211 anzusteuern, um ein Laserpulssignal gemäß dem Triggersignal zu emittieren;
die Detektionsvorrichtung 23 konfiguriert ist, um ein Echosignal, das durch Reflexion des Laserpulssignals an einem Ziel erzeugt wird, zu empfangen, und das Echosignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und
die Datenverarbeitungsvorrichtung 24 eine Entfernungsinformation des Ziels basierend auf einer Zeit, zu der das Laserpulssignal übertragen wird, und einer Zeit, zu der das Echosignal empfangen wird, bestimmt,
das Laserpulssignal eine Laserpulssequenz mit einer Mehrpulscodierung ist, wobei die Mehrpulscodierung eine Zeitreihencodierung, eine Amplitudencodierung und/oder eine Impulsbreitencodierung umfasst.
Schließlich sollte angemerkt werden, dass bisher nur bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert wurden, die keineswegs zur Einschränkung der Erfindung dienen. Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die vorstehenden Ausführungsbeispiele ausführlich beschrieben wurde, versteht sich für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet, dass Modifikationen an den in den vorhergehenden Ausführungsbeispielen beschriebenen technischen Ausgestaltungen oder gleichwertige Ersetzungen einiger der darin enthaltenen Merkmale möglich sind. Jegliche Modifikationen, gleichwertige Substitutionen und Verbesserungen im Rahmen der Grundideen und der Prinzipien der vorliegenden Erfindung sollen von dem Schutzumfang der Erfindung umfasst sein.

Claims

Lidar, umfassend: eine Lasersendevorrichtung, eine Steuervorrichtung, eine Detektionsvorrichtung und eine Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um ein Triggersignal basierend auf einer zeitlichen Zufallszahl zu erzeugen; die Lasersendevorrichtung mindestens einen Laser und einen Treiber, der mit dem Laser gekoppelt ist, umfasst, wobei der Treiber konfiguriert ist, um den Laser anzusteuern, um ein Laserpulssignal gemäß dem Triggersignal zu emittieren; die Detektionsvorrichtung konfiguriert ist, um ein Echosignal zu empfangen, das durch Reflexion des Laserpulssignals an einem Ziel erzeugt wird, und das Echosignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und die Datenverarbeitungsvorrichtung konfiguriert ist, um Entfernungsinformationen des Ziels basierend auf einer Zeit, zu der das Laserpulssignal gesendet wird, und einer Zeit, zu der das Echosignal empfangen wird, zu bestimmen.
Lidar nach Anspruch 1, umfassend ferner einen Zufallszahlengenerator, der konfiguriert ist, um die zeitliche Zufallszahl zu erzeugen, wobei die Steuervorrichtung mit dem Zufallszahlengenerator gekoppelt ist, um die zeitliche Zufallszahl zu empfangen.
Lidar nach Anspruch 1, wobei die Datenverarbeitungsvorrichtung konfiguriert ist, um eine Relevanz einer Vielzahl von Entfernungsinformationen zu berechnen und Entfernungsinformationen mit einer Relevanz unterhalb eines voreingestellten Werts als Interferenzsignale herauszufiltern.
Lidar nach Anspruch 2, wobei der Laser mehrere voreingestellte Lichtemissionszeiten aufweist, wobei die Steuervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie gemäß der zeitlichen Zufallszahl eine Lichtemissionszeit aus den mehreren voreingestellten Lichtemissionszeiten als eine Triggerzeit des Treibersignals auswählt.
Lidar nach Anspruch 2, wobei der Laser eine voreingestellte Lichtemissionszeit aufweist, wobei die Steuervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie die voreingestellte Lichtemissionszeit gemäß der zeitlichen Zufallszahl als eine Triggerzeit des Treibersignals verzögert oder vorverlegt.
Lidar nach Anspruch 2, wobei der Laser so konfiguriert ist, dass er mehrere Impulse emittieren kann, wobei die Steuervorrichtung so konfiguriert ist, dass sie ein Zeitintervall zwischen Triggersignalen, die zwei benachbarten Impulsen entsprechen, basierend auf der zeitlichen Zufallszahl anpassen kann.
Lidar nach einem der Ansprüche 2-6, wobei die Lasersendevorrichtung mehrere Laser und mehrere Treiber in der gleichen Anzahl umfasst, wobei das Lidar mehrere Zufallszahlengeneratoren mit der gleichen Anzahl wie die der Laser umfasst.
Lidar nach einem der Ansprüche 2-6, wobei die Lasersendevorrichtung mehrere Laser und mehrere Treiber, die eineindeutig mit den jeweiligen Lasern gekoppelt sind, umfasst, wobei die Steuervorrichtung mit den mehreren Treibern gekoppelt ist, wobei die zeitliche Zufallszahl der Lichtemissionsreihenfolge der mehreren Laser entspricht.
Lidar nach einem der Ansprüche 2-6, wobei die Lasersendevorrichtung mehrere Sätze von Lasern umfasst, wobei jeder Satz von Lasern mehrere Laser und mehrere Treibern, die eineindeutig mit den jeweiligen Lasern gekoppelt sind, umfasst, wobei das Lidar ferner mehrere Zufallszahlengeneratoren umfasst, die den mehreren Lasern entsprechen, wobei die zeitliche Zufallszahl, die durch einen jeden Zufallszahlengenerator erzeugt wird, der Lichtemissionsreihenfolge eines entsprechenden Satzes von Lasern entspricht.
Lidar nach einem der Ansprüche 2-6, wobei die Steuervorrichtung ferner konfiguriert ist, um den Treiber zum Ansteuern des Lasers zu steuern, um somit eine Laserpulssequenz mit einer Mehrpulscodierung zu emittieren, wobei die Mehrpulscodierung eine Zeitreihencodierung, eine Amplitudencodierung und/oder eine Impulsbreitencodierung umfasst.
Lidar nach einem der Ansprüche 2-6, wobei der Zufallszahlengenerator ein Pseudozufallszahlengenerator ist, der die zeitliche Zufallszahl durch eine oder mehrere der folgenden Möglichkeiten erzeugt: zufällige Extraktion aus einer vorhandenen Zufallszahlentabelle; Erzeugung basierend auf Taktphasen; Erzeugung basierend auf der Systemtemperatur; und Erzeugung durch ein linear rückgekoppeltes Schieberegister.
Entfernungsmessverfahren, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: S101: Generieren einer zeitlichen Zufallszahl; S102: Steuern mindestens eines Treibers der Lasersendevorrichtung basierend auf der Zeitreihenzufallszahl, um einen gekoppelten Laser zum Emittieren eines Laserpulssignals anzutreiben; S103: Empfangen eines Echosignals, das durch Reflexion des Laserpulssignals an einem Ziel erzeugt wird; und S104: Bestimmen der Entfernungsinformation des Ziels basierend auf der Sendezeit des Laserpulssignals und der Zeit, zu der das Echosignal empfangen wird.
Entfernungsmessverfahren nach Anspruch 12, umfassend ferner: Berechnen der Relevanz der mehreren Entfernungsinformationen, und Feststellen der Entfernungsinformation, deren Relevanz niedriger als ein voreingestellter Wert ist, als ein Interferenzsignal.
Entfernungsmessverfahren nach Anspruch 12, wobei der Schritt S 102 Folgendes umfasst: Steuern der Sendezeit, zu der der Laser das Laserpulssignal emittiert, und/oder des Zeitintervalls zwischen benachbarten Laserpulsen basierend auf der zeitlichen Zufallszahl.
Entfernungsmessverfahren nach einem der Ansprüche 12-14, wobei der Schritt S 102 Folgendes umfasst: Steuern der Lichtemissionsreihenfolge der mehreren Laser basierend auf der zeitlichen Zufallszahl.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12-14, wobei der Schritt S102 das Erzeugen einer zeitlichen Zufallszahl auf folgende Weise umfasst: zufällige Extraktion aus einer vorhandenen Zufallszahlentabelle; Erzeugung basierend auf Taktphasen; Erzeugung basierend auf der Systemtemperatur; und Erzeugung durch ein linear rückgekoppeltes Schieberegister.
Lidar, umfassend: eine Lasersendevorrichtung, eine Steuervorrichtung, eine Detektionsvorrichtung und eine Datenverarbeitungsvorrichtung, wobei die Steuervorrichtung konfiguriert ist, um ein Triggersignal basierend auf einer zeitlichen Zufallszahl zu erzeugen; die Lasersendevorrichtung mindestens einen Laser und einen Treiber, der mit dem Laser gekoppelt ist, umfasst, wobei der Treiber konfiguriert ist, um den Laser anzusteuern, um ein Laserpulssignal gemäß dem Triggersignal zu emittieren; die Detektionsvorrichtung konfiguriert ist, um ein Echosignal, das durch Reflexion des Laserpulssignals an einem Ziel erzeugt wird, zu empfangen, und das Echosignal in ein elektrisches Signal umzuwandeln; und die Datenverarbeitungsvorrichtung eine Entfernungsinformation des Ziels basierend auf einer Zeit, zu der das Laserpulssignal übertragen wird, und einer Zeit, zu der das Echosignal empfangen wird, bestimmt, das Laserpulssignal eine Laserpulssequenz mit einer Mehrpulscodierung ist, wobei die Mehrpulscodierung eine Zeitreihencodierung, eine Amplitudencodierung und/oder eine Impulsbreitencodierung umfasst.