[发明专利]一种车载多普勒激光雷达距离测量方法

说明书

技术领域

本发明属于激光雷达技术领域，具体涉及一种车载多普勒激光雷达距离测量方法。

背景技术

根据2010年《中国道路交通安全蓝皮书》，我国每年因汽车交通事故死亡人数大约达到10万人，而在交通事故中受伤的人数多达近50万人，这些交通事故的大约三分之二是由于碰撞、失控等因素引起的。为了减少交通事故给人民的生命财产带来的不必要的损失，汽车安全已经受到世界各国政府以及各大汽车厂商的高度重视。汽车安全系统包括事故发生后能够减轻损失的被动安全系统，如安全带、安全气囊等，和事故发生前的辅助驾驶系统，如ABS、导航定位、防眩板、自动泊车系统等。在行驶中能够主动回避碰撞的汽车主动安全系统是大幅度降低道路交通事故的最关键的技术，利用这一技术实现X-by-Wire是世界各大汽车厂商在汽车安全领域的终极目标。

汽车主动安全系统由车载距离速度测量装置、微型计算机、报警装置、执行系统等部件组成，其中车载距离速度测量装置是最核心的部件，由该部件确定道路环境中障碍物的距离、速度以及方位。目前，采用车载毫米波雷达的距离速度测量装置已经使用于部分高档车型。但是，受限于发送信号的主瓣宽度，毫米波雷达的空间分辨率较差，它甚至无法分辨道路中的障碍物为车辆还是行人。为了提高距离速度测量装置的空间分辨率，为汽车主动安全系统提供更精确可靠的信息，近年来，Ibeo、博世、电装等各大汽车零部件供应商开始研发采用激光作为探测光源的激光雷达，用来测量道路障碍物的距离。激光具有优越的准直特性，能够提供非常高的空间分辨率，根据激光雷达测量的距离数据可以识别道路障碍物为车辆、行人还是道路边沿等其它物体。

激光雷达测量目标距离的两种典型的方法为脉冲式和连续波方式。脉冲方式测量接收信号和发射信号的时间差，而连续波的方式测量接收信号和发射信号之间的相位差。由于下述原因，大部分车载激光雷达采用脉冲方式：(1)高功率脉冲式半导体激光雷达价格低廉；(2)信号处理方式简单；(3)目标反射率动态范围较大，为测量反射率低的目标，发射信号的峰值功率要求较高。

放大接收信号的跨阻放大器(TIA)噪声性能受系统带宽的限制，一般带宽要求在几百兆赫兹。在这一要求下，TIA芯片能够检测出-40dBm左右的信号。对于更弱的信号，TIA芯片就很难检测出来。根据雷达方程式，为了测量距离能达到150m，接收光信号的镜头直径需要10cm以上。为了实现车载激光雷达的小型化，期望接收光信号镜头直径在1mm左右。镜头直径减少到原来的1/10，接收信号的信噪比将降低20dB。在几百兆带宽的要求下，制造能够检测-60dBm的光信号在当前很难实现。

数据累加(Data Integration)是雷达改善信噪比的传统方法。采用这种方法的雷达向道路目标发射等间隔脉冲串，接收端的信号处理单元将接收信号累加，就可以实现信噪比的提高。然而，使用这种信号处理方式，前一脉冲的反射信号未到达接收端前，发射端不能发射脉冲。大部分时间耗费在等待接收信号上，限制了激光雷达的扫描速度。假定最大测量距离150m，单次测量发射100个脉冲，扫描速度将不会超过10,000次/秒。而车载激光雷达的扫描速度已经超过了200,000次/秒。

本发明旨在提出一种方法，能够实现激光雷达镜头小型化，同时保证发射信号长度满足高速扫描的要求。

发明内容

本发明提供了一种车载多普勒激光雷达距离测量方法，主要解决了目前激光雷达镜头小型化则不能保证发射信号长度满足高速扫描要求的问题。

本发明按照以下步骤进行：

本发明的技术方案是按照以下步骤进行：

步骤1：脉冲间隔模块存储发射脉冲的个数与脉冲间隔信息；

步骤2：驱动模块使用脉冲间隔信息决定激发激光发射脉冲时刻；

步骤3：激光发射脉冲通过分光器100％通过光路投射到镜头，由镜头准直发射到目标；

步骤4：目标反射的光信号由镜头采集，通过分光器100％反射光路到达光电转换器；

步骤5：由光电转换器转换为电信号；

步骤6：信号处理单元模块使用脉冲间隔信息对光电转换器生成的电信号进行脉冲位置调制处理，计算出目标的距离。

进一步，所述步骤1中脉冲间隔模块进行发射脉冲的间隔分配方法：

先根据激光雷达扫描速度的要求确定单点测量发送脉冲序列的最大时间长度T，然后使用随机数发生器产生N个互不相等的随机数，并将这N个随机数一一映射到0-T之间，其中最小的随机数对应0，最大的随机数对应T。

进一步，所述步骤6中脉冲位置调制方法为：