[发明专利]一种高灵敏度激光雷达及其信号处理方法、定位方法

说明书

本发明公开了一种高灵敏度激光雷达及其信号处理方法、定位方法，通过将若干个相互并联的单元光电传感器组成一个微型光电阵列，当扫描环境的激光信号从目标物反射后回到激光雷达上的微型光电阵列时，接收到该激光信号的各个单元光电传感器进行光电信号转换，各个单元光电传感器的输出信号以及噪音信号均进行叠加，而噪音信号具有相反极性的部分，叠加以后有部分的噪音信号通过正负叠加而消失，输出信号叠加后信号加强，此消彼长，基于这两个因素可在低延时情况下得到较大的信噪比，且在提高信噪比后再由信号放大器进行信号放大，使得这样的激光雷达能采集到较为微弱的信号。本发明可用于智能驾驶的主动安全技术、无人驾驶、无人机、机器人等需要应用精密传感器的领域。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，具体涉及一种高灵敏度激光雷达及其信号处理方法、定位方法。

背景技术

在雷达通讯与传感器技术中，设备接收系统是否能够高度灵敏地感知外界物理信息无疑往往是至关重要的，由于传感器中存在着各种不依赖于外来信号而存在的噪音，当接收系统接收的信号微弱时，这种噪音往往会把被检测的信号掩盖（即信噪比小于接受系统的阈值）而导致系统检测工作的失效。这个情况在雨雪雾天、远距离以及小目标或者反射性能差的目标上尤为显著。这个问题成了无人驾驶甚至安全驾驶辅助系统必定要克服的障碍。

现有技术中有相位检测、同步检测等技术，这些技术主要是利用前后信号呈现的关系，对同一信号进行累加，或者根据数据之间的相关性进行判断，从而得到较高的信噪比，但这些做法共同的问题是进行数据的积累需要较长的时间。其中以CCD（(ChargeCoupled Device）器件为例，采用面阵的时间延迟积分TDI-CCD应用于弱光高速成像，从结构上看其像一个矩形面阵的CCD器件，其成像区可以看成由一列垂直CCD寄存器组成，TDI器件一般用于长线列推扫，目标图像将依次扫过各级TDI像元，第一级像元在第一个曝光积分周期内收集信号电荷，此信号电荷并不直接输出而是转移至第二级像元，在第二个积分周期，第二级像元在上级转入信号电荷的基础上对同一目标进行曝光并收集信号电荷，再转移至第三级像元，以此类推，将最后一行（N行）像元收集到的信号电荷与前N-1此收集到的信号电荷累加移到输出寄存器中并输出。因此TDI方向的电荷转移为串行移位方式，每级像元将电荷转出的同时也接收前级转入的信号电荷，并在下一个积分周期对下一个目标进行曝光，所以每经过一个积分周期，TDI-CCD将输出一行视频信号。TDI-CCD是可以通过增加积分时间提高信噪比，TDI器件一般用于长线列推扫，使用时严格要求TDI的时间延迟与光机推扫同步，以保证TDI的积分是对同一目标不同时刻光生电荷的累加。但在实际应用中，这些延时时间是不被允许的，例如激光雷达，瞬间就可能导致事故的发生。

随着智能化物联网技术的扩展，激光雷达也更多地应用到无人设备和机器人，与GPS定位导航技术在无人设备和机器人上的应用相比，GPS定位导航技术的定位误差较大，使无人设备和机器人无法精确地到达指定目标点，而激光雷达在这些范围较小或周围环境复杂的地方具有更好的技术优势。

发明内容

发明要解决的技术问题

激光雷达如何在低延时情况下提高信噪比以及在GPS定位不准确情况下如何利用激光雷达实现精确定位的技术问题。

技术方案

为解决上述问题，本发明提供的技术方案为：

一种高灵敏度激光雷达的信号处理方法，包括步骤