[发明专利]在调频连续波(FMCW)激光雷达系统中跨帧改变波形

说明书

本文档描述了用于在激光雷达系统中跨帧改变波形的技术和系统。所描述的激光雷达系统针对连续帧的相同像素发射具有不同波形的信号，以避免返回信号与噪声尖峰或另一返回信号的频率分量重叠。对于连续帧的相同像素，可以使用不同的频率调制、不同的振幅调制、或它们的组合来形成不同的波形。激光雷达系统可以自动地或响应于确定初始帧的返回信号的信噪比低于阈值，来改变针对后续帧的相同像素的发射信号的波形。通过这种方式，激光雷达系统可以增大返回信号的信噪比。这些改进允许激光雷达系统增大其确定反射返回信号的对象的特性的准确性。

背景技术

汽车激光雷达(lidar)系统使用激光信号来确定静止的对象和移动的对象(例如其他交通工具(vehicle)、行人、障碍物)的速度和距离(distance)。调频连续波(FMCW)激光雷达是用于下一代自主驾驶传感器的一项很有前途的技术，因为它具有很强的信噪比(SNR)、对环境光的免疫、以及对附近对象的距离和距离变化率(range rate)的直接测量。

FMCW激光雷达系统可以通过比较被反射的返回信号与其对应的射出的激光信号来测量距离和距离变化率信息。在一些情况下，激光雷达系统可能具有与返回信号重叠的噪声尖峰(spike)。噪声尖峰可能来自外部源和内部源。外部噪声源可包括阳光、来自其他激光雷达系统的杂散激光信号、以及其他返回信号。内部噪声源可包括接收器或检测器的噪声以及伴随激光雷达系统的部件的热噪声。激光雷达系统将噪声尖峰与返回信号分开可能具有挑战性。因此，重叠噪声可降低FMCW激光雷达系统的准确度，这可使激光雷达系统不适用于许多汽车应用。

发明内容

本文档描述了用于在FMCW激光雷达系统中跨帧改变波形的技术和系统。例如，本文档描述了一种用于在FMCW激光雷达系统中跨帧改变波形的方法。所描述的方法针对连续帧的相同像素发射和接收具有不同波形的信号。波形包括频率调制、振幅调制或它们的组合。两个连续帧中的后续帧的发射信号的波形具有与两个连续帧中的初始帧的发射信号的波形不同的频率调制或振幅调制。该方法通过将返回信号与发射信号混合来确定每一帧的返回信号的拍频(beat frequency)。后续帧的返回信号的拍频的中心频率或边带频率分别与初始帧的返回信号的拍频的中心频率或边带频率不同。

本文档还描述了激光雷达系统，包括包括用于执行以上总结的方法的装置的激光雷达系统或包括存储指令的计算机可读存储介质的激光雷达系统，该指令当被激光雷达系统的处理器执行时，致使激光雷达系统执行以上总结的方法和本文中阐述的其他方法。

本发明内容介绍了用于在FMCW激光雷达系统中跨帧改变波形的简化概念，下面将在具体实施方式和附图中进一步描述该简化概念。本发明内容并非旨在标识出要求保护的主题的必要特征，亦非旨在用于确定要求保护的主题的范围。

附图说明

本文档中参考以下附图描述了在FMCW激光雷达系统中跨帧改变波形的一个或多个方面的细节。贯穿附图通常使用相同的数字来引用相似的特征和部件：

图1示出了在其中实现了具有跨帧改变波形的FMCW激光雷达系统的示例环境；

图2示出了作为交通工具的一部分的所描述的FMCW激光雷达系统的示例实现；

图3-1示出了所描述的跨帧改变波形的FMCW激光雷达系统的示例操作；

图3-2示出了所描述的FMCW激光雷达系统的多个像素的发射信号和返回信号的频率-时间图以及返回信号的振幅-时间图；

图4示出了所描述的FMCW激光雷达系统的示例收发器和处理器；

图5-1和图5-2示出了所描述的FMCW激光雷达系统的发射器、接收器和处理器的示例操作；以及

图6示出了由跨帧改变波形的FMCW激光雷达系统执行的示例方法。

具体实施方式

概述