[发明专利]用于光学距离测量的系统和方法

说明书

提供执行光学距离测量的系统(100，150，400)和方法。在一方面，一种用于测量到物体(160)距离的系统(100，150，400)包括被配置为发射出射光脉冲的光发射器(101，402)，以及被配置为接收从物体(160)发射的返回光脉冲并输出表示该返回光脉冲的模拟脉冲信号(502)的光传感器(404)。所述系统(100，150，400)还包括耦合到光传感器的现场可编程门阵列(FPGA)。所述FPGA被配置为将模拟脉冲信号(502)转换为多个数字信号值，并生成基于多个数字信号值的多个时间测量。该系统还包括被配置为基于多个数字信号值和多个时间测量来计算到物体(160)的距离的控制器(171，172，406)。

技术领域

本公开总体上涉及距离测量，并且更具体地涉及使用光检测和测距(LIDAR)的用于距离测量的系统和方法。

背景技术

无人载运工具如无人机(UAVs)可应用于许多应用，包括农作物监测、摄影、建筑物和其他结构的检测、消防和安全任务、边境巡逻以及产品交付等。这些无人载运工具可被配置用于检测周围环境中的障碍物和其他物体的传感器。LIDAR系统可用于提供三维障碍物检测和环境测绘的距离测量。然而，现有的LIDAR系统的测量精度可能不足以用于复杂的环境。因此，有需要对无人载运工具和其他可移动物体携带的LIDAR系统实施的改进技术。

发明内容

本公开涉及使用LIDAR和其他光学技术进行距离测量的系统和方法。

在一个方面，提供一种用于测量到物体距离的系统。所述系统包括被配置为发射出射光脉冲的光发射器。所述系统还包括被配置为接收物体反射的返回光脉冲并输出表示所述返回光脉冲的模拟脉冲信号的光传感器。所述系统还包括耦合到光传感器的FPGA。所述FPGA被配置为将模拟脉冲信号转换为多个数字信号值，并通过对每个数字信号值进行采样以生成与多个数字信号值相对应的多个时间测量值。采样的时间分辨率比FPGA的时钟周期短。所述系统还包括配置为基于多个数字信号值和多个时间测量值计算到物体的距离的控制器。

另一方面，提供一种用于测量到物体距离的方法。所述方法包括通过光发射器发射出射光脉冲。物体反射的返回光脉冲由光传感器接收。由光传感器输出表示返回光脉冲的模拟脉冲信号。使用FPGA来将模拟脉冲信号转换为多个数字信号值。所述FPGA被用来通过对每个数字信号值进行采样以生成与多个数字信号值相对应的多个时间测量值，其中采样的时间分辨率比FPGA的时钟周期短。基于多个数字信号值和多个时间测量值计算到物体的距离。

另一方面，提供一种用于测量到物体距离的系统。所述系统包括被配置为发射出射光脉冲的光发射器。所述系统还包括被配置为接收物体反射的返回光脉冲并输出表示所述返回光脉冲的模拟脉冲信号的光传感器。所述系统还包括耦合到光传感器的FPGA。所述FPGA被配置为通过(1)将所述模拟脉冲信号与多个阈值比较，并且(2)基于所述比较生成多个数字信号值，将所述模拟脉冲信号转换为多个数字信号值。所述FPGA还被配置为生成与多个数字信号值相对应的多个时间测量值。所述系统还包括配置为基于多个数字信号值和多个时间测量值计算到物体的距离的控制器。

另一方面，提供一种用于测量到物体距离的方法。所述方法包括通过光发射器发射出射光脉冲。物体反射的返回光脉冲由光传感器接收。由光传感器输出表示返回光脉冲的模拟脉冲信号。使用FPGA来(1)将所述模拟脉冲信号与多个阈值比较，并且(2)基于所述比较生成多个数字信号值，以将所述模拟脉冲信号转换为多个数字信号值。所述FPGA还被用来生成与多个数字信号值相对应的多个时间测量值。基于多个数字信号值和多个时间测量值计算到物体的距离。