一种激光雷达测距方法及装置与流程

1.本技术属于激光测距技术领域，具体涉及一种激光雷达测距方法及装置。


背景技术：

2.全固态flash激光雷达无机械旋转部件，可以进行像素级实时三维成像，为adas(汽车高级驾驶辅助系统)提供超高的距离分辨和空间分辨能力，因此flash激光雷达越来越受到市场的青睐。其中测距范围、空间分辨率、测距精度是flash激光雷达最主要的性能指标。
3.flash激光雷达系统主要包括发射模块、接收模块、控制模块和计算模块。在接收模块端，目标物的反射回波经过光电转换、前置信号放大、滤波处理和模数转换后进入信号处理，解调出目标物的距离、目标物上的反射率、角度等信息。但现有技术中为了得到较高精度的测距值，需要对激光雷达数据进行高频采集，这不仅增加了数据采集硬件的成本，还容易因数据采集丢帧而影响测距精度。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于提供一种激光雷达测距方法及装置，通过线性插值方法转换到频率域计算，降低了adc采样频率的要求。
5.为实现上述目的，本技术所采取的技术方案为：
6.以下还提供了若干可选方式，但并不作为对上述总体方案的额外限定，仅仅是进一步的增补或优选，在没有技术或逻辑矛盾的前提下，各可选方式可单独针对上述总体方案进行组合，还可以是多个可选方式之间进行组合。
7.一种激光雷达测距方法，所述激光雷达测距方法，包括：
8.步骤s1、获取调制信号以及回波信号，所述回波信号为待测对象对发射光脉冲进行反射得到，所述发射光脉冲为根据所述调制信号调制得到；
9.步骤s2、对所述调制信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到调制信号的频域信号；
10.步骤s3、对所述回波信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到回波信号的频域信号；
11.步骤s4、根据调制信号的频域信号和回波信号的频域信号，基于傅里叶逆变换得到待测对象与激光雷达之间的距离，包括：
12.步骤s41、取调制信号的频域信号对应的序列d(m)和回波信号的频域信号对应的序列x(m)，将序列d(m)和x(m)相乘得到序列y(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，n为调制信号中信号点的总个数，k为线性插值时在每相邻两个信号点之间插入点的个数；
13.步骤s42、对序列y(m)进行傅里叶逆变换得到序列y(m)；
14.步骤s43、取序列y(m)中实部最大的元素y(i)，1≤i≤n k(n
‑
1)，则该元素y(i)对应的时间刻度为i/(n k(n
‑
1))；
15.步骤s44、取调制信号的周期为t，则回波信号在激光雷达与待测对象之间的往返时间t为t＝t
×
i/(n k(n
‑
1)) δt，δt为发射光脉冲发射前对应的随机延迟时间；
16.步骤s45、得到待测对象与激光雷达之间的距离d为式中c为光速。
17.作为优选，所述调制信号为随机幅度调制信号，所述发射光脉冲为根据所述调制信号调制得到，包括：
18.生成随机延迟时间和随机幅度调制信号；
19.根据所述随机延迟时间延迟间隔时间后，基于所述随机幅度调制信号产生对应的发射光脉冲，其中随机幅度调制信号的周期为t，随机延迟时间的间隔时间为0～1/2t。
20.作为优选，所述对所述调制信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到调制信号的频域信号，包括：
21.令调制信号为b(n)，其中n表示调制信号中信号点的时刻序号，且n＝1,2,3,
…
,n，n为调制信号中信号点的总个数；
22.取线性插值的个数k，在调制信号b(n)的每相邻两个信号点之间进行线性插值生成新的序列c(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，即在b(q)和b(q 1)之间均匀插入k个点，得到b(q),b(q,1),b(q,2),
…
,b(q,k),b(q 1)，q＝1,2,3,
…
,n
‑
1；
23.对序列c(m)进行傅里叶变换生成序列c(m)：
[0024][0025]
取序列c(m)的共轭序列得到序列d(m)作为调制信号的频域信号。
[0026]
作为优选，所述对所述回波信号进行线性插值后进行频谱变换，得到回波信号的频谱信号，包括：
[0027]
令回波信号为r(n)，其中n表示回波信号中信号点的时刻序号，即为调制信号中信号点的时刻序号，且n＝1,2,3,
…
,n，n为回波信号中信号点的总个数，即为调制信号中信号点的总个数；
[0028]
取线性插值的个数k，在回波信号r(n)的每相邻两个信号点之间进行线性插值生成新的序列x(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，即在r(q)和r(q 1)之间均匀插入k个点，得到r(q),r(q,1),r(q,2),
…
,r(q,k),r(q 1)，q＝1,2,3,
…
,n
‑
1；
[0029]
对序列x(m)进行傅里叶变换得到序列x(m)如下：
[0030][0031]
将序列x(m)作为回波信号的频谱信号。
[0032]
一种激光雷达测距装置，所述激光雷达测距装置包括控制模块、发射模块、接收模块和计算模块，其中：
[0033]
所述控制模块，用于生成调制信号；
[0034]
所述发射模块，用于根据所述调制信号调制得到发射光脉冲并发出；
[0035]
所述接收模块，用于接收回波信号，所述回波信号为待测对象对发射光脉冲进行反射得到；
[0036]
所述计算模块，用于获取调制信号以及回波信号，对所述调制信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到调制信号的频域信号，对所述回波信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到回波信号的频域信号，根据调制信号的频域信号和回波信号的频域信号，基于傅里叶逆变换得到待测对象与激光雷达之间的距离；
[0037]
所述计算模块基于傅里叶逆变换得到待测对象与激光雷达之间的距离，执行如下操作：
[0038]
取调制信号的频域信号对应的序列d(m)和回波信号的频域信号对应的序列x(m)，将序列d(m)和x(m)相乘得到序列y(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，n为调制信号中信号点的总个数，k为线性插值时在每相邻两个信号点之间插入点的个数；
[0039]
对序列y(m)进行傅里叶逆变换得到序列y(m)；
[0040]
取序列y(m)中实部最大的元素y(i)，1≤i≤n k(n
‑
1)，则该元素y(i)对应的时间刻度为i/(n k(n
‑
1))；
[0041]
取调制信号的周期为t，则回波信号在激光雷达与待测对象之间的往返时间t为t＝t
×
i/(n k(n
‑
1)) δt，δt为发射光脉冲发射前对应的随机延迟时间；
[0042]
得到待测对象与激光雷达之间的距离d为式中c为光速。
[0043]
作为优选，所述调制信号为随机幅度调制信号，所述发射模块根据所述调制信号调制得到发射光脉冲，执行如下操作：
[0044]
生成随机延迟时间和随机幅度调制信号；
[0045]
根据所述随机延迟时间延迟间隔时间后，基于所述随机幅度调制信号产生对应的发射光脉冲，其中随机幅度调制信号的周期为t，随机延迟时间的间隔时间为0～1/2t。
[0046]
作为优选，所述计算模块对所述调制信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到调制信号的频域信号，执行如下操作：
[0047]
令调制信号为b(n)，其中n表示调制信号中信号点的时刻序号，且n＝1,2,3,
…
,n，n为调制信号中信号点的总个数；
[0048]
取线性插值的个数k，在调制信号b(n)的每相邻两个信号点之间进行线性插值生成新的序列c(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，即在b(q)和b(q 1)之间均匀插入k个点，得到b(q),b(q,1),b(q,2),
…
,b(q,k),b(q 1)，q＝1,2,3,
…
,n
‑
1；
[0049]
对序列c(m)进行傅里叶变换生成序列c(m)：
[0050][0051]
取序列c(m)的共轭序列得到序列d(m)作为调制信号的频域信号。
[0052]
作为优选，所述计算模块对所述回波信号进行线性插值后进行频谱变换，得到回波信号的频谱信号，执行如下操作：
[0053]
令回波信号为r(n)，其中n表示回波信号中信号点的时刻序号，即为调制信号中信号点的时刻序号，且n＝1,2,3,
…
,n，n为回波信号中信号点的总个数，即为调制信号中信号
点的总个数；
[0054]
取线性插值的个数k，在回波信号r(n)的每相邻两个信号点之间进行线性插值生成新的序列x(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，即在r(q)和r(q 1)之间均匀插入k个点，得到r(q),r(q,1),r(q,2),
…
,r(q,k),r(q 1)，q＝1,2,3,
…
,n
‑
1；
[0055]
对序列x(m)进行傅里叶变换得到序列x(m)如下：
[0056][0057]
将序列x(m)作为回波信号的频谱信号。
[0058]
本技术提供的激光雷达测距方法及装置，对调制信号和回波信号进行线性插值，降低对回波信号采样频率的要求，提高激光雷达测距精度。
附图说明
[0059]
图1为本技术的激光雷达测距方法的流程图；
[0060]
图2为本技术的激光雷达测距装置的结构示意图；
[0061]
图3为本技术发射模块和接收模块的一个实施例结构示意图。
具体实施方式
[0062]
下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0063]
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是在于限制本技术。
[0064]
其中一个实施例中，提供一种激光雷达测距方法，该方法适用于任意场景下的激光测距，例如自动驾驶系统、测绘系统、机器视觉系统等等，本实施例提供的测距方法可有效降低数据采集频率，因此可有效克服现有技术中测距范围和成像距离过近的问题，实现在远、近距离情况下均能够具备高精度测距的目的。
[0065]
具体的，如图1所示，本实施例中的激光雷达测距方法，包括：
[0066]
步骤1、获取调制信号以及回波信号，其中，回波信号为待测对象对发射光脉冲进行反射得到，发射光脉冲为根据所述调制信号调制得到。
[0067]
对于本技术而言，待测对象可以是移动对象，也可以是固定对象，并且对象可以是人、动物、物体等，本实施例中不进行限制。
[0068]
其中调制信号可以是固定幅度的周期信号，也可以是采用随机幅度的周期信号。为了提高本技术测距过程中的抗干扰能力，在一个实施例中，调制信号为随机幅度调制信号，同时根据调制信号调制得到发射光脉冲，具体包括以下步骤：
[0069]
生成随机延迟时间和随机幅度调制信号；根据所述随机延迟时间延迟间隔时间后，基于所述随机幅度调制信号产生对应的发射光脉冲，其中随机幅度调制信号的周期为
t，随机延迟时间的间隔时间为0～1/2t。
[0070]
其中，随机延迟时间和随机幅度调制信号可以由随机数发生器产生，将随机数发生器针对随机幅度调制信号产生的数据经过数字模拟变换器转化为对应的随机幅度调制信号。
[0071]
步骤2、对调制信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到调制信号的频域信号。
[0072]
具体为，令调制信号为b(n)，其中n表示调制信号中信号点的时刻序号，且n＝1,2,3,
…
,n，n为调制信号中信号点的总个数。
[0073]
取线性插值的个数k，在调制信号b(n)的每相邻两个信号点之间进行线性插值生成新的序列c(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，即在b(q)和b(q 1)之间均匀插入k个点，得到b(q),b(q,1),b(q,2),
…
,b(q,k),b(q 1)，q＝1,2,3,
…
,n
‑
1。
[0074]
对序列c(m)进行傅里叶变换生成序列c(m)：
[0075][0076]
取序列c(m)的共轭序列得到序列d(m)作为调制信号的频域信号。
[0077]
本实施例对调制信号先进行线性插值以扩充信号点，并在线性插值后进行傅里叶变换，建立离散的信号点之间的关联，使得处理后的调制信号仍具备相应的物理意义。
[0078]
步骤3、对回波信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到回波信号的频域信号。
[0079]
具体为，令回波信号为r(n)，其中n表示回波信号中信号点的时刻序号，即为调制信号中信号点的时刻序号，且n＝1,2,3,
…
,n，n为回波信号中信号点的总个数，即为调制信号中信号点的总个数。
[0080]
取线性插值的个数k，在回波信号r(n)的每相邻两个信号点之间进行线性插值生成新的序列x(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，即在r(q)和r(q 1)之间均匀插入k个点，得到r(q),r(q,1),r(q,2),
…
,r(q,k),r(q 1)，q＝1,2,3,
…
,n
‑
1。
[0081]
对序列x(m)进行傅里叶变换得到序列x(m)如下：
[0082][0083]
将序列x(m)作为回波信号的频谱信号。
[0084]
本实施例同时对调制信号和回波信号进行线性插值以及傅里叶变换，得到具有可比性的两组数据，以便于后续进行测距计算，避免仅基于回波信号进行计算，既提高了测距计算精度，又降低了测距计算复杂度。
[0085]
需要说明的是，本实施例的激光雷达测距方法中对步骤2和步骤3的执行顺序没有严格限制，即可以先执行步骤2再执行步骤3，或先执行步骤3再执行步骤3，或者同步执行步骤2和步骤3。
[0086]
步骤4、根据调制信号的频域信号和回波信号的频域信号，基于傅里叶逆变换得到待测对象与激光雷达之间的距离。
[0087]
步骤s41、取调制信号的频域信号对应的序列d(m)和回波信号的频域信号对应的
序列x(m)，将序列d(m)和x(m)相乘得到序列y(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，n为调制信号中信号点的总个数，k为线性插值时在每相邻两个信号点之间插入点的个数。
[0088]
步骤s42、对序列y(m)进行傅里叶逆变换得到序列y(m)。
[0089]
步骤s43、取序列y(m)中实部最大的元素y(i)，1≤i≤n k(n
‑
1)，则该元素y(i)对应的时间刻度为i/(n k(n
‑
1))。
[0090]
步骤s44、取调制信号的周期为t，则回波信号在激光雷达与待测对象之间的往返时间t为t＝t
×
i/(n k(n
‑
1)) δt，δt为发射光脉冲发射前对应的随机延迟时间。
[0091]
步骤s45、得到待测对象与激光雷达之间的距离d为式中c为光速。
[0092]
如图2所示，在另一个实施例中，还提供了一种激光雷达测距装置，激光雷达测距装置包括控制模块、发射模块、接收模块和计算模块，其中：
[0093]
控制模块，用于生成调制信号；
[0094]
发射模块，用于根据所述调制信号调制得到发射光脉冲并发出；
[0095]
接收模块，用于接收回波信号，所述回波信号为待测对象对发射光脉冲进行反射得到；
[0096]
计算模块，用于获取调制信号以及回波信号，对所述调制信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到调制信号的频域信号，对所述回波信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到回波信号的频域信号，根据调制信号的频域信号和回波信号的频域信号，基于傅里叶逆变换得到待测对象与激光雷达之间的距离。
[0097]
其中，计算模块基于傅里叶逆变换得到待测对象与激光雷达之间的距离，执行如下操作：
[0098]
取调制信号的频域信号对应的序列d(m)和回波信号的频域信号对应的序列x(m)，将序列d(m)和x(m)相乘得到序列y(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，n为调制信号中信号点的总个数，k为线性插值时在每相邻两个信号点之间插入点的个数；
[0099]
对序列y(m)进行傅里叶逆变换得到序列y(m)；
[0100]
取序列y(m)中实部最大的元素y(i)，1≤i≤n k(n
‑
1)，则该元素y(i)对应的时间刻度为i/(n k(n
‑
1))；
[0101]
取调制信号的周期为t，则回波信号在激光雷达与待测对象之间的往返时间t为t＝t
×
i/(n k(n
‑
1)) δt，δt为发射光脉冲发射前对应的随机延迟时间；
[0102]
得到待测对象与激光雷达之间的距离d为式中c为光速。
[0103]
为了提高本技术数据的有效性，如图3所示，本技术的发射模块包括随机数发生器、数字模拟变换器和激光器，接收模块包括光电传感器、前置放大滤波电路和模拟数据变换器。
[0104]
在发射模块工作时，由随机数发生器生成针对随机延迟时间和随机幅度调制信号的随机数，并且由数字模拟变换器将针对随机幅度调制信号的随机数进行数模转换得到随机幅度调制信号，最后由激光器接收随机幅度调制信号生成发射光脉冲发出。
[0105]
在接收模块工作时，由光电传感器接收由被测物体返回的回波信号，并将回波信号经过前置放大滤波电路，对回波信号进行滤波以提高信噪比，后将滤波后的回波信号输入模拟数据变换器，经过模数转换后变为数字信号以便于后续处理。并且为了控制数据的
一致性，本实施例设置数字模拟变换器和模拟数字变换器的调制频率一致。
[0106]
在另一个实施例中，调制信号为随机幅度调制信号，发射模块根据所述调制信号调制得到发射光脉冲，执行如下操作：
[0107]
生成随机延迟时间和随机幅度调制信号；
[0108]
根据所述随机延迟时间延迟间隔时间后，基于所述随机幅度调制信号产生对应的发射光脉冲，其中随机幅度调制信号的周期为t，随机延迟时间的间隔时间为0～1/2t。
[0109]
在另一个实施例中，计算模块对所述调制信号进行线性插值后做傅里叶变换，得到调制信号的频域信号，执行如下操作：
[0110]
令调制信号为b(n)，其中n表示调制信号中信号点的时刻序号，且n＝1,2,3,
…
,n，n为调制信号中信号点的总个数；
[0111]
取线性插值的个数k，在调制信号b(n)的每相邻两个信号点之间进行线性插值生成新的序列c(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，即在b(q)和b(q 1)之间均匀插入k个点，得到b(q),b(q,1),b(q,2),
…
,b(q,j),b(q 1)，q＝1,2,3,
…
,n
‑
1；
[0112]
对序列c(m)进行傅里叶变换生成序列c(m)：
[0113][0114]
取序列c(m)的共轭序列得到序列d(m)作为调制信号的频域信号。
[0115]
在另一个实施例中，计算模块对所述回波信号进行线性插值后进行频谱变换，得到回波信号的频谱信号，执行如下操作：
[0116]
令回波信号为r(n)，其中n表示回波信号中信号点的时刻序号，即为调制信号中信号点的时刻序号，且n＝1,2,3,
…
,n，n为回波信号中信号点的总个数，即为调制信号中信号点的总个数；
[0117]
取线性插值的个数k，在回波信号r(n)的每相邻两个信号点之间进行线性插值生成新的序列x(m)，m＝1,2,3,
…
,n k(n
‑
1)，即在r(q)和r(q 1)之间均匀插入k个点，得到rr(q),r(q,1),r(q,2),
…
,r(q,k),r(q 1)，q＝1,2,3,
…
,n
‑
1；
[0118]
对序列x(m)进行傅里叶变换得到序列x(m)如下：
[0119][0120]
将序列x(m)作为回波信号的频谱信号。
[0121]
关于一种激光雷达测距装置的具体限定，可参见上述对于一种激光雷达测距方法的限定，这里不再进行赘述。
[0122]
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
[0123]
以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来
说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。