在调频连续波(FMCW)激光雷达系统中跨帧改变波形的制作方法

在调频连续波(fmcw)激光雷达系统中跨帧改变波形


背景技术：

1.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。
2.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。


技术实现要素：

3.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。
4.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。
5.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
6.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
7.汽车激光雷达系统是重要的感测技术，一些基于交通工具的系统依靠它来获取与周围环境有关的关键信息。激光雷达系统具有视场，该视场表示空间体积，激光雷达系统在该空间体积内寻找对象。视场由许多像素(例如，一百万个像素)组成。激光雷达系统扫描视场内的每一个像素(例如，收集所有像素的信息)所花费的时间是一帧。在扫描一序列帧中的每个像素时，根据发射的信号的特性，激光雷达系统可以确定附近对象的距离和距离变化率信息(例如分别为距离和径向速度)以及角度信息。
8.fmcw激光雷达系统通过射出调频激光信号并通过检测返回信号来扫描每个像素。在一些情况下，激光雷达系统可包括与返回信号的各部分重叠的噪声尖峰。如上所述，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和来自其他激光雷达系统的杂散激光信号。内部噪声源可包括半导体噪声和伴随激光雷达系统的部件的热噪声。一些激光雷达系统很难将噪声尖峰与返回信号分开。因此，这些激光雷达系统可能包含与返回信号重叠的噪声尖峰，这会降低返回信号的信噪比。降低的信噪比降低了这些激光雷达系统的准确度，使它们不太适合许多汽车应用。
9.在其他情况下，激光雷达系统可以同时接收与不同像素相对应的多个返回信号。对于一些激光雷达系统来说，将返回信号相互分离具有挑战性。一些fmcw激光雷达系统包括在每个像素之间发射信号时的延迟时间，该延迟时间用于隔离返回信号并避免将返回信号与它们的对应像素相关联时的含糊。该延迟基于所期望的检测范围和置信度而变化(例如，一到十微秒)。发射信号之间的额外时间会降低这些激光雷达系统的帧速率。因此，降低的帧速率可缩短激光雷达系统的反应时间，这可使得它不适用于许多汽车应用。
10.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。该技术和系统针对连续帧的相同像素发射和接收具有不同波形的信号。不同的波形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。具体地，应用于初始帧的像素的波形与应用于后续帧的相同像素的波形具有不同的调制。不同的调制可以是不同的频率调制、振幅调制、相位调制、或它们的组合。该技术和系统可以自动地或响应于确定连续帧中的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调制。此外，可以针对后续帧中的每个像素或者针对后续帧中的像素子集改变调制。
11.该技术和系统在初始帧和后续帧两者中通过将返回信号与其对应的发射信号混合，来确定返回信号的拍频。在后续帧中确定的返回信号的拍频可以与在初始帧中确定的返回信号的拍频进行比较。该技术和系统还可以针对初始帧和后续帧两者基于返回信号的拍频，来确定反射返回信号的对象的特性。所描述的fmcw激光雷达系统通过改变连续帧的相同像素的发射信号的波形来增大返回信号的信噪比。增大的信噪比提高了由所描述的fmcw激光雷达系统确定的距离、距离变化率和角度信息的准确性。
12.本文档还描述了通过改变跨连续帧的连续像素的发射信号的波形，来提高将返回信号与其对应像素相关联的置信度的技术和系统。该技术和系统针对连续帧中的初始帧的连续像素发射具有不同振幅调制的信号。该技术和系统随后接收返回信号并将它们在频域中与至少两个模板信号进行比较。模板信号分别包括两个连续像素中的初始像素和后续像素的波形。该技术和系统基于在频域中与模板信号的比较来确定返回信号所对应的像素。在一些情况下，该技术和系统可以改变后续帧的相同像素的发射信号的波形，以解析将返回信号与其对应像素相关联的含糊。在后续帧中，该技术和系统可以改变频率调制、振幅调制、或它们的组合。不同的波形可以提高所描述的激光雷达系统在解析像素间的返回信号时的置信度。在解析检测的置信度提高的情况下，所描述的技术和系统可以允许激光雷达系统减少发射信号之间的时间并以更快的帧速率操作。通过这种方式，交通工具系统(例如，防撞系统)可以更准确且更快速地获得激光雷达数据，这改善了其对周围环境的分析。
13.这些只是所描述的技术和系统如何在fmcw激光雷达系统中跨帧改变波形的两个示例。本文档描述了其他示例和实现。本文档现在描述示例操作环境、设备和方法。操作环境
14.图1示出了示例环境100，在该示例环境100中可以实现所描述的fmcw激光雷达系统102。fmcw激光雷达系统102(被称为“激光雷达系统102”)跨帧发射具有变化波形的激光。在所描绘的环境100中，激光雷达系统102被安装到交通工具104或被集成在交通工具104内。激光雷达系统102可以检测交通工具104附近区域中的一个或多个对象108。尽管图示为汽车，但交通工具104可以表示其他类型的机动交通工具(例如，摩托车、公共汽车、拖拉机、半挂车、或施工装备)、各类型的非机动交通工具(例如，自行车)、各类型的有轨交通工具(例如，火车或有轨电车)、水运工具(例如，船只或船舶)、飞行器(例如，飞机或直升机)、或航天器(例如，卫星)。在一些情况下，交通工具104可以拖曳或包括拖车或其他附接件。通常，交通工具制造商可以将激光雷达系统102安装到任何移动平台，包括移动机械或机器人设备。
15.在所描绘的实现中，激光雷达系统102被安装在交通工具104的顶部并且提供照亮对象108的视场106。激光雷达系统102将视场106划分为像素(如图3-1所示)。激光雷达系统102可以从交通工具104的任何外表面投射视场106。例如，交通工具制造商可以将激光雷达系统102集成到保险杠、侧视镜、或需要检测对象108的距离和径向速度的任何其他内部或外部位置。在一些情况下，交通工具104包括多个激光雷达系统102，诸如一起提供更大视场106的第一激光雷达系统102和第二激光雷达系统102。一般而言，交通工具制造商可以将一个或多个激光雷达系统102的位置设计成提供包含对象108可能存在于其中的感兴趣区域的特定视场106。示例视场106包括360度视场、一个或多个180度视场、一个或多个90度视场等，它们可以重叠或被组合成特定大小的视场106。
16.对象108由反射激光雷达激光信号的一种或多种材料构成。取决于应用，对象108可以表示感兴趣的目标。在一些情况下，对象108是移动的对象110，诸如另一交通工具110-1、半挂车110-2、人110-3、动物110-4、自行车110-5或摩托车110-6。在其他情况下，对象108表示静止的对象112，诸如锥形交通路标112-1、混凝土屏障112-2、护栏112-3、栅栏112-4、树木112-5、或停放的交通工具112-6。静止的对象112沿着道路的一部分可以是连续的(例如，混凝土屏障112-2、护栏112-3)或者是不连续的(例如，锥形交通路标112-1)。
17.通常，激光雷达系统102与一些fmcw激光雷达系统不同，因为激光雷达系统102针对连续帧的相同像素使用不同的波形，以避免返回信号与噪声尖峰或与另一像素相关联的另一返回信号的频率分量重叠。对于连续帧的相同像素，可以使用不同的振幅调制和/或不同的频率调制来形成不同的波形。激光雷达系统可以自动地或响应于确定连续帧中的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。
18.激光雷达系统102在连续帧中的初始帧和后续帧两者中通过将返回信号与其对应的发射信号混合，来确定返回信号的拍频。激光雷达系统102将后续帧的返回信号的拍频与初始帧的返回信号的拍频进行比较。基于返回信号的拍频标识反射返回信号的对象108的特性。示例特性包括对象108的距离和距离变化率信息或角度信息。跨连续帧确定的拍频的比较增大了由激光雷达系统102计算的对象108的特性的置信度。激光雷达系统102可以向汽车应用(例如，自主驾驶系统、驾驶员辅助系统)输出这些特性中的一个或多个。通过针对连续帧的相同像素使用不同的波形，激光雷达系统102增大了经处理的返回信号的信噪比。增大的信噪比还可以允许激光雷达系统102以增大的置信度将返回信号与其对应的像素相关联。结果，与必须延长每个像素的总时间以隔离返回信号的其他激光雷达系统相比，激光雷达系统102还可以在更短的时间内扫描更多帧。
19.图2示出了作为交通工具104的一部分的激光雷达系统102。交通工具104还包括基于交通工具的系统202，基于交通工具的系统202依赖于来自激光雷达系统102的数据，基于交通工具的系统202诸如是驾驶员辅助系统204和自主驾驶系统206。通常，基于交通工具的系统202使用由激光雷达系统102提供的激光雷达数据来执行功能。例如，驾驶员辅助系统204提供盲点监测并生成警报，该警报指示与激光雷达系统102检测到的对象108的潜在碰撞。在该情况下，来自激光雷达系统102的激光雷达数据指示改变车道何时是安全或不安全的。
20.作为另一个示例，驾驶员辅助系统204抑制响应激光雷达系统102的警报，该警报指示对象108表示静止的对象112(诸如道路屏障)。以此方式，驾驶员辅助系统204可以避免在交通工具104在道路屏障旁边行驶时因警报使驾驶员烦恼。在来自道路屏障的反射生成看起来是移动的对象的错误检测的情况下，抑制警报也可能是有益的。通过抑制警报，这些错误的检测将不会导致驾驶员辅助系统204警告驾驶员。
21.自主驾驶系统206可以将交通工具104移动到道路上的特定位置，同时避免与激光雷达系统102检测到的其他对象108发生碰撞。由激光雷达系统102提供的激光雷达数据可以提供与对象108的距离、角位置、和径向速度有关的信息，以使自主驾驶系统206能够执行紧急制动、执行车道改变、或调整交通工具104的速度。
22.激光雷达系统102包括通信接口208以向基于交通工具的系统202或交通工具104的另一部件发射激光雷达数据。例如，当激光雷达系统102的个体部件被集成在交通工具104内时，通信接口208可以通过交通工具104的通信总线发射数据。一般而言，由通信接口208提供的激光雷达数据是呈基于交通工具的系统202可使用的格式。在一些实现中，通信接口208可以向激光雷达系统102提供信息，诸如交通工具104的速度或转向指示灯是打开还是关闭。激光雷达系统102可以使用该信息来适当地配置自身。例如，激光雷达系统102可以通过补偿交通工具104的速度来确定对象108的绝对速度。替代地，激光雷达系统102可以基于右转指示灯打开还是左转指示灯打开来动态地调整视场106。
11是发射信号302的一部分。发射信号302-11具有第一波形。
31.类似地，激光雷达系统102在像素306-21中射出发射信号302-21(“第三发射信号”)。发射信号302-11和302-21统称为发射信号302。如关于图4更详细地描述的，发射信号302-21具有第三波形，该第三波形可以与第一波形具有不同的调制(例如，不同的振幅调制)。如关于图5-1和图5-2更详细地描述的，第一波形可以被重新用于帧内的另一像素306的发射信号302，但是用于连续像素的发射信号的波形可以是不同的。发射信号302(例如，发射信号302-11和发射信号302-21)以连续序列被射出(例如，是同一发射信号的一部分)并且不是离散信号。
32.每个发射信号302可以包括一个或多个啁啾(chirp)。啁啾是发射信号302的一部分，在该部分中频率随时间增大(向上啁啾)、减小(向下啁啾)或保持恒定(平坦啁啾)。在所描绘的示例中，激光雷达系统102针对像素306内的每个发射信号302采用单个向上啁啾，其中每个啁啾的频率随时间线性增大。换言之，发射信号302-11和302-21的中心频率不同，但发射信号302-11和302-21具有相同的频率斜率。在其他情况下，激光雷达系统102可以针对像素306内的每个发射信号302应用具有两个啁啾的三角斜坡循环，其中每个啁啾的频率随时间在线性增大和线性减小之间交替。通常，激光雷达系统102可以针对发射信号302中的每一个定制啁啾的数量、啁啾的啁啾模式(例如，向上啁啾、向下啁啾、平坦啁啾、中心频率、频率斜率的组合)以及啁啾的发射特性(例如，带宽、中心频率、持续时间、发射功率)，以实现特定的检测范围、距离分辨率、或多普勒分辨率。
33.如以上所讨论的，波束控制部件210控制每个发射信号302，使得激光雷达系统102按顺序扫描视场106内的像素306。换句话说，激光雷达系统102以连续序列而不是作为一系列离散信号来发射发射信号302-11和302-21。一帧(图3-1中未示出)表示扫描视场106内的所有个体像素306所花费的时间。
34.对象108-1反射发射信号302-11的至少一部分。反射部分表示返回信号304-11(第一返回信号)。激光雷达系统102接收返回信号304-11，并处理返回信号304-11以为基于交通工具的系统202提取与对象108-1有关的激光雷达数据。如所描绘的，由于在传播和反射期间产生的损耗，返回信号304-11的振幅小于发射信号302-11的振幅。
35.类似地，对象108-2反射发射信号302-21的至少一部分。激光雷达系统102接收返回信号304-21(第三返回信号)，并处理返回信号304-21以为基于交通工具的系统202提取与对象108-2有关的激光雷达数据。返回信号304-11和304-21统称为返回信号304。
36.在激光雷达系统102处，返回信号304-11和304-21分别表示发射信号302-11和302-21的延迟版本。延迟量与从对象108-1和108-2到激光雷达系统102的范围(例如，距离)成比例。例如，该延迟表示发射信号302-11从激光雷达系统102传播到对象108-1以及返回信号304-11行进回激光雷达系统102所花费的时间。如果对象108或激光雷达系统102正在移动，则返回信号304由于多普勒效应而在频率上相对于发射信号302发生偏移。返回信号304在频率上的这种偏移被称为多普勒频率。换言之，返回信号304的特性分别取决于对象108的运动、或交通工具104的运动。类似于发射信号302，返回信号304由一个或多个啁啾组成。本文档进一步关于图3-2描述了发射信号302和返回信号304的特性。
37.图3-2示出了图3-1的激光雷达系统102的像素306-11和306-21的发射信号302和返回信号304的频率-时间图310。图3-2还示出了像素306-11和306-21的返回信号304的振
幅-时间图312。在频率-时间图310中，纵轴表示频率而横轴表示时间。在振幅-时间图312中，纵轴表示振幅而横轴表示时间。频率-时间图310和振幅-时间图312示出了单个帧308-1的发射信号302和返回信号304。
38.频率-时间图310示出了帧308-1的作为时间的函数的发射信号302和返回信号304的频率。发射信号302-11和302-11的频率随时间线性增大。换言之，发射信号302-21具有与发射信号302-11相同的频率斜率。然而，发射信号302-21的中心频率大于发射信号302-11的中心频率。返回信号304-11和304-21具有与发射信号302-11和302-21相同的频率斜率。
39.振幅-时间图312示出了帧308-1的作为时间的函数的返回信号304-11和304-21的振幅。返回信号304-11和304-21分别反映帧308-1的发射信号302-11和302-21的振幅调制。在所描绘的示例中，返回信号304-11的振幅调制的频率(在图3-2中由实线表示)低于返回信号304-21的振幅调制的频率(由图3-2中由虚线表示)。
40.频率-时间图310描绘了多个像素306和多个检测窗口ti。总体上，每个检测窗口ti与特定的像素306相关联。例如，检测窗口t
i11
和t
i21
分别与像素306-11和306-21相关联。在所描绘的示例中，检测窗口t
i11
发生在发射信号302-11的一部分被发射并且发射信号302-12的一部分被发射的时间期间。每个检测窗口ti的持续时间足以使激光雷达系统102能够接收特定检测范围的反射。在每个检测窗口ti期间，收发器212收集返回信号304的样本。如上文关于图3-1所描述的，返回信号304表示相关联的像素306的发射信号302的反射或与邻近像素306相关联的发射信号302的反射。
41.在帧308-1期间，激光雷达系统102在检测窗口t
i11
期间接收返回信号304-11，从而针对像素306-11获得对象108-1的特性(例如，距离信息、距离变化率信息、角度信息)。激光雷达系统102后续地接收返回信号304-21，从而针对像素306-21获得对象108-2的特性。例如，激光雷达系统102可以基于与对应像素306(例如，像素306-2)相关联的角度来确定对象108(例如，对象108-2)的角度信息。如关于图4、图5-1和图5-2更详细地讨论的，激光雷达系统102确定返回信号304的拍频(beat frequency，fb)。激光雷达系统102可以使用拍频来获得像素108的距离和/或距离变化率信息，如下面的等式所示的。在这些等式中，r是到对象108的范围(例如，距离)，v是对象108的距离变化率(例如，径向速度)，c是光速，fc是发射信号302的频率(载波频率)，t是像素306的时段，并且b是像素306的带宽。因此：多普勒频率是：拍频是：
42.对于帧308-1的像素306中的每一个，激光雷达系统102处理返回信号304以确定拍频。例如，在检测窗口t
i11
期间接收返回信号304-11。该过程针对帧308-1的视场106中的像素306中的每一个像素重复，并且随后针对后续帧中的所有像素306重复。在该示例中，在与像素306-11相对应的检测窗口t
i11
和与像素306-21相对应的检测窗口t
i21
的开始部分期间接收返回信号304-11。在检测窗口t
i11
的后半部分和检测窗口t
i21
的开始部分期间，激光雷达系统102接收返回信号304-11和返回信号304-21(在图3-2中用虚线表示)。返回信号304-11和304-21可以重叠，因为反射返回信号304-11的对象108-1比反射返回信号304-21的对象108-2离激光雷达系统102更远。
43.在同一时间处接收到不同像素306的多个返回信号304的情况下，发射信号302的线性增大的频率(例如，统一的频率斜率)(如图3-2所示)允许经由接收器404中的混频操作(mixing operation)来正确地确定返回信号304的拍频，这关于图4、图5-1和图5-2被讨论。
44.检测窗口ti可以包括来自单个像素(例如，像素306-11)或连续像素(例如，像素306-11和306-21)的返回信号304。换句话说，单个检测窗口ti可以跨越当前发射信号302被发射的一部分时间和后续发射信号302被发射的一部分时间。在其他实现中，可以延长检测窗口ti以监听更大的连续像素组的返回信号304。例如，可以延长检测窗口t
i11
以监听像素306-11至306-31(未示出)的返回信号304。换言之，单个检测窗口ti可以跨越当前发射信号302被发射的一部分时间和两个或更多个后续发射信号302被发射的一部分时间。
45.在一些情况下，激光雷达系统102跨连续帧动态地改变相同像素306的发射信号302的波形。如关于图5-1和图5-2更详细地描述的，第一波形可以重新用于连续帧中的后续帧内的另一像素306的发射信号302，但是用于连续帧的相同像素的发射信号的波形是不同的。这样，发射信号302-11(第二发射信号)针对连续帧中的后续帧中的像素306-11具有第二波形，而发射信号302-21(第四发射信号)针对连续帧中的后续帧中的像素306-21具有第四波形。第二波形具有与针对连续帧中的初始帧的相同像素306-11的第一波形不同的调制。类似地，第四波形具有与针对初始帧中的相同像素306-21的第三波形不同的调制。激光雷达系统102可以通过例如改变相位调制、频率调制、振幅调制或它们的任何组合，来应用不同类型的调制。激光雷达系统102可以改变波形，以提高返回信号304的信噪比或提高其将多个返回信号解析到其对应像素的置信度，如关于图4、图5-1和图5-2进一步描述的。
46.图4示出了所描述的激光雷达系统102的示例收发器212和示例处理器214。在所描绘的配置中，收发器212耦合在(图2的)波束控制部件210和处理器214之间。处理器214实现信号检测模块218和检测处理模块220。处理器214被连接到返回信号304的数据路径。
47.收发器212包括至少一个发射器402和至少一个接收器404。发射器402生成发射信号302并将发射信号302传递到波束控制部件210。发射器(transmitter)402包括至少一个振幅调制器406、至少一个频率调制器408和至少一个射出器(emitter)410。射出器410包括生成光信号的激光器或类似部件。射出器410耦合到频率调制器408。
48.频率调制器408执行频率调制以使激光雷达系统102能够作为fmcw激光雷达系统操作。在一些情况下，频率调制器408改变与连续像素306或连续帧308的相同像素306相关联的发射信号302的频率调制。考虑图3-2中的示例发射信号302-11和302-21。在这种情况下，频率调制器408使得跨一组发射信号302-11和302-21的频率随帧308-1的时间线性增大。换言之，频率调制器408使发射信号302-21具有比发射信号302-11的中心频率更高的中心频率。频率调制器408还使个体发射信号302-11和302-21的频率以相同的速率(例如，相同的频率斜率)增大。如果发射信号302包括多个啁啾，则频率调制器408还可以改变与相同像素306相关联的不同啁啾的频率调制。此外，频率调制器408可以使得跨帧308-2(图3-2中未示出)的发射信号302-11的频率与跨帧308-1的发射信号302-11的频率不同。
49.振幅调制器406耦合到频率调制器408并应用独特的振幅调制方案。振幅调制器406还可用于使得能够针对像素306间的不同返回信号304解析检测。振幅调制器406可以改变与不同像素306或跨连续帧308的相同像素306相关联的发射信号302的振幅调制。如果发射信号302包括多个啁啾，则振幅调制器406还可以改变与相同像素306相关联的不同啁啾
的振幅调制。
50.在其他实现中，振幅调制器406可以被实现为另一种类型的调制器406，所述另一种类型的调制器406提供振幅调制、频率调制、相位调制或它们的任何组合，以针对连续帧308的相同像素306生成独特的波形。在另外的实现中，振幅调制器406不存在并且仅频率调制器408用于针对连续帧308的相同像素306生成独特的波形。
51.接收器404接收并调节用于处理器214的复合返回信号418。复合返回信号418包括图3-1和图3-2的返回信号304中的至少一个。尽管未明确示出，但是接收器404可以包括光电检测器和其他接收器元件，诸如放大器、混频器、滤波器和模数转换器。接收器404的混频器和模数转换器及其在所描述的fmcw激光雷达系统中的操作将参照图5-1和图5-2进一步描述。
52.在操作期间，射出器410生成激光信号420，激光信号420可以具有稳定的(例如，恒定的)频率。频率调制器408调制激光信号420的频率以生成调频(fm)激光信号422。振幅调制器406调制调频激光信号422的振幅以生成发射信号302，发射信号302具有与初始帧308的其对应的像素306相关联的特定频率调制和振幅调制。
53.发射信号302传播通过空间并被对象108(例如，图3-1中描绘的对象108-1和108-2中的一者)反射。接收器404接收发射信号302的反射版本，发射信号302的反射版本由复合返回信号418表示。接收器404将复合返回信号418与fm激光信号422混合，以对复合返回信号418的频率进行下变频(downconvert)和解调。接收器404生成差拍信号(beat signal)424，差拍信号424是时域数字信号。
54.处理器214接受差拍信号424并分析差拍信号424以生成激光雷达数据428。具体地，处理器214执行信号检测模块218和检测处理模块220。信号检测模块218执行一项或多项操作，以在帧308中将返回信号304与其对应的像素306相关联。信号检测模块218还将连续帧308中的后续帧308(例如，帧308-2)的返回信号304的所确定的拍频与连续帧308中的初始帧308(例如，帧308-1)的返回信号304的所确定的拍频进行比较。信号检测模块218将检测数据426传递给检测处理模块220。检测数据426可以包括差拍信号424中的每一个及其对应像素306的指示。检测处理模块220分析检测数据426并生成激光雷达数据428。激光雷达数据428可以包括反射返回信号304的对象108的距离、距离变化率、和/或角度信息。在其他情况下，激光雷达数据428指示对象108是否在交通工具104的盲点中。处理器214向(图2的)基于交通工具的系统202提供激光雷达数据428。
55.在一些情况下，处理器214向振幅调制器406或频率调制器408输出调制控制信号430。处理器214指导振幅调制器406或频率调制器408将特定的调制应用于后续帧308的发射信号302。调制控制信号430可以指导发射信号302的调制针对后续帧308的每个像素306或针对后续帧308的像素306的子集而变化。调制控制信号430可以由不同的部件输出，所述不同的部件包括例如信号匹配模块218、检测处理模块220或接收器404。此外，振幅调制器406和频率调制器408应用的调制可以被编程为针对后续帧308在不同的调制之间循环，而不接收调制控制信号430。通过在后续帧308(例如，帧308-2(未示出))中改变由振幅调制器406应用的振幅调制、由频率调制器408应用的频率调制、或它们的组合，激光雷达系统102可以提高跨连续帧308的返回信号304的信噪比或提高其解析像素306间的返回信号304的置信度，如关于图5-1和图5-2进一步描述的。
56.图5-1示出了所描述的激光雷达系统102的发射器402、接收器404和处理器214的示例操作，处理器214包括信号检测模块218和检测处理模块220。
57.接收器404包括混频器502和模数转换器504。混频器502将复合返回信号418与fm激光信号422混合，以对复合返回信号418的频率进行下变频和解调。模数转换器将作为模拟信号的混频器502的下变频输出转换为时域数字信号。
58.在操作期间，发射器402针对初始帧308-1在像素306-11中发射发射信号302-11(第一发射信号)。在图5-1中，在图500-1中示出发射信号302-11，图500-1包括表示时间的横轴和表示频率的纵轴。发射信号302-11具有第一波形，第一波形包括第一频率调制和第一振幅调制。发射信号302-11的第一频率调制线性增大，如图500-1所示。未在图500-1中示出发射信号302-11的第一振幅调制，但在图500-2和图500-3中间接地示出发射信号302-11的第一振幅调制。图500-2和图500-3包括表示频率的横轴和表示振幅的纵轴。在图500-2和图500-3中，由差拍信号424-11中的中心峰值和边带峰值之间的频率偏移示出发射信号302-11的第一振幅调制。如以下所讨论的，差拍信号424-11是返回信号304-11的经处理的版本，返回信号304-11是发射信号302-11的反射版本。
59.发射信号302-11传播通过空间并被对象108-1反射，如在图3-1中所描绘的。接收器404接收发射信号302的反射版本，发射信号302的反射版本由复合返回信号418表示。复合返回信号418包括返回信号304-11(第一返回信号)和噪声峰值512，返回信号304-11是发射信号302-11的反射版本。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、来自其他源的光、以及来自其他激光雷达系统的杂散激光信号。内部噪声源可包括接收器404或光电检测器的噪声以及伴随激光雷达系统102的部件的热噪声。混频器502将复合返回信号418与fm激光信号422混合，以对复合返回信号418的频率进行下变频和解调。混频器向模数转换器504输出下变频返回信号510。模数转换器504将下变频返回信号510转换为差拍信号424，差拍信号424是时域数字信号。
60.差拍信号424在图5-1中的图500-2和图500-3中示出。差拍信号424包括：与返回信号304-11相对应的差拍信号424-11、和由图500-2和图500-3中的白色斑点形状表示的噪声峰值512。差拍信号424-11具有中心峰值和边带峰值，中心峰值和边带峰值在图5-1中被表示为黑色形状，如在图500-2中所描绘的。差拍信号424-11的中心峰值表示初始帧308-1的返回信号304-11的拍频。如参照图3-2所描述的，激光雷达系统102可以基于返回信号304-11的拍频来计算与对象108-1相关联的距离或距离变化率。在该示例中，差拍信号424-11的中心峰值具有比噪声尖峰512更高的频率，如在图500-2中所描绘的，但差拍信号424-11的边带峰值中的一个边带峰值的频率与噪声尖峰512的频率大致相同。处于大致相同的频率下的差拍信号424-11的边带峰值和噪声尖峰512的组合可在差拍信号424-11中导致两个大峰值(例如，中心峰值、以及边带峰值与噪声尖峰的组合)。这两个大峰值可降低激光雷达系统102确定对象108-1位于哪个像素306中或确定与对象108-1相关联的拍频的置信度。以这种方式，噪声尖峰512可降低激光雷达系统102标识对象108的位置或确定对象108-1的特性的准确度。
61.差拍信号424被输出到信号检测模块218。信号检测模块218处理差拍信号424以将与返回信号304-11相对应的差拍信号424-11与对应的像素306-11相关联。例如，信号检测模块218可以将差拍信号424-11中的中心峰值和边带峰值之间的边带偏移与同发射信号
302-11的振幅调制相关联的边带偏移进行比较。作为另一示例，信号检测模块218可以在频域中将差拍信号424与第一模板信号和第二模板信号进行比较，以分别生成第一比较结果和第二比较结果。信号检测模块218可以利用互相关、卷积或匹配滤波过程来执行该比较。第一模板信号具有与发射信号302-11的振幅调制相同的振幅调制。第二模板信号具有与邻近像素306的发射信号302(例如，发射信号302-21)的振幅调制相同的振幅调制。基于将两个比较结果中的第一比较结果标识为具有最大振幅峰值的比较结果，信号检测模块218可以将返回信号304-11与像素306-11相关联。如以上参照图4所描述的，信号检测模块218将检测数据426传递到检测处理模块220，检测处理模块220分析检测数据426并输出激光雷达数据428。
62.在该示例中并且如上所述，激光雷达系统102在标识对象108-1和确定对象108-1的特征时可具有降低的置信度。为了解决后续帧308-2中的这个问题，处理器214选择不同的波形以将其用于后续帧308-2中的相同像素306-11。这个新波形可以具有特定的频率调制以移动差拍信号424的中心峰值和边带峰值，或者具有特定的振幅调制以移动差拍信号424的边带峰值。使用任一技术，后续帧的经修改波形有效地将差拍信号424的下边带峰值移动远离噪声尖峰512。
63.处理器214向(图4的)频率调制器408输出调制控制信号430，以针对后续帧308-2增大激光雷达系统102的置信度。在所描绘的示例中，处理器214经由调制控制信号430指导频率调制器408降低帧308-2的发射信号302-11(第二发射信号)的频率斜率，如图500-1中所示的。帧308-2的发射信号302-11具有第二波形，该第二波形具有与第一波形不同的频率调制。具体地，第二波形包括第二频率调制和第二振幅调制，该第二频率调制具有比第一频率调制更小的频率斜率，该第二振幅调制与第一振幅调制相同。使用该技术，激光雷达系统102可以动态地调整在后续帧(例如，帧308-2)中使用的波形，以降低噪声信号512与差拍信号424重叠的概率。此外，这种动态能力使激光雷达系统102能够响应于检测到环境中的变化(诸如，噪声信号512的频率的变化或检测到其他噪声信号)而执行实时调整。
64.在其他实现中，频率调制器408被编程为针对后续帧308在不同的频率调制之间循环。结果，针对帧308-2的像素306-1的发射信号302-11的频率调制与针对帧308-1的相同像素306-1的发射信号302-11的频率调制不同。作为另一示例，频率调制器408被编程为针对后续帧308在多组频率调制之间循环。结果，针对帧308-1、308-2、308-3(未示出)和308-4(未示出)的发射信号302-11的频率调制可以分别是第一频率调制、第二频率调制、第三频率调制和第一频率调制。
65.在帧308-2中，发射器402发射发射信号302-11，并且接收器404接收作为复合返回信号418的一部分的返回信号304-11(第二返回信号)。在一些情况下，发射器402可以调整第二波形的持续时间以补偿对频率斜率的任何调整，以便跨多个帧维持相同的距离分辨率。对于线性增大的频率调制，激光雷达系统102的距离分辨率同频率斜率与波形持续时间(例如，啁啾持续时间)的比率成比例。在帧308-2的情况下，激光雷达系统102增加波形持续时间(例如，发射信号302的持续时间)以补偿频率斜率的减小，以便维持与先前帧308的距离分辨率相同的距离分辨率。
66.混频器502将复合返回信号418与帧308-2的fm激光信号422混合。混频器输出下变频返回信号510，下变频返回信号510由模数转换器504转换为差拍信号424。
67.差拍信号424被输出到信号检测模块218。差拍信号424包括与返回信号304-11相对应的差拍信号424-11以及如图500-3中所描绘的噪声峰值512。在帧308-2中，差拍信号424-11的中心峰值和边带峰值的频率被(向左)移动到较低频率。发生频率偏移是因为第二频率调制的中心频率低于第一频率调制的中心频率。差拍信号424-11的拍频仍然具有比噪声尖峰512更高的频率，但下边带峰值的频率被移动到低于噪声尖峰512。以此方式，噪声尖峰512的频率与差拍信号424-11的拍频和边带峰值的频率不同。
68.信号检测模块218处理差拍信号424并将与返回信号304-11相对应的差拍信号424-11与对应的像素306-11相关联。因为在帧308-2中，差拍信号424-11的边带峰值已被移动远离噪声尖峰512，所以激光雷达系统102将对象108-1与差拍信号424-11的中心峰值相关联以及确定对象108-1的特性的置信度可被增大。
69.信号检测模块218还将在帧308-2中确定的返回信号304-11的拍频与在帧308-1中确定的返回信号304-11的拍频进行比较。在其他实现中，该比较可以由检测处理模块220或由处理器214实施的另一部件来执行。信号检测模块218可以通过例如确认帧308-2的差拍信号424-11的信噪比大于帧308-1的差拍信号424-11的信噪比来执行该比较。该比较可以通知激光雷达系统102在后续帧308-2中的波形调整是否充分提高了其标识对象108-1和确定对象108-1的特性的置信度，或者是否需要针对后面的帧(例如，帧308-3)进行额外的调整。信号处理模块220可以通过例如确认在帧308-2中确定的对象108-1的特性与在帧308-1中确定的对象108-1的特性大致相同来执行该比较。该比较允许激光雷达系统102增大被提供给基于交通工具的系统202的激光雷达数据428的置信度。
70.在其他实现中，激光雷达系统102针对后续帧308-2调整发射信号302-11的振幅调制。经调整的振幅调制导致差拍信号424-11的边带峰值的频率移向差拍信号424-11的中心峰值或远离差拍信号424-11的中心峰值移动。以此方式，激光雷达系统102可在后续帧308-2中避免噪声尖峰512与差拍信号424-11的中心峰值或边带峰值重叠。在其他实现中，激光雷达系统102可以针对后续帧308-2调整发射信号302-11的振幅调制和频率调制两者。
71.信号检测模块218将检测数据426传递给检测处理模块220，检测处理模块220分析检测数据426并确定反射返回信号304-11的对象108-1的特性。通过改变后续帧中的相同像素的波形，激光雷达系统102可以防止差拍信号424在频域中与噪声信号512重叠，并增大被提供给基于交通工具的系统202的激光雷达数据428的置信度。当在单个检测窗口内接收到多个返回信号304时，激光雷达系统102可以执行类似的一组操作，以增大帧308上的返回信号304的信噪比，如参照图5-2进一步描述的。
72.图5-2示出了所描述的激光雷达系统的发射器402、接收器404和处理器214的另一组示例操作。在所描绘的示例中，激光雷达系统102在单个检测窗口ti期间接收多个返回信号304。如以上参照图3-2所述的，激光雷达系统102可以在单个检测窗口期间接收多个返回信号304，因为反射返回信号304的对象108在距激光雷达系统102的不同距离处，并且激光雷达系统102在发射信号302之间具有减小的延迟。激光雷达系统102改变连续帧308的相同像素306的发射信号302的波形，以提高将关联跨连续帧308的连续像素306的返回信号304的准确度。
73.在操作期间，发射器402针对初始帧308-1分别在像素306-11和306-21中发射发射信号302-11(第一发射信号)和302-21(第三发射信号)。在图5-2中，在图501-1中示出初始
帧308-1的发射信号302-11和302-21，图501-1包括表示时间的横轴和表示振幅的纵轴。在图501-1中，发射信号302-11由实线表示并且发射信号302-21由虚线表示。
74.发射信号302-11具有第一波形，第一波形包括第一频率调制和第一振幅调制。发射信号302-21具有第三波形，第三波形包括第三频率调制和第三振幅调制。第三波形不同于第一波形，这允许激光雷达系统102解析像素306-11和306-21间的返回信号304。在所描绘的实现中，第三频率调制不同于第一频率调制，如图3-2所描绘的。第三频率调制和第一频率调制以相同的速率线性增大(例如，频率斜率相同)，但是发射信号302-21的中心频率高于发射信号302-11的中心频率。第三振幅调制不同于第一振幅调制。如图501-1中所描绘的，与发射信号302-21的振幅相比，发射信号302-11的振幅以更慢的速率改变，这通过发射信号302-21针对像素306-21所具有的周期比发射信号302-11针对像素306-11所具有的周期更多来示出。
75.如图3-1中所描绘的，发射信号302-11和302-21传播通过空间并被对象108-1和108-2反射。接收器404接收发射信号302的反射版本，发射信号302的反射版本由复合返回信号418表示。复合返回信号418包括返回信号304-11(第一返回信号)和304-21(第三返回信号)，它们分别是发射信号302-11和302-21的反射版本。混频器502将复合返回信号418与fm激光信号422混合，以对复合返回信号418的频率进行下变频和解调。混频器向模数转换器504输出下变频返回信号510。模数转换器504将下变频返回信号510转换为差拍信号424。
76.差拍信号424在图501-3中示出，图501-3包括表示频率的横轴和表示振幅的纵轴。差拍信号424包括差拍信号424-11和424-21，它们分别对应于返回信号304-11和304-21。差拍信号424-11具有中心峰值和边带峰值，它们在图501-3中被表示为黑色形状。差拍信号424-21具有中心峰值和边带峰值，它们被表示为白色斑点形状。差拍信号424-11和424-21的中心峰值分别表示初始帧308-1的返回信号304-11和304-21的拍频。在该示例中，差拍信号424-11的拍频具有比差拍信号424-21的拍频更高的频率，但是差拍信号424-21的边带峰值中的一个边带峰值的频率与另一差拍信号424-11的拍频大致相等。差拍信号424-11的拍频与差拍信号424-21的边带峰值的重叠可降低激光雷达系统102将差拍信号424与其对应的像素306相关联以及确定对象108-1和108-2的置信度。
77.差拍信号424被输出到信号检测模块218。信号检测模块218处理差拍信号424，以将差拍信号424-11和424-21分别与对应的像素306-11和306-21相关联。例如，信号检测模块218可以将差拍信号424中的中心峰值和边带峰值之间的边带偏移与同发射信号302的振幅调制相关联的边带偏移进行比较。作为另一示例，信号检测模块218可以在频域中将差拍信号424与第一模板信号和第二模板信号进行比较，以分别生成第一比较结果和第二比较结果。第一模板信号具有与发射信号302-11的振幅调制相同的振幅调制。第二模板信号具有与发射信号302-21的振幅调制相同的振幅调制。基于将两个比较结果中的第一比较结果标识为具有最大振幅峰值的比较结果，信号检测模块218可以将返回信号304-11与像素306-11相关联。类似地，信号检测模块218可以将返回信号304-21与像素306-21相关联。如以上参照图4所描述的，信号检测模块218将检测数据426传递到检测处理模块220，检测处理模块220分析检测数据426并输出激光雷达数据428。
78.为了解决将返回信号304-11和304-21分别与它们对应的像素306-11和306-21相关联的置信度降低的问题，可以针对后续帧308-2改变发射信号302-11和302-21的波形新
的波形可以具有特定的调制，以将后续差拍信号424-21的上边带峰值移动远离后续差拍信号424-11的中心峰值。
79.在该示例中，处理器214将调制控制信号430输出到(图4的)振幅调制器406，以在下一帧308-2中降低发射信号302-11的振幅调制的速率并增大发射信号302-21的振幅调制的速率。如图501-2中所描绘的，帧308-2的发射信号302-11具有第二波形，第二波形具有与第一波形不同的调制。第二波形包括：与第一频率调制相同的第二频率调制、以及与第一振幅调制不同的第二振幅调制。该第二波形可以具有与帧308-1的发射信号302-21的第三波形相同或不同的调制。如图501-2中所描绘的，帧308-2的发射信号302-21具有第四波形，该第四波形具有与第三波形和第二波形不同的调制。第四波形包括：与第三频率调制相同的第四频率调制、以及与第三振幅调制和第二振幅调制不同的第四振幅调制。第四波形可以具有与第一波形相同或不同的调制。
80.替代地，第四波形的第四振幅调制与第三振幅调制相同，但不同于第二振幅调制。在该替代实现中，对于帧308-1和308-2中的每一者，发射信号302-11和302-21的波形彼此不同，但是，仅发射信号302-11的波形在帧308-2中相比于其在帧308-1中的波形发生了改变。
81.在图5-2所描绘的示例中，第一波形(与帧308-1的发射信号302-11相关联)的频率斜率与第二波形(与帧308-2的发射信号302-11相关联)、第三波形(与帧308-1的发射信号302-21相关联)和第四波形(与帧308-2的发射信号302-21相关联)的频率斜率相同。在其他实现中，调制控制信号430使后续帧308-2中的发射信号302的频率调制和振幅调制两者发生变化。例如，第二波形和第四波形的频率斜率与第一波形和第三波形的频率斜率不同。
82.在其他实现中，振幅调制器406被编程为针对后续帧308在不同的振幅调制之间循环。结果，针对帧308-2的发射信号302-11和302-21的振幅调制与针对帧308-1的发射信号302-11和302-21的振幅调制不同。作为另一示例，振幅调制器406被编程为针对后续帧308在多组振幅调制之间循环。作为示例，针对帧308-1、308-2、308-3(未示出)和308-4(未示出)的发射信号302-11的振幅调制可以分别是第一振幅调制、第二振幅调制、第三振幅调制和第一振幅调制。
83.在帧308-2中，发射器402发射发射信号302-11(第二发射信号)和302-21(第四发射信号)，接收器404接收返回信号304-11(第二返回信号)和304-21(第四返回信号)作为复合返回信号418的一部分。混频器502将复合返回信号418与帧308-2的fm激光信号422混合。混频器输出下变频返回信号510，下变频返回信号510由模数转换器504转换为差拍信号424。
84.差拍信号424被输出到信号检测模块218。差拍信号424包括差拍信号424-11和424-21，如图501-4所描绘的。在帧308-2中，当与帧308-1相比时，差拍信号424-11的边带峰值的频率朝向中心峰值的频率偏移。这种频率偏移是由于：与帧308-1相比，在帧308-2中发射信号302-11的振幅以较低的速率变化。差拍信号424-21的边带峰值的频率移动远离中心峰值的频率，这是由于：与帧308-1相比(例如，与第一振幅调制相比)，在帧308-2中发射信号302-21的振幅(例如，第二振幅调制)以更快的速率变化。对于差拍信号424-11和424-21两者，从帧308-1中的中心峰值的频率到帧308-2中的中心峰值的频率没有偏移，因为针对发射信号302-11和302-21两者，频率调制从帧308-1到帧308-2没有改变。换言之，第二频率
调制和第四频率调制分别与第一频率调制和第三频率调制相同。差拍信号424的边带峰值的频率偏移导致差拍信号424中的每一个的中心峰值相对于另一个差拍信号424的边带峰值具有不同的频率。
85.信号检测模块218处理差拍信号424，并且将差拍信号424-11和424-21分别与它们对应的像素306-11和306-21相关联。因为差拍信号424的边带峰值已经移动远离另一个差拍信号424的中心峰值，所以激光雷达系统102将差拍信号424-11和424-21与它们对应的像素306-1和306-2进行关联的置信度可增大。
86.信号检测模块218还将在帧308-2中确定的返回信号304-11和304-21的拍频与在帧308-1中确定的返回信号304-11和304-21的拍频进行比较。以此方式，激光雷达系统102可以更自信地向基于交通工具的系统202提供激光雷达数据428。
87.信号检测模块218将检测数据426传递给检测处理模块220，检测处理模块220分析检测数据426并确定反射返回信号304-11和304-21的对象108-1和108-2的特性。在其他实现中，激光雷达系统102可以执行类似的一组操作，以通过以下操作来增大其跨帧308将返回信号304与它们的对应像素306进行关联的置信度：跨连续帧308改变相同像素306的频率调制、振幅调制、相位调制、或它们的任何组合。在这种情况下，后续帧(例如，帧308-2)的发射信号302的波形不同于初始帧(例如，帧308-1)的发射信号302的波形。发射器402可以针对后续帧308中的像素306中的每一个像素或针对后续帧308中的像素306的子集，改变发射信号302的波形。例如，如果解析初始帧308的返回信号304的置信度低于针对像素306的子集的阈值，则可指导发射器402仅针对像素306的子集改变后续帧308中的发射信号302的波形。示例方法
88.图6描绘了由跨帧改变波形的fmcw激光雷达系统执行的示例方法300。方法600被示出为被执行的多组操作(或动作)，但不必限于在本文中示出操作的次序或组合。此外，操作中的一个或多个操作中的任一者可以被重复、被组合或被重组以提供其他方法。在以下讨论的部分中，可分别参考图1和图3-1的环境100和300，以及图1至图5-2中详述的实体，参考这些仅作为示例。技术不限于由一个实体或多个实体执行。
89.在602处，在两个连续帧中的初始帧期间，针对两个连续像素中的初始像素发射第一发射信号。第一发射信号具有第一波形，该第一波形包括第一频率调制、第一振幅调制、或它们的组合。例如，在连续帧308-1和308-2中的帧308-1期间，交通工具104上的激光雷达系统102的收发器212针对像素306-11发射发射信号302-11，如图3-1中所示的。发射信号302-11具有第一波形，该第一波形例如包括第一振幅调制和第一频率调制，如图3-2中所示的。
90.在604处，接收第一返回信号。第一返回信号是第一发射信号的被对象反射的版本。例如，交通工具104上的激光雷达系统102的收发器212接收返回信号304-11，如图3-1中所示的。返回信号304-11是由对象108-1反射的发射信号302-11的反射。
91.在606处，通过将第一返回信号与第一发射信号混合来生成第一差拍信号。例如，激光雷达系统102在混频器502中将返回信号304-11与发射信号302-11混合，以针对帧308-1生成差拍信号424，如图5-1所示的。差拍信号424中具有最大振幅的频率表示返回信号304-11的拍频，如图5-1的振幅-频率图所示的。
92.在608处，在两个连续帧中的后续帧期间，针对相同的初始像素发射第二发射信号。第二发射信号具有第二波形，该第二波形包括第二频率调制、第二振幅调制、或它们的组合。第二频率调制和第二振幅调制中的至少一者分别与第一频率调制和第一振幅调制不同。例如，在连续帧308-2和308-2中的帧308-2期间，交通工具104上的激光雷达系统102的收发器212针对像素306-11发射发射信号302-11。针对帧308-2的发射信号302-11具有第二波形，该第二波形包括第二频率调制和第二振幅调制。第二振幅调制和第二频率调制中的至少一者分别与第一振幅调制和第一频率调制不同。
93.在610处，接收第二返回信号。第二返回信号是第二发射信号的被对象反射的版本。例如，交通工具104上的激光雷达系统102的收发器212接收返回信号304-11。返回信号304-11是由对象108-1反射的发射信号302-11的反射。
94.在612处，通过将第二返回信号与第二发射信号混合来生成第二差拍信号。第二差拍信号的中心峰值或边带峰值中的至少一者分别与第一返回信号的中心峰值或边带峰值不同。例如，激光雷达系统102在混频器502中将返回信号304-11与发射信号302-11混合，以针对后续帧308-2生成差拍信号424，如图4中所示的。后续帧308-2的差拍信号424-11的中心频率和边带频率与初始帧308-1的差拍信号424-11的中心频率和边带频率不同，如在图5-1的图500-2和图500-3中所描绘的。
95.在614处，将第二差拍信号与第一差拍信号进行比较，以增大检测对象或确定对象的特性的置信度。例如，激光雷达系统102将后续帧308-2的差拍信号424与初始帧308-1的差拍信号424进行比较。该比较增大了激光雷达系统102检测对象108-1或确定对象108-1的特性的置信度。示例
96.在以下部分中，提供了示例。
97.示例1：一种由调频连续波激光雷达系统执行的方法，包括：在两个连续帧中的初始帧期间：针对两个连续像素中的初始像素发射具有第一波形的第一发射信号，该第一波形包括第一频率调制、第一振幅调制、或它们的组合；接收第一返回信号，该第一返回信号包括第一发射信号的被对象反射的版本；以及通过将第一返回信号与第一发射信号混合来生成第一差拍信号；在两个连续帧中的后续帧期间：针对相同的初始像素发射具有第二波形的第二发射信号，该第二波形包括第二频率调制、第二振幅调制、或它们的组合，第二频率调制和第二振幅调制中的至少一者具有分别与第一频率调制和第一振幅调制不同的调制；接收第二返回信号，该第二返回信号包括第二发射信号的被对象反射的版本；以及通过将第二返回信号与第二发射信号混合来生成第二差拍信号，第二差拍信号的中心峰值或边带峰值中的至少一者具有分别与第一差拍信号的中心峰或边带峰不同的频率；以及将第二差拍信号与第一差拍信号进行比较，以增大检测对象或确定对象的特性的置信度。
98.示例2：示例1的方法，进一步包括：在初始帧期间：针对两个连续像素中的后续像素发射具有第三波形的第三发射信号，该第三波形包括第三频率调制、第三振幅调制、或它们的组合；接收第三返回信号，该第三返回信号包括第三发射信号的被对象反射的版本；以及通过将第三返回信号与第三发射信号混合来生成第三差拍信号；在后续帧期间：针对后续像素发射具有第四波形的第四发射信号，该第四波形包括第四频率调制、第四振幅调制、或它们的组合，第四频率调制和第四振幅调制中的至少一者具有分别与第三频率调制和第
三振幅调制不同的调制；接收第四返回信号，该第四返回信号包括第四发射信号的被其他对象反射的版本；以及通过将第四返回信号与第四发射信号混合来生成第四差拍信号，其中：第四差拍信号的中心峰值或边带峰值中的至少一者包括分别与第三差拍信号的中心峰值或边带峰值不同的频率；第三频率调制和第三振幅调制中的至少一者具有分别与第一频率调制和第一振幅调制不同的调制；并且第四频率调制和第四振幅调制中的至少一者具有分别与第二频率调制和第二振幅调制不同的调制；以及将第四差拍信号与第三差拍信号进行比较，以增大检测其他对象或确定其他对象的特性的置信度。
99.示例3：示例2的方法，其中：第一波形包括第一频率斜率和第一振幅调制；第二波形包括第二频率斜率和第二振幅调制；第二频率斜率或第二振幅调制中的至少一者分别与第一频率斜率和第一振幅调制不同；第三波形包括第三频率斜率和第三振幅调制；第三频率斜率等于第一频率斜率，并且第三振幅调制不同于第一振幅调制；第四波形包括第四频率斜率和第四振幅调制；并且第四频率斜率等于第二频率斜率，并且第四振幅调制等于或不同于第三振幅调制。
100.示例4：示例3的方法，进一步包括：在针对初始帧的第一发射信号和第三发射信号的至少一部分被发射的检测窗口期间，接收第一返回信号和第三返回信号，第一返回信号和第三返回信号形成第一复合返回信号；通过在频域中将第一复合返回信号与具有第一振幅调制的第一模板信号进行比较，来生成第一比较结果；通过在频域中将第一复合返回信号与具有第三振幅调制的第三模板信号进行比较，来生成第三比较结果；基于第一比较结果和第三比较结果，确定两个连续像素中与第一返回信号相对应的第一相应像素和两个连续像素中与第三返回信号相对应的第三相应像素；在针对后续帧的第二发射信号和第四发射信号的至少一部分被发射的检测窗口期间，接收第二返回信号和第四返回信号，第二返回信号和第四返回信号形成第二复合返回信号；通过在频域中将第二复合返回信号与具有第二振幅调制的第二模板信号进行比较，来生成第二比较结果；通过在频域中将第二复合返回信号与具有第四振幅调制的第四模板信号进行比较，来生成第四比较结果；并且基于第二比较结果和第四比较结果，确定两个连续像素中与第二返回信号相对应的第二相应像素以及两个连续像素中与第四返回信号相对应的第四相应像素，其中在频域中的比较包括互相关、卷积或匹配滤波过程。
101.示例5：示例1的方法，其中发射第二波形有效地使第二差拍信号的中心峰值或边带峰值中的至少一者移动远离噪声峰值或其他差拍信号中的至少一者。
102.示例6：示例1的方法，其中：第一波形包括具有第一啁啾模式的至少两个啁啾；并且第二波形包括具有第二啁啾模式的至少两个啁啾，第二啁啾模式不同于第一啁啾模式。
103.示例7：示例1的方法，其中：第一波形包括第一频率斜率和第一振幅调制；第二波形包括第二频率斜率和第二振幅调制；并且存在以下各项中的至少一项：第二频率斜率不同于第一频率斜率、或者第二振幅调制不同于第一振幅调制。
104.示例8：示例7的方法，其中：第一发射信号具有第一波形持续时间；第二发射信号具有第二波形持续时间；并且第二频率斜率小于第一频率斜率，并且第二波形持续时间大于第一波形持续时间；或者第二频率斜率大于第一频率斜率，并且第二波形持续时间小于第一波形持续时间；
105.示例9：示例7的方法，进一步包括：确定第一返回信号的信噪比低于阈值或者激光
雷达系统将第一返回信号与初始像素进行关联的置信度低于第二阈值；以及调整第二波形的第二频率调制或第二振幅调制中的至少一者，以增大激光雷达系统将第二返回信号与初始像素进行关联的置信度，对第二频率调制的调整导致第二频率调制不同于第一频率调制，并且对第二振幅调制的调整导致第二振幅调制不同于第一振幅调制。
106.示例10：示例1的方法，进一步包括：基于第一差拍信号和第二差拍信号确定对象的特性，其中对象的特性包括从激光雷达系统到对象的距离或对象相对于激光雷达系统的径向速度中的至少一者；以及确认基于第二差拍信号确定的对象的特性与基于第一差拍信号确定的对象的特性大致相同。
107.示例11：一种调频连续波激光雷达系统，包括至少一个收发器，至少一个收发器被配置成用于：在两个连续帧中的初始帧期间：针对两个连续像素中的初始像素发射具有第一波形的第一发射信号，该第一波形包括第一频率调制、第一振幅调制、或它们的组合；接收第一返回信号，该第一返回信号包括第一发射信号的被对象反射的版本；以及通过将第一返回信号与第一发射信号混合来生成第一差拍信号；在两个连续帧中的后续帧期间：针对相同的初始像素发射具有第二波形的第二发射信号，该第二波形包括第二频率调制、第二振幅调制、或它们的组合，第二频率调制和第二振幅调制中的至少一者具有分别与第一频率调制和第一振幅调制不同的调制；接收第二返回信号，该第二返回信号包括第二发射信号的被对象反射的版本；以及通过将第二返回信号与第二发射信号混合来生成第二差拍信号，第二差拍信号的中心峰值或边带峰值中的至少一者具有分别与第一差拍信号的中心峰或边带峰不同的频率；以及将第二差拍信号与第一差拍信号进行比较，以增大检测对象或确定对象的特性的置信度。
108.示例12：示例11的调频连续波激光雷达系统，其中至少一个收发器被进一步配置成用于：在初始帧期间：针对两个连续像素中的后续像素发射具有第三波形的第三发射信号，该第三波形包括第三频率调制、第三振幅调制、或它们的组合；接收第三返回信号，该第三返回信号包括第三发射信号的被对象反射的版本；以及通过将第三返回信号与第三发射信号混合来生成第三差拍信号；在后续帧期间：针对后续像素发射具有第四波形的第四发射信号，该第四波形包括第四频率调制、第四振幅调制、或它们的组合，第四频率调制和第四振幅调制中的至少一者具有分别与第三频率调制和第三振幅调制不同的调制；接收第四返回信号，该第四返回信号包括第四发射信号的被其他对象反射的版本；以及通过将第四返回信号与第四发射信号混合来生成第四差拍信号，其中：第四差拍信号的中心峰值或边带峰值中的至少一者具有分别与第三差拍信号的中心峰值或边带峰值不同的频率；第三频率调制和第三振幅调制中的至少一者具有分别与第一频率调制和第一振幅调制不同的调制；并且第四频率调制和第四振幅调制中的至少一者具有分别与第二频率调制和第二振幅调制不同的调制；以及将第四差拍信号与第三差拍信号进行比较，以增大检测其他对象或确定其他对象的特性的置信度。
109.示例13：示例12的调频连续波激光雷达系统，其中：第一波形包括第一频率斜率和第一振幅调制；第二波形包括第二频率斜率和第二振幅调制；第二频率斜率和第二振幅调制中的至少一者分别与第一频率斜率和第一振幅调制不同；第三波形包括第三频率斜率和第三振幅调制；第三频率斜率等于第一频率斜率，并且第三振幅调制不同于第一振幅调制；第四波形包括第四频率斜率和第四振幅调制；并且第四频率斜率等于第二频率斜率，并且
第四振幅调制等于或不同于第三振幅调制。
110.示例14：示例11的调频连续波激光雷达系统，其中至少一个收发器被进一步配置成用于：在发射第二发射信号之前，接受调制控制信号，该调制控制信号指定对第二频率调制或第二振幅调制的调制。
111.示例15：示例11的调频连续波激光雷达系统，其中：第一波形包括具有第一啁啾模式的至少两个啁啾；并且第二波形包括具有第二啁啾模式的至少两个啁啾，第二啁啾模式不同于第一啁啾模式。
112.示例16：示例11的调频连续波激光雷达系统，其中：第一波形包括第一频率斜率和第一振幅调制；第二波形包括第二频率斜率和第二振幅调制；并且存在以下各项中的至少一项：第二频率斜率不同于第一频率斜率、或者第二振幅调制不同于第一振幅调制。
113.示例17：示例16的调频连续波激光雷达系统，其中：第一发射信号具有第一波形持续时间；第二发射信号具有第二波形持续时间；并且第二频率斜率小于第一频率斜率，并且第二波形持续时间大于第一波形持续时间；或者第二频率斜率大于第一频率斜率，并且第二波形持续时间小于第一波形持续时间；
114.示例18：示例16的调频连续波激光雷达系统，其中至少一个收发器被进一步配置成用于：接收对如下的指示：第一返回信号的信噪比低于阈值、或者激光雷达系统将第一返回信号与初始像素进行关联的置信度低于第二阈值；并且调整第二波形的第二频率调制或第二振幅调制中的至少一者，以增大激光雷达系统将第二返回信号与初始像素进行关联的置信度，对第二频率调制的调整导致第二频率调制不同于第一频率调制，并且对第二振幅调制的调整导致第二振幅调制不同于第一振幅调制。
115.示例19：示例11的调频连续波激光雷达系统，其中第二波形有效地使第二差拍信号的中心峰值或边带峰值中的至少一者移动远离噪声峰值或其他差拍信号中的至少一者。
116.示例20：一种调频连续波激光雷达系统，包括：在两个连续帧中的初始帧期间：用于针对两个连续像素中的初始像素发射具有第一波形的第一发射信号的装置，该第一波形包括第一频率调制、第一振幅调制、或它们的组合；用于接收第一返回信号的装置，该第一返回信号包括第一发射信号的被对象反射的版本；以及用于通过将第一返回信号与第一发射信号混合来生成第一差拍信号的装置；在两个连续帧中的后续帧期间：用于针对相同的初始像素发射具有第二波形的第二发射信号的装置，该第二波形包括第二频率调制、第二振幅调制、或它们的组合，第二频率调制和第二振幅调制中的至少一者具有分别与第一频率调制和第一振幅调制不同的调制；用于接收第二返回信号的装置，该第二返回信号包括第二发射信号的被对象反射的版本；以及用于通过将第二返回信号与第二发射信号混合来生成第二差拍信号的装置，第二差拍信号的中心峰值或边带峰值中的至少一者具有分别与第一差拍信号的中心峰或边带峰不同的频率；以及用于将第二差拍信号与第一差拍信号进行比较以增大检测对象或确定对象的特性的置信度的装置。结论
117.尽管用于在fmcw激光雷达系统中跨帧改变波形的技术和系统的实现已经以特定于其特征和方法的语言进行了描述，但应当理解，所附权利要求的主题不一定限于所描述的特定特征或方法。相反，所描述的特征和方法被公开为在fmcw激光雷达系统中跨帧改变波形的技术和系统的示例实现。