FMCW扫频方法及FMCW激光雷达系统与流程

fmcw扫频方法及fmcw激光雷达系统
技术领域
1.本发明涉及激光雷达技术领域，具体而言，涉及一种fmcw扫频方法及fmcw激光雷达系统。


背景技术：

2.激光雷达，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数，从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达现在广泛部署在包括自动车辆在内的不同的场景中。激光雷达可以在扫描场景时主动估计到环境特征的距离及速度，并生成指示环境场景的三维形状的点位置云。


技术实现要素：

3.本发明一些实施例提供一种fmcw扫频方法，应用于激光雷达，所述fmcw扫频方法包括：获取扫频光束，其中，所述扫频光束周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行n个啁啾，n为正整数，且n≥2，每个啁啾包括连续的1个具有预设升频斜率的升频子段和1个具有预设降频斜率的降频子段，每个啁啾的扫频带宽与预设扫频总带宽满足以下关系：fs=f
bw
/n其中，f
bw
为所述预设扫频总带宽，fs为所述扫频带宽，每个升频子段和每个降频子段的持续时间与预设扫频测量周期满足以下关系：ts=t0/2n其中，t0为预设扫频测量周期，ts为每个升频子段和每个降频子段的持续时间。
4.在一些实施例中，所述fmcw扫频方法还包括：将所述扫频光束分束为发射光束和本振光束，所述发射光束和本振光束的频率调制波形完全相同；发射所述发射光束使得所述发射光束遇到障碍物后反射产生反射光束；以及检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的距离和/或速度。
5.在一些实施例中，在每个预设扫频测量周期中，第1个啁啾至第n个啁啾的扫频带宽范围依次相邻，所述第1个啁啾至第n个啁啾的扫频带宽范围拼接成所述预设扫频总带宽范围。
6.在一些实施例中，在每个预设扫频测量周期中，第i个啁啾的扫频带宽范围下限等于第i-1个啁啾的扫频带宽范围上限，所述第i个啁啾的扫频带宽范围上限等于第i 1个啁
啾的扫频带宽范围下限，其中，i为正整数，2≤i≤n-1。
7.在一些实施例中，第1个啁啾的扫频带宽范围下限等于所述预设扫频总带宽范围下限，第n个啁啾的扫频范围上限等于所述预设扫频总带宽范围上限。
8.在一些实施例中，检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的距离和/或速度包括：将所述反射光束与所述本振光束进行混频获得混频信号；获取任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号对应1个测量点以增加测量点密度；对所述任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号，使得所述重组混频信号对应具有预设扫频测量周期以及预设扫频总带宽的预设啁啾，所述预设啁啾包括1个升频段和1个降频段；根据所述重组混频信号执行拍频计算以确定所述障碍物的距离和/或速度。
9.在一些实施例中，对于所述任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号连续的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号包括：将所述任意连续相邻的n个啁啾的升频子段对应的混频信号进行时间平移并重组获得重组升频混频信号，所述重组升频混频信号对应所述预设啁啾的所述升频段；以及将所述任意连续相邻的n个啁啾的降频子段对应的混频信号进行时间平移并重组获得重组降频混频信号，所述重组升频混频信号对应所述预设啁啾的所述降频段。
10.在一些实施例中，所述障碍物的距离由以下公式确定：其中，t0为预设扫频测量周期，f
bw
为所述预设扫频总带宽，f
b1
为升频段的升频拍频，f
b2
为降频段的降频拍频，c0为光速。
11.在一些实施例中，所述障碍物的速度满足以下关系：其中，c0为光速，f
b1
为升频段的升频拍频，f
b2
为降频段的降频拍频，f0为未调制光束的频率。
12.本发明一些实施例提供一种fmcw激光雷达系统，包括：激光光源，配置为产生扫频光束，其中，所述扫频光束周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行n个啁啾，每个啁啾包括连续的1个升频子段和1个降频子段，每个啁啾的扫频带宽与预设扫频总带宽满足以下关系：fs=f
bw
/n其中，f
bw
为所述预设扫频总带宽，fs为所述扫频带宽，每个升频子段和每个降频子段的持续时间与预设扫频测量周期满足以下关系：ts=t0/2n其中，t0为预设扫频测量周期，ts为每个升频子段和每个降频子段的持续时间。
13.在一些实施例中，所述fmcw激光雷达系统还包括：分光器，配置为将所述扫频光束分束为发射光束和本振光束，所述发射光束和本
振光束的频率调制波形完全相同；光发射器，配置为将所述发射光束射出，所述发射光束遇到障碍物后反射产生反射光束；光接收器，配置为接收所述反射光束；以及检测器，配置为检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的距离。
14.在一些实施例中，所述检测器包括：混频单元，配置为将所述反射光束与所述本振光束进行混频获得混频信号；混频信号截取单元，配置为获取任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号作为1个测量点以增加测量点密度；重组单元，配置为对所述任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号，使得所述重组混频信号对应具有预设扫频测量周期以及预设扫频总带宽的预设啁啾，所述预设啁啾包括1个升频段和1个降频段，以及计算单元，配置为根据所述重组混频信号执行拍频计算以确定所述障碍物的距离和/或速度。
15.本发明实施例的上述方案与相关技术相比，至少具有以下有益效果：本发明中的fmcw（frequency-modulated continuous wave，调频连续波）方法通过周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行多个啁啾，可以用于重新组合多个啁啾的混频信号，在保证混频信号积分时长的同时提高测量点密度，进而提升激光雷达的分辨率。
附图说明
16.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
17.图1为相关技术中采用常规的fwcw扫频方式的发射光束与接收光束的波形图。
18.图2为本发明一些实施例提供的fmcw扫频方法的流程图。
19.图3为本发明一些实施例提供的采用微型啁啾的fmcw扫频方式的发射光束与接收光束的波形图。
20.图4为图2中步骤s204的具体流程图。
21.图5为本发明一些实施例提供的混频信号重组示意图。
22.图6为本发明一些实施例提供的fmcw激光雷达系统的结构示意图。
具体实施方式
23.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
24.在本发明实施例中使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本发明。在本发明实施例和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义，“多种”一般包含至少两种。
25.应当理解，本文中使用的术语“和/或”仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，a和/或b，可以表示：单独存在a，同时存在a和b，单独存在b这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
26.应当理解，尽管在本发明实施例中可能采用术语第一、第二、第三等来描述，但这些不应限于这些术语。这些术语仅用来将区分开。例如，在不脱离本发明实施例范围的情况下，第一也可以被称为第二，类似地，第二也可以被称为第一。
27.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者装置中还存在另外的相同要素。
28.在相关技术中，现有的激光雷达以测距方式为依据主要包括以下两个技术路线：tof（time of flight，飞行时间法）与fmcw（frequency-modulated continuous wave，调频连续波）。
29.tof的测距原理是，用光脉冲在目标物与激光雷达间的飞行时间乘以光速来测算距离，tof激光雷达采用了脉冲振幅调制技术。与tof路线不同，fmcw主要通过发送和接收连续激光束，把回光和本地光做干涉，并利用混频探测技术来测量发送和接收的频率差异，再通过频率差换算出目标物的距离。简言之，tof使用时间来测量距离，而fmcw使用频率来测量距离。
30.fmcw相较于tof具有以下优势： tof的光波容易受环境光干扰，而fmcw的光波抗干扰能力很强；tof的信噪比过低，而fmcw的信噪比很高，tof的速度维数据质量低，而fmcw可获取每个像素点的速度维数据。
31.采用fmcw这一技术路线的激光雷达具有很好的技术优势，但其实际应用中存在以下问题：对于传统的fmcw激光雷达而言，距离分辨率和调频带宽成反比。为了提高距离分辨率，通常需要很大的调频带宽，例如3ghz以上的调频带宽，比如1cm的距离分辨率需要15ghz的调频带宽。对于直接调制光源，比如窄线宽dfb（distributed feedback laser分布式反馈激光器）激光器、或外腔激光器，在短时间内产生如此宽的线性扫频比较困难；对于外调制激光系统，更加难以产生大范围连续调频的射频信号，同时造成系统带宽要求高，系统复杂度高，成本高。
32.且fmcw激光雷达执行测量时测量点密度与其测距周期相关，测距周期越小，测量点密度越大，fmcw激光雷达的分辨率也越高。fmcw激光雷达的测距周期不会过小，一般不会小于40μm，若小于40μm，则接收到的反射光线对应的混频信号的积分时长不够，可能不会被检测器识别，使得fmcw激光雷达无法正常工作。
33.本发明提供一种fmcw扫频方法，应用于激光雷达，所述fmcw扫频方法包括：获取扫频光束；将所述扫频光束分束为发射光束和本振光束，所述发射光束和本振光束的频率调
制波形完全相同；发射所述发射光束使得所述发射光束遇到障碍物后反射产生反射光束；以及检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的距离和/或速度，其中，所述扫频光束周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行n个啁啾，n为正整数，且n≥2，每个啁啾包括连续的1个具有预设升频斜率的升频子段和1个具有预设降频斜率的降频子段，每个啁啾的扫频带宽与预设扫频总带宽满足以下关系： fs=f
bw
/n其中，f
bw
为所述预设扫频总带宽，fs为所述扫频带宽，每个升频子段和每个降频子段的持续时间与预设扫频测量周期满足以下关系： ts=t0/2n其中，t0为预设扫频测量周期，ts为每个升频子段和每个降频子段的持续时间。
34.本发明提供的fmcw扫频方法通过周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行多个啁啾，可以用于重新组合多个啁啾的混频信号，在保证混频信号积分时长的同时提高测量点密度，进而提升fmcw激光雷达的分辨率。
35.下面结合附图详细说明本发明的可选实施例。
36.图1为相关技术中采用常规的fwcw扫频方式的发射光束与接收光束的波形图。如图1所示，相关技术中，激光雷达发射的发射光束的扫频光信号采用实线表示，实线体现出射光束的频率随时间变化的曲线，扫频光信号例如为周期性的三角波信号，激光雷达接收的反射光束的反射光信号采用虚线表示，虚线体现接收到的反射光束的频率随时间变化的曲线，反射光信号亦例如为周期性的三角波信号，其与扫频光信号之间存在延时。
37.图1中仅示出了两个扫频测量周期，在每个扫频测量周期内，扫频光信号包括一个升频阶段和一个降频阶段，相应的，对应的反射光信号亦包括一个升频阶段和一个降频阶段。
38.如图1所示，横坐标表示时间，单位为μs，纵坐标表示频率，单位为ghz，发射光束的频率例如随着时间的增长由0增加至4ghz，随后由4ghz降至0，如此周期变化，相应地，接收的反射光束频率亦例如随着时间的增长由0增加至4ghz，随后由4ghz降至0，如此周期变化。
39.激光雷达的扫频测量周期t0例如40μs。每一个扫频测量周期对应一个测量点，本文中所述的测量点含义如下：激光雷达执行扫描探测时，发射光线打到障碍物某一位置处产生反射光束，所述障碍物的该位置标示为测量点。基于每个扫频测量周期内的扫频光信号以及其对应的反射光信号可以确定每个测量点与激光雷达之间距离以及每个测量点的移动速度。激光雷达基于多个测量点的测量信息即可形成点云图像，点云图像的分辨率与测量点的密度密切相关。
40.如前所述，测量点密度与fmcw激光雷达的扫频测量周期负相关，而fmcw激光雷达的扫频测量周期不会过小，否则接收到的反射光线对应的混频信号的积分时长不够，可能不会检测器准确接收并识别，使得fmcw激光雷达无法正常工作。
41.图2为本发明一些实施例提供的fmcw扫频方法的流程图。如图2本发明一些实施例提供一种fmcw扫频方法，应用于激光雷达，其可以采用前述实施例中所述的fmcw激光雷达系统100，所述fmcw扫频方法包括以下步骤s201至s204。
42.s201获取扫频光束。
43.通过激光光源生成扫频光束，激光光源可以通过啁啾驱动直接调制。例如，控制激光光源的驱动信号可以以随时间变化的强度输入到激光光源，使得激光光源产生并输出扫频光束，即频率在预定范围变化的光束。在一些实施例中，激光光源还可以包括接收调制信
号的调制器。调制器可以配置为基于调制信号调制光束，以产生并输出扫频光束，即频率在预定范围变化的光束。
44.该fmcw扫频方法中，所述扫频光束周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行多个啁啾，每个啁啾包括连续的1个具有预设升频斜率的升频子段和1个具有预设降频斜率的降频子段。
45.图3为本发明一些实施例提供的采用微型啁啾的fmcw扫频方式的发射光束与接收光束的波形图。如图3所示，横坐标表示时间，单位为μs，纵坐标表示频率，单位为ghz，激光雷达发射的发射光束的扫频光信号采用实线表示，实线体现出射光束的频率随时间变化的曲线。扫频光束例如包括多个连续周期设置的预设扫频测量周期t0，为了便于与相关技术中的扫频光信号进行比较，将图3中的预设扫频测量周期t0与图1中的扫频测量周期设置为相同，将图3中的预设扫频总带宽f
bw
与图1中的扫频带宽设置为相同，将图3中的预设升频斜率与图1中的升频斜率设置为相同，将图3中的预设降频斜率与图1中的降频斜率设置为相同。图3中，每个设扫频测量周期t0内包括多个啁啾，例如为n个，n为正整数，且n≥2，每个啁啾包括连续的1个具有预设升频斜率的升频子段和1个具有预设降频斜率的降频子段。
46.每个啁啾的扫频带宽与预设扫频总带宽满足以下关系：fs=f
bw
/n其中，f
bw
为所述预设扫频总带宽，fs为所述扫频带宽，每个升频子段和每个降频子段的持续时间与预设扫频测量周期满足以下关系：ts=t0/2n其中，t0为预设扫频测量周期，ts为每个升频子段和每个降频子段的持续时间。
47.图3中，相当于将图1所示的采用大范围扫频带宽的发射光束的三角波的每个周期划分采用小范围扫频带宽的多个啁啾。在一些实施例中，例如将扫频带宽为4ghz周期为40μs三角波的每个周期划分采用小范围扫频带宽的4个啁啾，即n例如为4。每个啁啾的扫频带宽为1ghz，每个啁啾的持续时间例如为10μs。每个啁啾包括连续的1个升频子段和1个降频子段，升频子段和降频子段的持续时间均例如为5μs。图3中升频子段的升频斜率与图1中升频阶段的升频斜率相同，图1中的升频阶段的升频斜率可以作为预设升频斜率。图3中降频子段的升频斜率与图1中降频阶段的降频斜率相同，图1中的降频阶段的降频斜率可以作为预设降频斜率。预设升频斜率和预设降频斜率的可以相同也可以不同。
48.上述实施例提供的fmcw扫频方法中，各啁啾的扫频带宽明显小于预设总扫频带宽，通过小范围扫频的fmcw测测方式替代大范围扫频。降低了扫频带宽需求，使得fmcw激光雷达简单、系统功耗低、成本降低。
49.在一些实施例中，在每个预设扫频测量周期中，第1个啁啾至第n个啁啾的扫频带宽范围依次相邻，所述第1个啁啾至第n个啁啾的扫频带宽范围拼接成所述预设扫频总带宽范围。
50.在一些实施例中，在每个预设扫频测量周期中，第i个啁啾的扫频带宽范围下限等于第i-1个啁啾的扫频带宽范围上限，所述第i个啁啾的扫频带宽范围上限等于第i 1个啁啾的扫频带宽范围下限，其中，i为正整数，2≤i≤n-1，第1个啁啾的扫频带宽范围下限等于所述预设扫频总带宽范围下限，第n个啁啾的扫频范围上限等于所述预设扫频总带宽范围上限。
51.如图3所示，以n=4为例，第1个啁啾的扫频带宽范围为0ghz～1ghz，第2个啁啾的扫频带宽范围为1ghz～2ghz，第3个啁啾的扫频带宽范围为2ghz～3ghz，第4个啁啾的扫频带宽范围为3ghz～4ghz，4个啁啾的扫频带宽范围依次相邻，其可以拼接成预设扫频总带宽范围0ghz～4ghz。
52.在其他实施例中，在每个预设扫频测量周期中，n个啁啾的扫频带宽范围可以相同。例如，当n=4时，第1个啁啾至第4个啁啾的扫频带宽范围均为0ghz～1ghz、1ghz～2ghz、2ghz～3ghz、或者3ghz～4ghz。
53.s202：将所述扫频光束分束为发射光束和本振光束，所述发射光束和本振光束的频率调制波形完全相同。
54.利用分光器等将接收到的扫频光束分束为发射光束和本振光束，发射光束和本振光束在任何时间点都具有相同的频率，即所述发射光束和本振光束的频率调制波形完全相同。
55.s203：发射所述发射光束使得所述发射光束遇到障碍物后反射产生反射光束。
56.采用光发射接收器以预定角度所述发射光束射出，并利用光发射接收器接收遭遇障碍物后由障碍物反射的反射光束。
57.s204：检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的距离和/或速度。
58.具体地，将本振光束与接收的反射光束进行混频，将混频信号进行重组，来增加测量点的密度，基于每个测量点重组后的混频信号来执行拍频计算，以确定所述障碍物的距离和/或速度。
59.图4为图2中步骤s204的具体流程图，如图4所示，步骤s204具体包括一下步骤s2041至s2044。
60.s2041：将所述反射光束与所述本振光束进行混频获得混频信号。
61.通过混频装置将本振光束与接收的到的反射光束进行混频，获得混频信号，混频装置例如为耦合器等，混频信号例如为本振光束接与对应的反射光束发生干涉产生的相干信号。
62.图3中示意性地示出了经过混频获得的混频信号ms，在每个啁啾中，由于发射光束的扫频光信号是连续的，因此生成的混频信号ms亦是连续的，但相邻啁啾之间发射光束的扫频光信号及生成的混频信号ms均是不连续的。在一个预设扫频测量周期t0中，n个啁啾分别对用不同的混频信号段，每个啁啾的升频子段和降频子段亦对应不同的混频信号段。
63.例如，如图3所示，每个预设扫频测量周期t0（例如为40μs）中执行4个啁啾，在每个预设扫频测量周期中，将第1个啁啾的升频子段对应的混频信号段标示为（1），将第1个啁啾的降频子段对应的混频信号段标示为（2），将第2个啁啾的升频子段对应的混频信号段标示为（3），将第2个啁啾的降频子段对应的混频信号段标示为（4），将第3个啁啾的升频子段对应的混频信号段标示为（5），将第3个啁啾的降频子段对应的混频信号段标示为（6），将第4个啁啾的升频子段对应的混频信号段标示为（7），将第4个啁啾的降频子段对应的混频信号段标示为（8）。
64.s2042：获取任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号对应1个测量点以增加测量点密度。
65.以n=4为例，首先获取第一个预设扫频测量周期t1的中4个啁啾对应的混频信号段，即第一个预设扫频测量周期t1中的（1）～（8）。将该8个混频信号段的数据对应1个测量点，基于该8个混频信号段的数据可以执行一次测量点计算。
66.然后，获取第一个预设扫频测量周期t1的中后3个啁啾以及第二个预设扫频测量周期t2的第1个啁啾对应的混频信号段，即,第一个预设扫频测量周期t1中的（3）～（8）以及第二个预设扫频测量周期t2中（1）和（2），将该8个混频信号段的数据对应1个测量点，基于该8个混频信号段的数据可以执行一次测量点计算。
67.接下来，获取第一个预设扫频测量周期t1的中后2个啁啾以及第二个预设扫频测量周期t2的前2个啁啾对应的混频信号段，即,第一个预设扫频测量周期t1中的（5）～（8）以及第二个预设扫频测量周期t2中（1）～（4），将该8个混频信号段的数据对应1个测量点，基于该8个混频信号段的数据可以执行一次测量点计算。
68.进一步地，获取第一个预设扫频测量周期t1的中第4个啁啾以及第二个预设扫频测量周期t2的前3个啁啾对应的混频信号段，即,第一个预设扫频测量周期t1中的（7）～（8）以及第二个预设扫频测量周期t2中（1）～（6），将该8个混频信号段的数据对应1个测量点，基于该8个混频信号段的数据可以执行一次测量点计算。
69.更进一步地，获取第二个预设扫频测量周期t1的中4个啁啾对应的混频信号段，即第二个预设扫频测量周期t1中的（1）～（8）。将该8个混频信号段的数据对应1个测量点，基于该8个混频信号段的数据可以执行一次测量点计算。
70.以此类推，每个预设扫频测量周期t0可以对应4个测量点，相较于相关技术中的每个预设扫频测量周期t0仅对应1个测量点来说，本实施例可以在保证混频信号积分时长的同时提高测量点密度，例如相较于相关技术测量点密度可以提高n倍，进而提升fmcw激光雷达的分辨率。
71.s2043：对所述任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号，使得所述重组混频信号对应具有预设扫频测量周期以及预设扫频总带宽的预设啁啾，所述预设啁啾包括1个升频段和1个降频段。
72.在采用任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号段执行测量点计算前，首先需要将该些混频信号段进行重组，所述重组混频信号对应具有预设扫频测量周期以及预设扫频总带宽的预设啁啾，所述预设啁啾包括1个升频段和1个降频段，如此可以使得获得的重组混频信号各段之间的相位差最小，降低信号处理的复杂度。
73.图5为本发明一些实施例提供的混频信号重组示意图，图5以图3中的第一个预设扫频测量周期t1的中后2个啁啾以及第二个预设扫频测量周期t2的前2个啁啾对应的混频信号段的重组为例进行解释说明，即对第一个预设扫频测量周期t1中的（5）～（8）以及第二个预设扫频测量周期t2中（1）～（4）进行重组。
74.如图5所示，将原本顺序获取的第一个预设扫频测量周期t1中的（5）～（8）以及第二个预设扫频测量周期t2中（1）～（4），按照（1）、（3）、（5）、（7）、（8）、（6）、（4）、（2）的顺序进行重组，使得重组后的重组混频信号rms对应具有预设扫频测量周期t0以及预设扫频总带宽f
bw
的预设啁啾bc，所述预设啁啾bc包括1个升频段和1个降频段，重组后的重组混频信号rms是连续的。
75.步骤s2043可以具体包括以下步骤s20431～s20432。
76.s20431：将所述任意连续相邻的n个啁啾的升频子段对应的混频信号进行时间平移并重组获得重组升频混频信号，所述重组升频混频信号对应所述预设啁啾的所述升频段。
77.结合图3和图5所示，第一个预设扫频测量周期t1和第二个预测扫频测量周期t2中的各混频信号段对应的升频子段的扫频光信号如下所示：其中，fs为所述扫频带宽，ts为每个升频子段的持续时间。
78.第一个预设扫频测量周期t1和第二个预测扫频测量周期t2中的各段对应的升频子段的反射光信号如下所示：
其中，fs为所述扫频带宽，ts为每个升频子段的持续时间，为反射光信号相对于扫频光信号的延时。
79.接下来对扫频光信号和反射光信号进行混频处理，例如采用卷积处理。
80.例如对于第一个预设扫频周期中的（1）对应扫频光信号和反射光信号进行如下处理：为了便于计算，令，扫频光信号和反射光信号执行卷积计算：在上述计算中忽略影响较低的高频第二项。
81.对于第一个预设扫频测量周期中的（1）、（3）、（5）、（7）以及第二个预设扫频测量周期中的（1）、（3）、（5）、（7）对应的扫频光信号和反射光信号执行相应的卷积计算，具体如下式：
接下来，结合图5所示，对选取的第一个预设扫频测量周期t1中的（5）和（7）以及第二个预设扫频测量周期t2中的（1）和（3）对应的混频信号进行重组。具体地，在保持各段对应的混频信号的波形及幅度不变的情况下，对它们进行时间上的平移并组合。
82.具体如下式：第二个预设扫频测量周期t2中的（1）对应的混频信号平移了8ts, 第二个预设扫频测量周期t2中的（3）对应的混频信号平移了9ts, 第一个预设扫频测量周期t2中的（5）对应的混频信号平移了2ts, 第二个预设扫频测量周期t2中的（7）对应的混频信号平移了3ts,。
83.此时将第二个预设扫频测量周期t2中的（1）和（3）以及第一个预设扫频测量周期t1中的（5）和（7）对应的混频信号依次顺序排列，使得它们对应的混频信号的相位可以连续设置，由此获得重组后的重组升频混频信号。该重组升频混频信号对应图5中所述预设啁啾bc的升频段。
84.s20432：时间平移并重组获得重组降频混频信号，所述重组升频混频信号对应所述预设啁啾的所述降频段。
85.类似的，对任意连续相邻的n个啁啾的降频子段对应的混频信号作类似于升频子段的时间平移并重组处理，例如，对第一个预设扫频测量周期t1中的（6）和（8）和第二个预测扫频测量周期t2中的（2）和（4）对应的混频信号进行时间平移并重组，其公式再次不再赘述。
86.将第二个预设扫频测量周期t2中的（8）和（6）以及第一个预设扫频测量周期t1中的（4）和（2）对应的混频信号依次顺序排列，使得它们对应的混频信号的相位可以连续设
置，由此获得重组后的重组降频混频信号。该重组降频混频信号对应图5中所述预设啁啾bc的降频段。s2044：根据所述重组混频信号执行拍频计算以确定所述障碍物的距离和/或速度。
87.对于任一个测量点来说，所述障碍物的距离由以下公式确定：其中，t0为预设扫频测量周期，f
bw
为所述预设扫频总带宽，f
b1
为升频段的升频拍频，f
b2
为降频段的降频拍频，c0为光速。
88.所述障碍物的速度满足以下关系：其中，c0为光速，f
b1
为升频段的升频拍频，f
b2
为降频段的降频拍频，f0为未调制光束的频率。
89.本发明实施例中的fmcw扫频方法通过周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行多个啁啾，可以用于重新组合多个啁啾的混频信号，在保证混频信号积分时长的同时提高测量点密度，进而提升fmcw激光雷达的分辨率。
90.本发明一些实施例还提供一种fmcw激光雷达系统，图6为本发明一些实施例提供的fmcw激光雷达系统的结构示意图，如图6所示，fmcw激光雷达系统100包括如图6所示，本发明提供一种fmcw激光雷达系统100，fmcw激光雷达系统100包括激光光源110、分光器120、光发射器、光接收器、以及检测器150。
91.fmcw激光雷达系统100配置为生成和接收一个或多个光束。在一些示例中，fmcw激光雷达系统100的至少一些组件可以集成在半导体芯片上以减小fmcw激光雷达系统100的尺寸。fmcw激光雷达系统100的组件可以以芯片上的半导体模块的形式实现。
92.激光光源110可以集成在半导体芯片上，可以通过啁啾驱动直接调制。也就是说，控制激光光源110的驱动信号可以以随时间变化的强度输入到激光光源110，使得激光光源110产生并输出扫频光束，即频率在预定范围变化的光束。在一些实施例中，激光光源100还可以包括接收调制信号的调制器。调制器可以配置为基于调制信号调制光束，以产生并输出扫频光束，即频率在预定范围变化的光束。在一些实施例中，激光光源110还可以包括外部激光光源，通过光路（例如光纤）引入至半导体芯片中，激光光源110在未调制时输出的激光光束的频率是基本上恒定的，称为未调制光束的频率，例如为100~300thz，激光光源110可以在调制后实现扫频光束的输出，扫频光束的频率范围与未调制光束的频率相关。
93.分光器120例如集成在半导体芯片上，配置为接收从激光光源110输出的扫频光束，并且进一步将所述扫频光束分束为两部分、即发射光束和本振光束。发射光束可以被传输到光发射器130，本振光束可以被传输到检测器150，发射光束和本振光束在任何时间点都具有相同的频率，即所述发射光束和本振光束的频率调制波形完全相同。
94.光发射器例如集成在半导体芯片上，可以配置为以预定角度所述发射光束射出。当发射光束在传播过程中遇到障碍物，可以在障碍物表面反射产生反射光束。反射光可以由光接收器接收。光接收器例如集成在半导体芯片上，可以将接收到的反射光束传输至检
测器150。
95.在一些实施例中，光发射器、光接收器可以集成为一个部件，例如，如图6所示的光发射接收器130，由此来实现同轴收发，例如可以通过偏振分光装置或者三端口环形器等装置来区分或分离同轴的发射光束和反射光束。
96.检测器150例如集成在半导体芯片上，配置为检测所述本振光束和所述反射光束之间的拍频以测定所述障碍物的速度和距离，所述拍频指的是所述本振光束和所述反射光束之间的频率差。
97.在一些实施例中，fmcw激光雷达系统100还可以包括处理器，其亦可以集成在半导体芯片上，处理器可以根据检测器150检测到的拍频计算所述障碍物的距离，即障碍物与fmcw激光雷达系统100之间距离，当障碍物为运动物体时，处理器还可以根据检测器150检测到的拍频计算所述障碍物的速度。
98.在一些实施例中，所述fmcw激光雷达系统100还包括光束引导装置140，配置为随着时间调整自所述光发射器射出的发射光束的出射方向以实现光束扫描。光束引导装置例如为光学相控阵列(opa)，通过在微观尺度上动态控制表面的光学特性，可以引导光束的方向。其他实施例中，光束引导装置还可以包括光栅、镜式检流计、多面镜、mems镜或者光学相控阵列(opa)与上述装置的组合。
99.所述扫频光束周期性地在多个预设扫频测量周期内分别连续执行n个啁啾，每个啁啾包括连续的1个升频子段和1个降频子段，每个啁啾的扫频带宽与预设扫频总带宽满足以下关系：fs=f
bw
/n其中，f
bw
为所述预设扫频总带宽，fs为所述扫频带宽，每个升频子段和每个降频子段的持续时间与预设扫频测量周期满足以下关系：ts=t0/2n其中，t0为预设扫频测量周期，ts为每个升频子段和每个降频子段的持续时间。
100.在一些实施例中，如图6所示，所述检测器包括混频单元1501、混频信号截取单元1502、重组单元1503以及计算单元1504。
101.混频单元1501将所述反射光束与所述本振光束进行混频获得混频信号ms。混频信号截取单元1502获取任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号作为1个测量点以增加测量点密度。重组单元1503对所述任意连续相邻的n个啁啾对应的混频信号执行重组获得重组混频信号，使得所述重组混频信号对应具有预设扫频测量周期以及预设扫频总带宽的预设啁啾，所述预设啁啾包括1个升频段和1个降频段。 计算单元1504根据所述重组混频信号执行拍频计算以确定所述障碍物的距离和/或速度。
102.本说明书中各个部分采用并列和递进相结合的方式描述，每个部分重点说明的都是与其他部分的不同之处，各个部分之间相同相似部分互相参见即可。
103.对所公开的实施例的上述说明，本说明书中各实施例中记载的特征可以相互替换或组合，使本领域专业技术人员能够实现或使用本技术。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本技术的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本技术将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
104.最后应说明的是：本说明书中各个实施例采用举例的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统或装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
105.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。