CN110208814A - 激光雷达及其抗干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提出一种激光雷达及其抗干扰方法，通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，然后令激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲，如此，对于激光雷达接收到的回波包括激光雷达本机的预期回波和其他激光雷达的非预期回波的情况，由于激光雷达本机的激光发射脉冲不论是否注入随机时间抖动，发射时间与预期回波的接收时间都是相关的，但激光雷达的发射时间注入随机时间抖动，则可能破坏该激光雷达本机发射时间与它机回波接收时间的相关性；因此对于多个激光雷达在同一场景使用导致串扰的情形，利用上述激光雷达的抗干扰方法，一定程度上可以对抗串扰。

Description

激光雷达及其抗干扰方法

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，特别是涉及一种激光雷达及其抗干扰方法。

背景技术

激光雷达的测距主要基于针对自身发射脉冲的返回时间的分析，例如脉冲型激光雷达。出于保证人眼安全及确保激光雷达探测效率的考虑，设计的脉冲通常是统一的单脉冲或者是有限序列的编码脉冲。但是对于多个激光雷达在同一场景使用，尤其均采用单脉冲发射激光时，所有设备发出的脉冲轮廓近似甚至相同，难以进行区分，容易导致串扰。

发明内容

基于此，有必要提供一种激光雷达及其抗干扰方法。

一种激光雷达的抗干扰方法，包括：

通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间；

令所述激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲；

获取所述激光雷达接收到的回波的接收时间；所述回波包括所述激光雷达本机的预期回波和非预期回波，所述非预期回波包括其他激光雷达串扰而来的它机回波；

根据激光雷达本机的发射时间和激光雷达本机接收到的回波的接收时间，按照相关性识别并移除干扰回波。

在其中一个实施例中，注入的随机时间抖动为伪随机时间抖动。

在其中一个实施例中，所述通过在发射时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间的步骤包括：

建立激光雷达的定时发射策略，以确定所述激光雷达的发射时间；

基于所述定时发射策略，建立所述激光雷达的伪随机抖动策略；

通过在激光雷达的发射时间序列的时间间隔上注入伪随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，从而重新确定激光雷达的发射时间。

在其中一个实施例中，激光雷达包括两个以上，且均在同一场景使用；

所述在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动的步骤为在各个激光雷达的发射时间序列的时间间隔中均注入伪随机时间抖动，且各个激光雷达注入的伪随机时间抖动不同。

在其中一个实施例中，所述非预期回波还包括激光雷达本机的自身偶发干扰发射激光时对应接收到的回波。

在其中一个实施例中，所述根据激光雷达本机的发射时间和激光雷达本机接收到的回波的接收时间，按照相关性识别干扰回波步骤包括：

根据所述本机的发射时间和所述本机接收到的回波的接收时间进行测距；

统计测距序列的空间相关性，识别空间相关性低于预设值的干扰测距序列，识别所述干扰测距序列对应的回波为干扰回波。

在其中一个实施例中，还包括对激光雷达进行激光脉冲编码来调制激光雷达的激光脉冲的步骤，所述通过在发射时间间隔上注入随机时间抖动是用于调制激光雷达的经过所述编码后的发射时间。

在其中一个实施例中，所述令所述激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲的步骤是采用多次发射机制发射所述激光脉冲。

上述激光雷达的抗干扰方法，通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，然后令激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲，如此，对于激光雷达接收到的回波包括激光雷达本机的预期回波和其他激光雷达的非预期回波的情况，由于激光雷达本机的激光发射脉冲不论是否注入随机时间抖动，发射时间与预期回波的接收时间都是相关的，但激光雷达的发射时间注入随机时间抖动，则可能破坏该激光雷达本机发射时间与它机回波接收时间的相关性；因此对于多个激光雷达在同一场景使用导致串扰的情形，利用上述激光雷达的抗干扰方法，一定程度上可以对抗串扰。

还提出一种激光雷达，包括控制器、发射模组、接收模组；所述控制器分别与所述发射模组、所述接收模组连接；

所述控制器用于通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，并令发射模组按照调制后的发射时间发射激光；

所述接收模组用于获取所述激光雷达接收到的回波的接收时间；所述回波包括所述激光雷达本机的预期回波和非预期回波，所述非预期回波包括其他激光雷达串扰而来的它机回波；

所述控制器用于根据所述激光雷达本机的发射时间和激光雷达本机接收到的回波的接收时间，按照相关性识别并移除干扰回波。

在其中一个实施例中，所述控制器包括FPGA或ASIC。

上述激光雷达，控制器通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，然后令发射模组按照调制后的发射时间发射激光脉冲，如此，对于激光雷达接收到的回波包括激光雷达本机的预期回波和其他激光雷达的非预期回波的情况，由于激光雷达本机的激光发射脉冲不论是否注入随机时间抖动，发射时间与预期回波的接收时间都是相关的，但激光雷达的发射时间注入随机时间抖动，则可能破坏该激光雷达本机发射时间与它机回波接收时间的相关性；因此采用上述激光雷达，对于多个激光雷达在同一场景使用导致串扰的情形，一定程度上可以对抗串扰。

附图说明

图1为一个实施例中的激光雷达的抗干扰方法的流程示意图；

图2为一个具体实施例中激光雷达的发射接收效果示意图；

图3为一个具体实施例中生成的伪随机时间抖动序列示意图；

图4为一个具体实施例中发射时间注入伪随机时间抖动后的激光脉冲发射与接收效果示意图；

图5为另一个具体实施例中发射时间注入伪随机时间抖动后的激光脉冲发射与接收效果示意图；

图6为一个具体实施例中激光雷达的发射时间间隔不注入伪随机时间抖动的测距效果示意图；

图7为一个具体实施例中激光雷达的发射时间间隔注入了伪随机时间抖动的测距效果示意图；

图8为一个具体实施例中移除了相关性较低的测距序列后的测距效果示意图；

图9为一个实施例中的激光雷达的结构示意图；

图10为另一个实施例中的激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本申请实施例提出一种激光雷达的抗干扰方法，该激光雷达可以是脉冲型激光雷达，例如TOF(Time Of Flight)激光雷达。以下以注入伪随机时间抖动为例，描述本申请实施例的激光雷达的抗干扰方法。图1为一个实施例中的激光雷达的抗干扰方法的流程示意图，请参阅图1，该方法包括步骤102至步骤108：

步骤102，通过在发射时间序列的时间间隔上注入伪随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间。

如图2所示，图2示出了激光雷达的某一次的发射时间点，该发射时间点为第50ms。激光雷达的发射时间可以是一个时间序列，即有两个以上的发射时间点，注入伪随机时间抖动是在发射时间序列中的各个时间间隔上***时间点，这些***的时间点在原有发射时间点上的相应抖动量定义为所述伪随机时间抖动。具体地，发射时间间隔可以是固定的。

在其中一个实施例中，步骤102包括：建立激光雷达的定时发射策略，以确定激光雷达的发射时间，还可以确定激光雷达的发射时间；然后基于所述定时发射策略，建立激光雷达的伪随机抖动策略；然后通过在激光雷达的发射时间序列的时间间隔上注入伪随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，从而重新确定激光雷达的发射时间。后续激光雷达则是按照注入了伪随机时间抖动的发射时间发射激光，即激光雷达在各个伪随机时间点也要发射激光。图3为一个具体实施例中基于激光雷达第1至第N次发射时间，建立的伪随机时间抖动策略，纵坐标表示注入的伪随机时间抖动量，即相对于对应发射时间超前或滞后多少时间，时间单位可以是毫秒。例如，-20毫秒表示注入的伪随机时间量相对于某次发射时间提前20毫秒，20毫秒则表示注入的伪随机时间抖动相对于某次发射时间延迟了20毫秒。

本申请实施例中要进行抗干扰的激光雷达，可以是设于同一场景的两个以上的激光雷达，即同一场景各个激光雷达都要对抗它机干扰。同一场景具体可以指两个以上激光雷达处于同一地理区域，或者可以指两个以上激光雷达对同一个物体进行测距。对于不同的激光雷达，建立伪随机抖动策略时，随机抖动模式不同或者生成随机数的种子不同，即不同的激光雷达注入的伪随机时间抖动是不同的。后续步骤是令各个激光雷达均按照注入了相应伪随机时间抖动的发射时间发射激光，可以实现同一场景的两个以上的激光雷达同时对抗多机干扰。例如，同一场景存在A设备、B设备和C设备，A设备要对抗B、C设备的串扰，B设备要多抗A、C设备的串扰，C设备要对抗A、B设备的串扰，因为三个设备注入的伪随机时间抖动各不相同，所以每个设备的本机发射时间的抖动与它机回波时间的抖动都不同，所以每个设备的本机发射时间与它机回波时间的相关性都被破坏，所以可以令三个激光雷达同时对抗多机干扰。

若选择的种子不同，伪随机序列就不同，因此本实施例中可以选择不同种子来实现不同伪随机时间抖动的注入。相比于一般的随机抖动，伪随机时间抖动更加容易实现不同激光雷达发射抖动量的不同。

步骤104，令所述激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲。

本步骤，注入了伪随机时间抖动的发射时间为重新确定的发射时间。

步骤106，获取所述激光雷达接收到的回波的接收时间；所述回波包括所述激光雷达本机的预期回波和非预期回波，所述非预期回波包括其他激光雷达串扰而来的它机回波。具体地，非预期回波还包括激光雷达本机的自身偶发干扰发射激光时对应接收到的回波。对于激光雷达本机，就是需要去除干扰回波的那一台激光雷达。例如，同一场景存在A设备、B设备和C设备，要对抗干扰的设备为A设备，那么激光雷达本机是A设备，B设备和C设备就是其他激光雷达。

对于各个激光雷达而言，本机回波接收时间就是激光雷达本机激光发射时间对应的接收时间，它机回波接收时间是本机接收到的它机回波的接收时间。

具体地，接收到的回波均为有意义的回波，有意义的回波可以是满足一定幅值或一定脉宽的回波，各个回波的接收时间可以是各回波峰值出现的时间。

请参阅图4，图4示出了激光雷达发射时间序列的时间间隔中注入图3所示的伪随机时间抖动，发射激光脉冲后部分发射时间与本机回波接收时间的示意图；图4中不同格式的线条表示不同次的激光脉冲收发。因为激光雷达的发射时间注入了伪随机时间抖动，本机回波的接收时间也存在相应的伪随机时间抖动，因此对于激光雷达发射时间和本机回波接收时间而言，它们的时间差跟没有注入伪随机时间抖动时无异。图5也示出了另一个具体实例中激光雷达发射时间序列的时间间隔中注入图3所示的伪随机时间抖动，发射激光脉冲后部分发射时间与本机回波接收时间的示意图，图5中不同格式的线条表示不同次的激光脉冲收发；图5可以看出每一次的激光的收发时间差相同。因此对于激光雷达发射时间和本机回波接收时间而言，发射和接收效果示意图最终可以等效为图2。

步骤108，根据激光雷达本机的发射时间和激光雷达本机接收到的回波的接收时间，按照相关性识别并移除干扰回波。

本步骤移除的干扰回波至少包括它机干扰回波。对于非预期回波还包括激光雷达本机的自身偶发干扰发射激光时对应接收到的回波的情况，本步骤移除的干扰回波包括它机干扰回波和本机自身偶发干扰回波。

具体地，可以采用异常点检测算法识别所述干扰回波。具体地，可以采用移除算法移除干扰回波。

在其中一个实施例中，步骤108包括：根据激光雷达本机的发射时间和接收到的回波的接收时间，得到时间差序列，统计时间差的空间相关性，从时间差序列中识别空间相关性低于预设值的干扰时间差，干扰时间差对应的回波识别为干扰回波；所述时间差序列包括激光雷达本机发射时间与本机回波接收时间的固有时间差以及激光雷达本机发射时间与它机回波接收时间的干扰时间差，甚至还包括激光雷达本机发射时间与本机偶发干扰回波时间的干扰时间差。本实施例中，本机发射时间虽然注入了伪随机时间抖动，但与本机回波接收时间的时间差序列依然是固定的；但因本机发射时间注入了伪随机时间抖动，因此本机发射时间与它机回波的接收时间的时间差的分布是随机的，因此伪随机时间抖动破坏了本机发射时间与它机回波的接收时间的时间差的相关性。

本实施例中，激光雷达的发射时间具备抖动，那么同理，接收到相应的本机回波时间也具备相应的抖动，如果被测物体保持不动，所以本机各组激光发射与接收的时间差就是固定的，相关性很高；而激光雷达的发射时间本机发射时间与它机回波的接收时间的时间差将不固定，这就破坏了激光雷达发射时间与它机回波的接收时间的时间差的相关性。

在其中一个实施例中，步骤108包括：根据所述本机的发射时间和所述本机接收到的回波的接收时间进行测距，得到测距序列，统计测距序列的相关性，识别测距序列中空间相关性低于预设值的干扰测距序列，识别所述干扰测距序列对应的回波为干扰回波，移除该干扰回波。本实施例中，因为发射时间注入了伪随机时间抖动，因此发射时间与它机回波的接收时间的时间差的分布是随机的，本机发射时间与它机回波的接收时间的干扰时间差的相关性被破坏，所以根据该干扰时间差得到的干扰测距序列相关性也被破坏，所以得到的测距序列也存在相关性较低的测距序列，本实施例实质上也是根据时间差的相关性来识别它机回波干扰。

分别对激光雷达的发射时间序列的时间间隔不注入伪随机时间抖动以及注入伪随机时间抖动，相应得到如图6和图7所示的N次测距序列结果图。从图6可知，发射时间序列的时间间隔不注入伪随机时间抖动，得到的测距序列都是相关的，很难判断哪些是因它机干扰回波导致的干扰测距序列；而图7因为发射时间序列的时间间隔注入伪随机时间抖动，本机发射时间与它机回波的接收时间的时间差的相关性被破坏，所以得到的测距序列也存在相关性较低的测距序列，这些相关性较低的测距序列就包括因它机干扰回波导致的干扰测距序列，然后移除这些相关性较低的测距序列，得到图8所示的测距序列。

对于同一场景具备两个以上激光雷达的情况，如果获取到只有其中一个激光雷达需要进行抗干扰，那么可以配置各个激光雷达的发射时间序列的时间间隔上均注入伪随机时间抖动，但各个激光雷达注入的伪随机时间抖动是不同的；也可以只配置需要进行抗干扰的激光雷达的发射时间序列的时间间隔上注入伪随机时间抖动，其他激光雷达的发射时间序列的时间间隔上均不注入伪随机时间抖动；也可以配置所述其中一个激光雷达的发射时间序列的时间间隔上不注入伪随机时间抖动，而它机的发射时间序列的时间间隔上均注入伪随机时间抖动，它机注入的伪随机时间抖动是不同的；以上方式均能令需要进行抗干扰激光设备，其本机发射时间与它机回波的接收时间的时间差不固定，从而本机发射时间与它机回波的接收时间的时间差的相关性被破坏；然后，识别相关性被破坏的时间差，该时间差对应的回波便是它机干扰回波。

传统的多机干扰对抗策略是采用脉冲编码发射策略或者多次脉冲发射策略。然而由于激光雷达硬件本身的限制，采用脉冲编码发射出来的激光不一定能达到出光门限，可能会降低激光雷达的出光效率和探测效率；采用多次脉冲发射策略，花费时间较多，会导致探测效率降低，且要求激光雷达要有较高的性能。而本申请实施例中的抗干扰方法，可以不采用激光脉冲编码、多次脉冲发射的多机干扰对抗策略，采用伪随机时间抖动注入策略就能够有效的对抗多机干扰，不影响激光雷达的出光效率和探测效率。但本申请实施例中的抗干扰方法，采用伪随机时间抖动注入策略来对抗多干扰也不会与激光脉冲编码、多次脉冲发射机制冲突，甚至可以同时使用激光脉冲编码或多次脉冲发射机制来对抗干扰。以下介绍同时使用激光脉冲编码或多次脉冲发射机制来对抗干扰的实现方式：

在其中一个实施例中，本申请实施例中的抗干扰方法，还包括对激光雷达进行激光脉冲编码来调制激光雷达的激光脉冲的步骤，所述通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动是用于调制激光雷达的经过所述编码后发射时间。在另一个实施例中，本申请实施例中的抗干扰方法，所述令所述激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲的步骤是采用多次发射机制发射所述激光脉冲。

在这两个实施例中，采用发射时间注入伪随机抖动并同时使用激光脉冲编码或使用多次脉冲发射机制来对抗干扰时，虽然一定程度牺牲了激光雷达的探测精度和探测效率，但却可以进一步提高激光雷达的抗干扰效果。

综上，本申请实施例中的激光雷达的抗干扰方法，通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，然后令激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲，如此，对于激光雷达接收到的回波包括激光雷达本机的预期回波和其他激光雷达的非预期回波的情况，由于激光雷达本机的激光发射脉冲不论是否注入随机时间抖动，发射时间与预期回波的接收时间都是相关的，但激光雷达的发射时间注入随机时间抖动，则可能破坏该激光雷达本机发射时间与它机回波接收时间的相关性；因此对于多个激光雷达在同一场景使用导致串扰的情形，利用上述激光雷达的抗干扰方法，一定程度上可以对抗串扰。

本申请实施例还提出一种激光雷达。该激光雷达可以是脉冲型激光雷达，例如TOF(Time Of Flight)激光雷达。图9为一个实施例中的激光雷达的结构示意图，请参阅图9，该激光雷达包括控制器910、发射模组920和接收模组930；所述控制器910分别与所述发射模组920、所述接收模组930连接；

所述控制器910用于通过在发射时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，并令发射模组920按照调制后的发射时间发射激光；

所述接收模组930用于获取所述激光雷达接收到的回波的接收时间；所述回波包括所述激光雷达本机的预期回波和非预期回波，所述非预期回波包括其他激光雷达串扰而来的它机回波；

所述控制器910用于根据所述激光雷达本机的发射时间和激光雷达本机接收到的回波的接收时间，按照相关性识别并移除干扰回波。

具体地，请参阅图10，该激光雷达还包括模数转换器940，所述控制器910通过模数转换器940与接收模组930连接。接收模组930获取激光雷达接收到的回波，并将回波的接收时间转换为数值序列给控制器910。

具体地，所述控制器910包括现场可编辑门阵列(Field Programmable GateArray，简称FPGA)或专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)。其他实施例中，控制器910还包括ARM CPU(Advanced RISC Machines CentralProcessing Unit，一种嵌入式处理器)、PC(personal computer，个人计算机)、DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理器)或MCU(Microcontroller Unit，微控制单元)。

本申请实施例中的激光雷达，控制器910通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，然后令发射模组920按照调制后的发射时间发射激光脉冲，如此，对于激光雷达接收到的回波包括激光雷达本机的预期回波和其他激光雷达的非预期回波的情况，由于激光雷达本机的激光发射脉冲不论是否注入随机时间抖动，发射时间与预期回波的接收时间都是相关的，但激光雷达的发射时间注入随机时间抖动，则可能破坏该激光雷达本机发射时间与它机回波接收时间的相关性；因此对于多个激光雷达在同一场景使用导致串扰的情形，采用本申请实施例中的激光雷达，一定程度上可以对抗串扰。

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个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。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，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，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种激光雷达的抗干扰方法，其特征在于，所述方法包括：

通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间；

令所述激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲；

获取所述激光雷达接收到的回波的接收时间；所述回波包括所述激光雷达本机的预期回波和非预期回波，所述非预期回波包括其他激光雷达串扰而来的它机回波；

根据激光雷达本机的发射时间和激光雷达本机接收到的回波的接收时间，按照相关性识别并移除干扰回波。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，注入的随机时间抖动为伪随机时间抖动。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过在发射时间序列中的时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间的步骤包括：

建立激光雷达的定时发射策略，以确定所述激光雷达的发射时间；

基于所述定时发射策略，建立所述激光雷达的伪随机抖动策略；

通过在激光雷达的发射时间序列的时间间隔上注入伪随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，从而重新确定激光雷达的发射时间。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，激光雷达包括两个以上，且均在同一场景使用；

所述在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动的步骤为在各个激光雷达的发射时间序列的时间间隔中均注入伪随机时间抖动，且各个激光雷达注入的伪随机时间抖动不同。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述非预期回波还包括激光雷达本机的自身偶发干扰发射激光时对应接收到的回波。

6.根据权利要求1-5任一项所述的方法，其特征在于，所述根据激光雷达本机的发射时间和激光雷达本机接收到的回波的接收时间，按照相关性识别干扰回波步骤包括：

根据所述激光雷达本机的发射时间和本机接收到的回波的接收时间进行测距；

统计测距序列的空间相关性，识别空间相关性低于预设值的干扰测距序列，识别所述干扰测距序列对应的回波为干扰回波。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，还包括对激光雷达进行激光脉冲编码来调制激光雷达的激光脉冲的步骤，所述通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动是用于调制激光雷达的经过所述编码后的发射时间。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述令所述激光雷达按照调制后的发射时间发射激光脉冲的步骤是采用多次发射机制发射所述激光脉冲。

9.一种激光雷达，其特征在于，所述激光雷达包括：

控制器、发射模组、接收模组；所述控制器分别与所述发射模组、所述接收模组连接；

所述控制器用于通过在发射时间序列的时间间隔上注入随机时间抖动来调制激光雷达的发射时间，并令发射模组按照调制后的发射时间发射激光；

所述接收模组用于获取所述激光雷达接收到的回波的接收时间；所述回波包括所述激光雷达本机的预期回波和非预期回波，所述非预期回波包括其他激光雷达串扰而来的它机回波；

所述控制器用于根据所述激光雷达本机的发射时间和激光雷达本机接收到的回波的接收时间，按照相关性识别并移除干扰回波。

10.根据权利要求9所述的激光雷达，其特征在于，所述控制器包括FPGA或ASIC。