CN118112540A - 激光雷达读出电路监测方法及装置、激光雷达 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种激光雷达读出电路监测方法及装置、激光雷达，该方法包括：启动对读出电路的诊断；向读出电路输出诊断信号，所述读出电路根据所述诊断信号输出诊断数据；其中，所述诊断信号通过使光电探测器由激活状态切换到非激活状态而产生；通过比较所述诊断数据与基准数据，判断所述读出电路是否出现故障；其中，所述基准数据为所述读出电路功能正常时根据所述诊断信号输出的读出数据。利用本发明方案，可以简单、方便、准确地实现对读出电路的监测。

Description

激光雷达读出电路监测方法及装置、激光雷达

技术领域

本发明涉及电路监测技术领域，具体涉及一种激光雷达读出电路监测方法及装置、激光雷达。

背景技术

激光雷达是主动探测的传感器，它先向目标场景发射探测信号，探测信号在物体表面发生漫反射产生回波信号，回波信号反射回被激光雷达接收。激光雷达将其接收到的回波信号与发射信号相比较，从而获得目标的位置、运动状态等信息，实现对目标的探测、跟踪、定位、识别等目的。激光雷达包括激光发射器和接收器，其中接收器是激光雷达的核心部件之一，接收器包括光电探测器以及读出电路。其中，接收器对数据的接收过程包括：光电探测器接收光信号，将光信号转换成电信号，读出电路对电信号进行处理，得到飞行时间、反射率等信息。

读出电路中包括多个元器件，一旦其中任意元器件出现异常，将导致点云中某一线或多线读出数据出现错误(比如，测距结果相对于真实值偏远或者偏近)，如果不能及时发现读出电路的异常，将依据错误的测距数据进行感知，从而可能引起安全事故。现有的对读出电路的检测方法是向光电探测器照射一个参考光信号，光电探测器响应该参考光信号输出电信号，通过评判读出电路对该电信号的读出数据来确定读出电路是否异常。理论上光电探测器接收同样的参考光信号所输出的电信号应该为固定值，然而事实上由于光电探测器不仅会接收到参考光信号，还会同时接收到环境光信号。由于环境光信号难以保持一致，所以这种诊断方式受环境光的影响较大，即使在每次检测时的参考光信号强度一致，但在不同环境光条件下，也无法保证入射到光电探测器上的光信号的一致性。因此，现有的基于参考光信号进行读出电路异常检测的方法难以进行准确的判定。

发明内容

本发明实施例提供一种激光雷达读出电路监测方法及装置、激光雷达，以简单、方便、准确地实现对读出电路的监测。

一方面，本发明实施例提供一种激光雷达读出电路监测方法，所述方法包括：

启动对读出电路的诊断；向读出电路输出诊断信号，所述读出电路根据所述诊断信号输出诊断数据；其中，所述诊断信号通过使光电探测器由激活状态切换到非激活状态而产生；

通过比较所述诊断数据与基准数据，判断所述读出电路是否出现故障；其中，所述基准数据为所述读出电路功能正常时根据所述诊断信号输出的读出数据。

可选地，所述激光雷达包括一个或多个所述读出电路；所述启动对读出电路的诊断包括：同时启动对一个或多个所述读出电路的诊断。

可选地，每一个所述读出电路连接一个或多个所述光电探测器；通过使连接至同一个读出电路的所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态产生输入至所述读出电路的诊断信号。

可选地，所述基准数据与连接至同一个读出电路的由激活状态切换到非激活状态的所述光电探测器的数量相对应。

可选地，所述通过比较所述诊断数据与基准数据，判断所述读出电路是否出现故障包括：

如果所述诊断数据与所述基准数据的偏差超过预设范围，则确定所述读出电路出现故障；

如果所述诊断数据与所述基准数据的偏差未超过预设范围，则确定所述读出电路未出现故障。

可选地，所述方法还包括：在确定所述读出电路出现故障后，进行故障响应。

可选地，所述预设范围为多个；所述方法还包括：根据所述偏差与所述多个预设范围的对应关系，确定所述读出电路的故障等级，并根据所述故障等级进行不同的故障响应。

另一方面，本发明实施例还提供一种激光雷达读出电路监测装置，用于对读出电路进行监测，所述装置包括：安全管理单元、控制器、以及探测器控制电路，所述探测器控制电路包括光电探测器；

所述安全管理单元，用于向所述控制器发送读出电路诊断命令；

所述控制器，用于接收到所述读出电路诊断命令后，向所述探测器控制电路输出控制信号，所述控制信号用于使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态；

所述探测器控制电路，用于根据所述控制信号使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态，向所述读出电路输出诊断信号；

所述读出电路，用于根据所述诊断信号向所述安全管理单元输出诊断数据；

所述安全管理单元，还用于接收所述诊断数据，通过比较所述诊断数据与基准数据，判断所述读出电路是否出现故障；其中，所述基准数据为所述读出电路功能正常时根据所述诊断信号输出的读出数据。

可选地，所述装置同时对一个或多个所述读出电路进行监测。

可选地，每一个所述读出电路连接一个或多个所述探测器控制电路；所述控制器接收到所述读出电路诊断命令后，向连接至同一个读出电路的所述探测器控制电路输出控制信号，所述探测器控制电路根据所述控制信号产生诊断信号，并向所述读出电路输出所述诊断信号。

可选地，所述探测器控制电路包括：控制开关、以及第一信号生成单元和/或第二信号生成单元；

所述控制开关，用于根据所述控制信号使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态；

所述第一信号生成单元，用于在所述控制开关使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态后，向所述读出电路输出第一诊断信号；

所述第二信号生成单元，用于在所述控制开关使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态后，向所述读出电路输出第二诊断信号。

可选地，所述控制开关包括：第一开关和第二开关。

可选地，所述第一开关的两端分别与电源和所述光电探测器连接，所述第二开关的两端分别与所述光电探测器和地连接，所述第一开关和所述第二开关的控制端分别与所述控制器的输出端连接；所述控制器输出所述控制信号后，所述第一开关断开，所述第二开关闭合。

可选地，所述第一开关为PMOS管或NMOS管。

可选地，所述第一信号生成单元为电容；所述电容的一端连接所述光电探测器，另一端作为所述探测器控制电路的第一输出端。

可选地，所述第二信号生成单元为反相器；所述反相器的输入端连接所述光电探测器，所述反相器的输出端作为所述探测器控制电路的第二输出端。

可选地，所述探测器控制电路有多个，所述多个探测器控制电路均与所述读出电路连接。

可选地，所述读出电路诊断命令中携带探测器通道标识；所述控制器根据所述探测器通道标识，向对应的探测器控制电路输出所述控制信号。

可选地，所述安全管理单元，还用于在确定所述读出电路出现故障后，进行故障响应。

可选地，所述安全管理单元，还用于确定所述读出电路的故障等级，并根据所述故障等级进行故障响应。

可选地，所述安全管理单元，还用于通过通信接口向主控器发送故障码。

可选地，所述安全管理单元在确定所述读出电路的故障等级为一级故障后，向主控器发送故障码；在确定所述读出电路的故障等级为二级故障后，向主控器发送故障码，并停止向主控器发送点云数据。

可选地，所述故障码包括读出电路故障指示信息、出现故障的读出电路的标识信息。

可选地，所述安全管理单元在确定所述读出电路出现故障后，通过中断引脚向主控器发送故障信号；所述主控器在收到所述故障信号后，通过通信接口读取所述安全管理单元中存储的数据，并根据读取的数据确定读出电路的故障信息。

可选地，所述通过中断引脚向主控器发送的所述故障信号，用于指示读出电路故障和/或故障等级。

另一方面，本发明实施例还提供一种激光雷达，包括发射端和接收端；

所述发射端用于向目标物发射探测信号；

所述接收端用于接收所述探测信号被目标物反射后产生的回波信号；

所述接收端包括前面所述的激光雷达读出电路监测装置。

本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测方法及装置、激光雷达，在启动对读出电路的诊断后，向读出电路输出诊断信号，读出电路根据该诊断信号输出诊断数据，所述诊断信号通过使光电探测器由激活状态切换到非激活状态而产生，进而通过比较所述诊断数据与基准数据，判断读出电路是否故障。由于向读出电路输出的诊断信号并非由光电探测器对光信号的响应所得，因此不受外界环境光的影响，因此根据该诊断数据可以准确判断读出电路是否出现故障，从而简单、方便、准确地实现对读出电路的监测。而且，在诊断时也无需外界给探测器一个光信号，从而使该监测方案简单、易于实现，可在激光雷达正常使用的过程中随时进行读出电路的诊断，且读出电路的诊断过程不会影响激光雷达的正常探测过程。

另外，本发明实施例的方案中，诊断信号通过使光电探测器由激活状态切换到非激活状态而产生，因此在进行读出电路的诊断时，对应的光电探测器处于非激活状态，因此本方案可以在光电探测器不工作的间隙时间内进行检测，不会影响光电探测器的正常工作。

进一步地，在确定读出电路出现故障后，进行故障响应，从而可以使故障能够得到及时处理，更好地保障读出电路的正常工作。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测方法的一种流程图；

图2是本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置中探测器控制电路的一种结构示意图；

图4是本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置的一种具体实现结构示意图；

图5是本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置的另一种具体实现结构示意图；

图6是图4所示激光雷达读出电路监测装置中第一开关的一种示例；

图7是图5所示激光雷达读出电路监测装置中第一开关的一种示例；

图8是本发明实施例中读出电路的一种结构示意图；

图9是本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置中具有多个探测器控制电路的示意图；

图10是本发明实施例中二维光电传感器阵列对应的二维探测器控制电路的二维结构示意图；

图11是本发明实施例中二维探测器控制电路的控制原理示意图；

图12是本发明实施例激光雷达读出电路监测装置中安全管理单元进行故障响应的一种原理示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和有益效果能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

针对现有的基于参考光信号进行读出电路异常检测的方法难以进行准确判定的问题，本发明实施例提供一种激光雷达读出电路监测方法及装置，在对读出电路进行检测时，无需向光电探测器照射一个参考光信号，而是在启动对读出电路的诊断后，直接通过电路产生向读出电路输出的诊断信号，读出电路根据该诊断信号输出诊断数据，通过比较所述诊断数据与基准数据，判断所述读出电路是否出现故障。由于向读出电路输出的诊断信号不受外界环境光的影响，因此根据该诊断数据可以准确判断读出电路是否出现故障，从而简单、方便、准确地实现对读出电路的监测。

如图1所示，是本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测方法的一种流程图，包括以下步骤：

步骤101，启动对读出电路的诊断。

在实际应用中，可以在激光雷达中的光电探测器非工作状态的间隙内，即无需光电探测器进行回波信号探测时，启动对读出电路的诊断。

步骤102，向读出电路输出诊断信号，所述读出电路根据所述诊断信号输出诊断数据，其中，所述诊断信号通过使光电探测器由激活状态切换到非激活状态而产生。

光电探测器在激活状态下能够响应光信号产生电信号，在非激活状态下不能响应光信号，相应地也就不会有电信号输出到读出电路。光电探测器的激活状态和非激活状态可以通过控制光电探测器的偏置电压来调整或者通过控制光电探测器接入读出电路或切断光电探测器接入读出电路来实现。所述诊断信号通过使光电探测器由激活状态切换到非激活状态而产生，即经由使光电探测器由激活状态切换到非激活状态的操作，在光电探测器与读出电路的连接电路中产生所述诊断信号。所述诊断信号可以是一个已知的、固定的脉冲信号。

步骤103，通过比较所述诊断数据与基准数据，判断所述读出电路是否出现故障，其中，所述基准数据为所述读出电路功能正常时根据所述诊断信号输出的读出数据。

对于一个已知的、固定的脉冲信号，读出电路在功能正常的情况下，输出的读出数据应该在预设范围内，即基准数据。可以理解的是基准数据可以是确定的数据，也可以是一定的数据范围。基准数据可以在雷达出厂前设定并存储在安全管理单元或存储器中，以在诊断过程中调用；基准数据也可以在雷达使用过程中在诊断读出电路未出现故障的情况下实时测量获得或间隔一定时间测量获得，例如在诊断结束确定读出电路正常的情况下存储此次诊断数据，以作为后续诊断时的基准数据。基于基准数据对读出电路输出的诊断数据进行判定，可以确定读出电路是否存在故障。具体地，如果所述诊断数据与所述基准数据的偏差超过预设范围，确定所述读出电路出现故障；如果所述诊断数据与所述基准数据的偏差未超过预设范围，确定所述读出电路未出现故障。

需要说明的是，在激光雷达中可以包括一个或多个所述读出电路。相应地，在具体应用中，可以同时启动对一个或多个所述读出电路的诊断。

另外，每一个读出电路可以连接一个或多个所述光电探测器，在对该读出电路进行诊断时，需要将与该读出电路连接的所有光电探测器与该读出电路断开连接，或者将与该读出电路连接的所有光电探测器由激活状态切换到非激活状态，或者其中一部分光电探测器与所述读出电路断开连接，另外一部分光电探测器由激活状态切换到非激活状态，对此本发明实施例不做限定。

比如，在一种非限制性实施例中，每一个读出电路可以连接一个光电探测器，在需要对该读出电路进行诊断时，将光电探测器由激活状态切换到非激活状态，同时产生诊断信号，将该诊断信号输出给所述读出电路，读出电路根据该诊断信号输出诊断数据，根据该诊断数据确定所述读出电路是否出现故障。

再比如，在另一种非限制性实施例中，每一个读出电路可以连接多个光电探测器，在需要对该读出电路进行诊断时，将与该读出电路连接的光电探测器由激活状态切换到非激活状态，同时产生诊断信号，将该诊断信号输出给所述读出电路，读出电路根据该诊断信号输出诊断数据，根据该诊断数据确定所述读出电路是否出现故障。

需要说明的是，在一个读出电路连接有多个光电探测器的情况下，所述基准数据与连接至该读出电路的由激活状态切换到非激活状态的光电探测器的数量相对应。例如，连接至同一个读出电路的多个光电探测器其输出电信号会被读出电路进行叠加处理，那么叠加后的信号与光电探测器的数量有关，相应地，一个读出电路输出的诊断数据也与同该诊断电路连接的并发生状态切换(由激活状态切换到非激活状态)的光电探测器的数量有关。

进一步地，在本发明另一种非限制性实施例中，在确定所述读出电路出现故障后，还可进行故障响应。

进一步地，在本发明另一种非限制性实施例中，还可对故障进行分级，在确定读出电路出现故障后，还可确定该读出电路的故障等级，并根据所述故障等级进行故障响应。故障等级的划分及相应的故障响应方式可以根据需要设定，对此本发明实施例不做限定。

比如，可以将所述预设范围设定为多个，根据所述偏差与所述多个预设范围的对应关系，确定所述读出电路的故障等级，并根据所述故障等级进行不同的故障响应。

本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测方法，在启动对读出电路的诊断后，将光电探测器由激活状态切换到非激活状态，产生诊断信号并直接向读出电路输出该诊断信号，由于输入至读出电路的诊断信号不受其它因素影响，而且此时光电探测器处于非激活状态，不会感应外界输入的光信号，因此可以保证输入至读出电路的诊断信号保持一致且确定，不受环境光的影响，因此读出电路可以根据该诊断信号输出确定的诊断数据，从而可以根据读出电路输出的诊断数据准确地判断读出电路是否出现故障。可见，利用本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测方法，可以简单、方便、准确地实现对读出电路的监测。

进一步地，在确定读出电路出现故障后，进行故障响应，从而可以使故障能够得到及时处理，更好地保障读出电路的正常工作。

相应地，本发明实施例还提供一种激光雷达读出电路监测装置，如图2所示，是该装置的一种结构示意图。

该激光雷达读出电路监测装置包括：安全管理单元21、控制器22、以及探测器控制电路23，探测器控制电路23包括光电探测器230。其中：

安全管理单元21用于向控制器22发送读出电路诊断命令；

控制器22用于接收到所述读出电路诊断命令后，向探测器控制电路23输出控制信号，所述控制信号用于使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态；

相应地，探测器控制电路23根据所述控制信号使光电探测器230由激活状态切换到非激活状态，同时探测器控制电路23产生诊断信号，向读出电路20输出该诊断信号。

相应地，读出电路20根据该诊断信号向安全管理单元21输出诊断数据；

相应地，安全管理单元21还用于接收所述诊断数据，通过比较所述诊断数据与基准数据，判断所述读出电路是否出现故障；其中，所述基准数据为所述读出电路功能正常时根据所述诊断信号输出的读出数据。

在实际应用中，由于诊断信号是基于光电探测器230由激活状态切换到非激活状态来产生，光电探测器230在非激活状态下并不进行正常的探测工作，因此安全管理单元21可以在光电探测器230非工作状态的间隙内向控制器22发送读出电路诊断命令，从而不会影响读出电路20的正常工作。

所述诊断信号可以是一个已知的、固定的脉冲信号，所述脉冲信号的大小与电路的特性相关，在探测器控制电路23的各部分器件确定的情况下，所述脉冲信号可以保持一致且已知。

对于一个已知的脉冲信号，读出电路20在功能正常的情况下，读出数据应该在预设范围内。因此通过对诊断数据进行判定，即比较所述诊断数据与基准数据，所述基准数据为所述读出电路功能正常时根据所述诊断信号输出的读出数据，可以诊断读出电路20是否出现故障。

如果所述诊断数据与所述基准数据的偏差超过预设范围，则确定读出电路20出现故障。如果所述诊断数据与所述基准数据的偏差未超过预设范围，则确定读出电路20未出现故障，即读出电路20处于正常状态。

由于输入至读出电路20的脉冲信号(即所述诊断信号)完全是由探测器控制电路23生成的，而且此时光电探测器230处于非激活状态，不会感应外界输入的光信号，因此可以保证输入至读出电路20的脉冲信号保持一致且确定，不受环境光的影响。因此读出电路20可以根据该已知的脉冲信号读出确定的数据，即所述诊断数据，进而可以根据所述诊断数据准确地判断读出电路20是正常还是故障。

需要说明的是，图2中所示的激光雷达读出电路监测装置中的探测器控制电路23、控制器22可以是激光雷达接收***中原本就设置的模块，也就是说，该激光雷达读出电路监测装置可以复用激光雷达中原有的一些器件，无需额外设置电路，方便本发明装置的实现。

如图3所示，是本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置中探测器控制电路的一种结构示意图。

该实施例中，探测器控制电路23除了上述光电探测器230之外，还包括：控制开关231、以及第一信号生成单元232和/或第二信号生成单元233。图3中示出了同时具有第一信号生成单元232和第二信号生成单元233的情况。

其中：

控制开关231用于根据所述控制信号使所述光电探测器230由激活状态切换到非激活状态；

第一信号生成单元232用于在控制开关231使光电探测器由230由激活状态切换到非激活状态后，向读出电路20输出第一诊断信号；

第二信号生成单元233用于在控制开关231使光电探测器由230由激活状态切换到非激活状态后，向读出电路20输出第二诊断信号。

控制开关231接收到所述控制信号后，所述控制开关231切换状态使光电探测器230两端的偏置电压降低到其击穿电压以下，从而使所述光电探测器230切换到非激活状态，无法响应光信号。控制开关231切换状态的瞬间，电路中会产生电压变化，产生脉冲信号，相应地，第一信号生成单元232响应该电压变化输出第一诊断信号，第二信号生成单元233响应该电压变化输出第二诊断信号。

在具体应用中，上述探测器控制电路23可以采用多种方式实现，对此下面举例进行说明。

在一种非限制性实施例中，上述控制开关的功能可以由第一开关和第二开关组合来实现。其中，所述第一开关的两端分别与电源和光电探测器230连接，所述第二开关的两端分别与光电探测器20和地连接，所述第一开关和所述第二开关的控制端分别与控制器22的输出端连接。此外，控制开关也可以通过其他开关的方式来实现，探测器控制电路23在满足通过切换控制开关的状态实现光电探测器从激活状态到非激活状态的切换的其它电路设计，也可以用于实现本发明，对此不做具体限制。

参照图4，图4是本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置及其探测器控制电路的一种具体实现结构示意图。

同时参照图3和图4，图4所示实施例中，光电探测器230采用光电二极管，光电二极管的阳极连接负高压-HV。所述控制开关231由图4中的第一开关和第二开关组成，第一开关的两端分别与电源Vcc和所述光电二极管的阴极(即图4中的节点A)连接，第二开关的一端与所述光电二极管的阴极连接，另一端通过电阻R接地。第一开关和第二开关的控制端分别与控制器22的输出端连接，也就是说，由控制器22的输出控制第一开关和第二开关的闭合和断开。

该实施例中，所述第一信号生成单元232具体为电容C，电容C的一端连接所述光电二极管的阴极，另一端作为探测器控制电路23的第一输出端(即图4中的节点B1)；所述第二信号生成单元233具体为反相器D，反相器D的输入端与所述光电二极管的阴极连接，输出端作为探测器控制电路23的第二输出端(即图4中的节点B2)。在其他实时方式中，第一信号生成单元232、第二信号生成单元233也可以采用其他元器件实现对电路信号的采集或转换，并且探测器控制电路不限于有两个信号生成单元，也可以有一个或更多个。

在图4所示实施例中，控制器22向第一开关和第二开关发送控制信号，以控制第一开关和第二开关的闭合或断开，使光电探测器230进入激活状态或非激活状态。

在需要光电探测器230进行正常工作，即需要启用光电探测器230探测回波信号时，控制第一开关处于闭合状态、第二开关处于断开状态，节点A为高电平Vcc，由于光电二极管阳极连接负高压，从而使得光电二极管230两端的偏置电压超过其击穿电压，光电二极管230进入激活状态，响应光信号，进行光电探测。

在需要对读出电路进行诊断时，安全管理单元21向控制器22发送读出电路诊断命令。控制器22接收到安全管理单元21输出的读出电路诊断命令后，向探测器控制电路23输出控制信号，在该实施例中，该控制信号具体用于断开第一开关、同时闭合第二开关。当第一开关断开、第二开关闭合时，节点A的电压会由高电平Vcc瞬间降低到0。光电二极管230两端的偏置电压降低，低于其击穿电压，因此光电二极管230进入非激活状态，不再响应光信号。节点A的电压跳变信号在经过电容C时，产生交流耦合，从而在节点B1产生一个负尖峰脉冲，尖峰脉冲的幅值和宽度与电容参数相关；节点B2的电压由低电平跳变为高电平。

相应地，节点B1产生的脉冲信号输出至读出电路20，读出电路20可以向安全管理单元21输出相应的诊断数据。安全管理单元21根据该诊断数据即可确定读出电路20是否出现故障，具体地，安全管理单元21通过比较所述诊断数据与基准数据，判断读出电路20是否出现故障；其中，所述基准数据为读出电路20功能正常时根据所述诊断信号输出的读出数据。

相应地，读出电路20也可读取反相器D的输出信息，包括跳变状态、跳变时间等，并输出相应的诊断数据。安全管理单元21根据该诊断数据即可确定读出电路20是否出现故障。

需要说明的是，所述基准数据可以在雷达工作一段时间后通过测试获得，从而使基准数据适应电容长时间工作后可能发生的变化。

参照图5，图5是本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置及其探测器控制电路的另一种具体实现结构示意图。

同时参照图3、图4和图5所示实施例，光电探测器230同样采用光电二极管，光电二极管的阴极连接电源Vcc。图5所示实施例与图4所示实施例不同之处仅在于光电探测器230、第一开关、以及第二开关的连接方式不同。其中，第一开关的两端分别与负高压-HV和所述光电二极管的阳极(即图5中的节点A)连接，第二开关的一端与所述光电二极管的阳极连接，另一端通过电阻R与电源Vcc连接。第一开关和第二开关的控制端同样分别与控制器22的输出端连接，也就是说，由控制器22的输出控制第一开关和第二开关的闭合和断开。

该实施例中，所述第一信号生成单元232和所述第二信号生成单元233与图4所示实施例中相同，分别为电容C和反相器D。

在图5所示实施例中，控制器22向第一开关和第二开关发送控制信号，以控制第一开关和第二开关的闭合或断开，使光电探测器230进入激活状态或非激活状态。

在光电探测器230正常工作时，第一开关处于闭合状态、第二开关处于断开状态，节点A为负高压-HV，光电探测器230两端的偏置电压达到其击穿电压，光电二极管230进入激活状态，响应光信号，进行光电探测。

在需要对读出电路进行诊断时，安全管理单元21向控制器22发送读出电路诊断命令。控制器22接收到安全管理单元21输出的读出电路诊断命令后，向探测器控制电路23输出控制信号，在该实施例中，该控制信号具体用于断开第一开关、同时闭合第二开关。当第一开关断开、第二开关闭合时，节点A的电压会由0瞬间升高到Vcc，光电探测器230两端的偏置电压降低，低于其击穿电压，因此光电二极管进入非激活状态，不再响应光信号。节点A的电压跳变信号在经过电容C时，产生交流耦合，从而在节点B1产生一个正尖峰脉冲，该尖峰脉冲的幅值和宽度与电容参数相关，节点B2的电压由高电平跳变为低电平。

相应地，节点B1产生的脉冲信号作为诊断信号输出至读出电路20，读出电路20可以输出相应的诊断数据。安全管理单元21根据该诊断数据即可确定读出电路20是否出现故障。具体地，如果所述诊断数据与基准数据的偏差超过预设范围，确定读出电路20出现故障；如果所述诊断数据与基准数据的偏差未超过预设范围，确定读出电路20未出现故障。

相应地，读出电路20也可读取反相器D的输出信息，包括跳变状态、跳变时间等，并输出相应的诊断数据。安全管理单元21根据该诊断数据也可确定读出电路20是否出现故障。

本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置，在启动对读出电路的诊断后，直接通过电路响应诊断命令向读出电路输出诊断信号，由于输入至读出电路的诊断信号不受其它因素影响，而且此时光电探测器处于非激活状态，不会感应外界输入的光信号，因此可以保证输入至读出电路的诊断信号保持一致且确定，不受环境光的影响，因此读出电路可以根据该诊断信号读出确定的数据，即所述诊断数据，从而可以根据读出电路输出的诊断数据准确地判断读出电路是否出现故障。可见，利用本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置，可以简单、方便、准确地实现对读出电路的监测。

需要说明的是，在实际应用中，上述第一开关可以采用PMOS管或NMOS管来实现。具体地，图4中的第一开关可以是PMOS管，如图6所示。

参照图6，PMOS管的源极连接电源Vcc，漏极连接光电二极管的阴极，栅极连接控制器22的输出端。光电二极管的阳极连接负高压-HV。

在该实施例中，在需要光电二极管工作时，控制器22输出低电平信号，该低电平信号使第二开关断开，同时使PMOS管导通，节点A的电压变成基准高压，即Vcc，此时光电二极管的偏置电压达到开启电压，光电二极管进入激活状态，可以接收光信号，此时所述光电二极管对应的探测通道处于探测回波光信号状态。

当控制器22接收到安全管理单元21输出的读出电路诊断命令后，向探测器控制电路23输出控制信号，该控制信号为高电平，使第二开关闭合，同时使PMOS管断开，使得光电二极管的偏置电压无法达到其开启电压，因此光电二极管进入非激活状态，此时节点A的电压会从Vcc跳变到0，该电压跳变信号经由读出电路20输出相应的诊断数据。相应地，安全管理单元21根据该诊断数据确定读出电路20是否出现故障。

同理，如图7所示，图5中的第一开关可以由NMOS管来实现，控制器22的输出端连接NMOS管的栅极。NMOS管的源极连接光电二极管的阳极，NMOS管的漏极连接负高压-HV。

图7所示实施例中，控制器22输出高电平时，第二开关断开，NMOS管导通，节点A的电压为负高压-HV，光电二极管进入激活状态，此时光电二极管可以接收光信号，所述光电二极管对应的探测通道处于探测回波光信号状态。

当控制器22接收到安全管理单元21输出的读出电路诊断命令后，向探测器控制电路23输出控制信号，该控制信号为低电平，使第二开关闭合，同时使NMOS管断开，使得光电二极管的偏置电压无法达到其开启电压，因此光电二极管进入非激活状态，此时节点A的电压会从负高压-HV跳变到0，该电压跳变信号经由读出电路20输出相应的诊断数据。相应地，安全管理单元21根据该诊断数据确定读出电路20是否出现故障。

需要说明的是，上述电源Vcc为光电探测器230的基准高电压，比如可以是3.3V，当然Vcc的值可以根据实际需要确定，对此本发明实施例不做限定。

前面提到，读出电路20可以根据探测器控制电路23输出的第一诊断信号(即上述电容C输出的脉冲信号)和/或第二诊断信号(即上述反相器D输出的电平跳变信号)输出相应的诊断数据。下面对读出电路20的具体结构做简要说明。

参照图8，图8是本发明实施例中读出电路的一种结构示意图。

该实施例中，读出电路20包括两条支路，分别为TDC(time-to-digitalconverter，时间数字转换器)支路和HDC(Histogram Direct Convey，直方图直接传递模块)支路。

需要说明的是，在实际应用中，根据应用需求的不同，读出电路20也可以只有上述任意一条支路，或有其他数据读取支路，对此本发明实施例不做限定。

如图8所示，TDC支路包括AFE(Analog Front End，模拟前端)211和TDC212，AFE211中包括放大器2111(也可以没有)和比较器2112，放大器2111起到放大信号的作用，比较器2112通过比较输入电压与基准电压，使尖峰脉冲转换成方波脉冲。

同时参照图6、图7和图8，探测器控制电路23输出的第一诊断信号(即上述电容C输出的脉冲信号)输入读出电路20的TDC支路，AFE211将该脉冲信号转换为方波信号。TDC212可以读出方波脉冲的上升沿、下降沿、脉宽等信息。对于一个已知波形，在读出电路20正常的情况下，TDC212的读出数据应当在预设范围内，例如上升沿产生的时刻与安全管理单元21发送诊断命令的时间间隔在预设延迟时间范围内、脉冲宽度在设定范围内等。相应地，安全管理单元21根据TDC212的读出数据即可确定读出电路20的TDC支路是否出现故障。

探测器控制电路23输出的第二诊断信号(即上述反相器D输出的电平跳变信号)输入读出电路20的HDC支路。HDC221读取反相器D的输出数据，包括跳变内容、跳变时间等。

在图6中，节点A的电压跳变过程输入至反相器D后，反相器D的输出端由0跳变到1，当安全管理单元21诊断到HDC221输出是由0跳变到1，则可以确定控制器22、探测器控制电路23、读出电路20的HDC支路是连通状态；安全管理单元21还可以比较接收到信号跳变时间与发射诊断信号之间的时间间隔是否在预设延迟时间范围内，当在预设范围内时，可以确定读出电路20的HDC支路的读出功能正常。

图7中HDC221的读出原理与图6中类似，在此不再赘述。

在一种非限制性实施例中，连接同一个读出电路的所述探测器控制电路也可以有多个，如图9所示，包括n个探测器控制电路，这n个探测器控制电路均与读出电路20连接，即由一个读出电路20处理n个光电探测器的检测信号，读出电路20会对n个光电探测器输出的信号进行叠加。

相应地，在图9所示实施例中，安全管理单元21发送的诊断命令可以携带用探测器通道标识，即指示哪些通道的光电探测器进行诊断的信息。相应地，控制器22可以同时给这些通道的光电探测器控制电路发送控制信号，使这些通道的光电探测器从激活状态切换至非激活状态，对应的多个探测器控制电路输出诊断脉冲信号。读出电路20将多个诊断脉冲信号进行叠加，输出叠加后的脉冲信号，即诊断数据。

需要说明的是，选择多少个探测器控制电路进行诊断，读出电路20输出的诊断数据也是不同的。相应地，对应的用于判断诊断数据是否正常的所述基准数据也应该是不同的。在具体应用中，可以将对应的基准数据存储在安全管理单元21中，安全管理单元21根据其选择诊断的探测器控制电路的数量获取对应的基准数据，再进行诊断数据与该基准数据的比对，根据比对结果确定读出电路是否正常。

另外需要说明的是，在激光雷达接收***中，可以设置一个或多个读出电路，每个读出电路连接一个或多个探测器控制电路。每个读出电路均可按照上述各实施例描述的诊断方式进行故障诊断。

在实际应用中，光电探测器可以是一维或者二维阵列。相应地，所述多个探测器控制电路可以是一维或者二维阵列，其二维结构示意图如图10所示，包括多行(Row)和多列(Column)。

一个读出电路可以同时连接多个探测器控制电路，即接收多个探测器控制电路的输出信号。每个探测器控制电路中有一个或多个光电探测器。在进行读出电路的检测时，可以对该读出电路对应的多个光电探测器同时输出所述控制信号，进而有多个诊断脉冲信号输入至读出电路，读出电路可以对多个诊断脉冲信号进行叠加，得到一个更强的诊断脉冲信号。由于每个探测器控制电路输出的诊断脉冲信号都是相同的，因此当知晓读出电路同时连接有几个光电探测器的情况下，也就可以确定对应的基准数据。通过将读出电路输出的诊断数据与对应的基准数据进行比较，即可确定读出电路的状态是正常还是故障。通过多个探测器控制电路诊断读出电路，可以避免单个探测器控制电路输出的诊断信号过于微弱，读出电路不能正常响应的问题。

对于二维光电探测器阵列，例如SPAD(Single Photon Avalanche Diode，单光子雪崩二极管)阵列，每个SPAD的开关信号有两路输入，即行信号和列信号。相应地，如图11所示，每个探测器控制电路23中可以设置一个与非门G。当行信号Row和列信号Column同时为高电平信号时，与非门G输出低电平，PMOS管导通，节点A的电压变为Vcc，光电二极管两端的偏置电压(Vcc+HV)超过击穿电压，从而该通道的SPAD进入激活状态，可以探测回波光信号。

在对读出电路20进行检测时，安全管理单元21输出诊断命令至控制器22，控制器22输出行信号和/或列信号为低电平信号，与非门G输出高电平，PMOS断开，节点A的电压从Vcc跳变到0，此时光电探测器不再探测回波信号。读出电路20根据该电压跳变信号可以输出诊断数据。相应地，安全管理单元21根据该诊断数据确定读出电路20是否故障。

可见，本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置，不论激光雷达中的光电探测器采用一维还是二维阵列，都可以通过安全管理单元21的控制，实现对其读出电路的监测，进而保障在激光雷达工作中读出数据的准确性。

进一步地，在本发明装置另一激光雷达读出电路监测装置另一非限制性实施例中，安全管理单元21还可在确定读出电路20出现故障后，进行故障响应。

需要说明的是，安全管理单元21进行故障响应的方式可以是通过软件执行、或者通过硬件执行、或者通过软硬件结合的方式执行，对此本发明实施例不做限定。

进一步地，在本发明激光雷达读出电路监测装置另一非限制性实施例中，安全管理单元21还可确定所述读出电路的故障等级，并根据所述故障等级进行故障响应。比如，将故障等级分为两级，安全管理单元21在确定读出电路20的故障等级为一级故障后，向主控器发送故障码；在确定读出电路20的故障等级为二级故障后，向主控器发送故障码，并停止向主控器发送点云数据。所述故障码比如可以包括但不限于：读出电路故障指示信息、出现故障的读出电路的标识信息等。

在具体应用中，当安全管理单元21检测到诊断数据与基准数据的偏差超过预设范围，进行故障响应。所述预设范围可以设置多个。相应地，可以根据所述偏差与所述多个预设范围的对应关系，确定所述读出电路的故障等级，并根据所述故障等级进行不同的故障响应。例如可以在预设范围基础上设置一个较小的范围和一个较大的范围，比如，诊断脉冲信号上升沿的时间与发送诊断命令之间的时间间隔的第一预设范围是2ms±5μs，第二预设范围是2ms±10μs，当所述偏差超出±5μs且未超出±10μs时，表明此时读出电路20出现故障，但故障程度较弱，进行一级故障响应；当所述偏差超出±10μs，说明此时读出电路20的故障程度比较严重，进行二级故障响应。

需要说明的是，所述故障码可以携带读出电路故障以及具体哪个读出电路故障的信息，安全管理单元21可以通过MIPI(Mobile Industry Processor Interface，移动产业处理器接口)接口将故障码发送给主控器。这种方式的优势是故障码可以携带具体的故障信息，如哪一路读出电路出现了故障，缺点是会占用一定的通信带宽，而且在主控器所有线程都被占用的情况下，主控器可能无法及时响应故障。

进一步地，主控器可以通过通信协议向安全管理单元21反馈成功接收到故障告警信息。另外，如果安全管理单元21一直未接收到主控器的反馈信息，可以再次向主控器发送故障告警信息。

再比如，另一种实现方式中，安全管理单元21在确定读出电路20出现故障后，可以通过中断引脚向主控器发送故障码。比如，在1个中断引脚的情况下，中断引脚置0(输出低电平)表示正常，中断引脚置1，表示异常。主控器可以通过中断引脚的输出确定读出电路是否有故障。由于中断信号的优先级较高，当中断引脚输出异常信息时，主控器会立即去读取安全管理单元21中的寄存器，并根据读取的数据确定读出电路的故障信息，比如发生了何种程度的故障，哪个读出电路有故障等故障信息。

进一步地，还可以利用多个中断引脚，利用所述多个中断引脚输出的信息表示故障程度。比如，设置两个中断引脚，中断引脚输出的信息00表示正常，01表示轻度异常，10表示异常程度较严重，11表示发生非常严重的异常。主控器根据中断引脚输出的异常程度可以设置对应的响应时间。

再比如，如图12所示另一种实现方式中，安全管理单元21在确定读出电路20出现故障后，可以通过中断引脚向主控器50发送故障信号，所述故障信号可以用于指示读出电路故障和/或故障等级。

相应地，主控器50在收到所述故障信号后，可以通过一个低速的通信接口读取安全管理单元21中存储的数据，并根据读取的数据确定读出电路20的故障信息。这种方式不会占用MIPI接口的带宽。

可见，本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测装置，在监测到读出电路出现故障后，可以通过多种方式进行故障响应，进而可以及时排除故障，避免影响激光雷达的正常工作，保证激光雷达读出数据的准确性。

本发明实施例提供的激光雷达读出电路监测方法及装置，在对读出电路进行监测时，不受外界环境光影响，也无需外界给光电探测器一个光信号，检测方式简单易于实现；同时可以在光电探测器不工作的间隙时间内进行检测，不会对读出电路的正常工作产生影响。

相应地，本发明实施例还提供一种激光雷达，包括发射端和接收端；所述发射端用于向目标物发射探测信号；所述接收端用于接收所述探测信号被目标物反射后产生的回波信号；所述接收端包括上述任一实施例的激光雷达读出电路监测装置。

应理解，本文中术语“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“/”，表示前后关联对象是一种“或”的关系。

本发明实施例中出现的“多个”是指两个或两个以上。

本发明实施例中出现的第一、第二等描述，仅作示意与区分描述对象之用，没有次序之分，也不表示本发明实施例中对设备个数的特别限定，不能构成对本发明实施例的任何限制。

本发明实施例中出现的“连接”是指直接连接或者间接连接等各种连接方式，以实现设备间的通信，本发明实施例对此不做任何限定。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (26)

1.一种激光雷达读出电路监测方法，其特征在于，所述方法包括：

启动对读出电路的诊断；向读出电路输出诊断信号，所述读出电路根据所述诊断信号输出诊断数据；其中，所述诊断信号通过使光电探测器由激活状态切换到非激活状态而产生；

通过比较所述诊断数据与基准数据，判断所述读出电路是否出现故障；其中，所述基准数据为所述读出电路功能正常时根据所述诊断信号输出的读出数据。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述激光雷达包括一个或多个所述读出电路；

所述启动对读出电路的诊断包括：

同时启动对一个或多个所述读出电路的诊断。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，

每一个所述读出电路连接一个或多个所述光电探测器；

通过使连接至同一个读出电路的所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态产生输入至所述读出电路的诊断信号。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，

所述基准数据与连接至同一个读出电路的由激活状态切换到非激活状态的所述光电探测器的数量相对应。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过比较所述诊断数据与基准数据，判断所述读出电路是否出现故障包括：

如果所述诊断数据与所述基准数据的偏差超过预设范围，则确定所述读出电路出现故障；

如果所述诊断数据与所述基准数据的偏差未超过预设范围，则确定所述读出电路未出现故障。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：在确定所述读出电路出现故障后，进行故障响应。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预设范围为多个；所述方法还包括：

根据所述偏差与所述多个预设范围的对应关系，确定所述读出电路的故障等级，并根据所述故障等级进行不同的故障响应。

8.一种激光雷达读出电路监测装置，用于对读出电路进行监测，其特征在于，所述装置包括：安全管理单元、控制器、以及探测器控制电路，所述探测器控制电路包括光电探测器；

所述安全管理单元，用于向所述控制器发送读出电路诊断命令；

所述控制器，用于接收到所述读出电路诊断命令后，向所述探测器控制电路输出控制信号，所述控制信号用于使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态；

所述探测器控制电路，用于根据所述控制信号使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态，向所述读出电路输出诊断信号；

所述读出电路，用于根据所述诊断信号向所述安全管理单元输出诊断数据；

所述安全管理单元，还用于接收所述诊断数据，通过比较所述诊断数据与基准数据，判断所述读出电路是否出现故障；其中，所述基准数据为所述读出电路功能正常时根据所述诊断信号输出的读出数据。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置同时对一个或多个所述读出电路进行监测。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，每一个所述读出电路连接一个或多个所述探测器控制电路；

所述控制器接收到所述读出电路诊断命令后，向连接至同一个读出电路的所述探测器控制电路输出控制信号，所述探测器控制电路根据所述控制信号产生诊断信号，并向所述读出电路输出所述诊断信号。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述探测器控制电路包括：控制开关、以及第一信号生成单元和/或第二信号生成单元；

所述控制开关，用于根据所述控制信号使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态；

所述第一信号生成单元，用于在所述控制开关使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态后，向所述读出电路输出第一诊断信号；

所述第二信号生成单元，用于在所述控制开关使所述光电探测器由激活状态切换到非激活状态后，向所述读出电路输出第二诊断信号。

12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述控制开关包括：第一开关和第二开关。

13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一开关的两端分别与电源和所述光电探测器连接，所述第二开关的两端分别与所述光电探测器和地连接，所述第一开关和所述第二开关的控制端分别与所述控制器的输出端连接；

所述控制器输出所述控制信号后，所述第一开关断开，所述第二开关闭合。

14.根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述第一开关为PMOS管或NMOS管。

15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一信号生成单元为电容；所述电容的一端连接所述光电探测器，另一端作为所述探测器控制电路的第一输出端。

16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二信号生成单元为反相器；所述反相器的输入端连接所述光电探测器，所述反相器的输出端作为所述探测器控制电路的第二输出端。

17.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述探测器控制电路有多个，所述多个探测器控制电路均与所述读出电路连接。

18.根据权利要求17所述的装置，其特征在于，

所述读出电路诊断命令中携带探测器通道标识；

所述控制器根据所述探测器通道标识，向对应的探测器控制电路输出所述控制信号。

19.根据权利要求8至18任一项所述的装置，其特征在于，

所述安全管理单元，还用于在确定所述读出电路出现故障后，进行故障响应。

20.根据权利要求19所述的装置，其特征在于，

所述安全管理单元，还用于确定所述读出电路的故障等级，并根据所述故障等级进行故障响应。

21.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，

所述安全管理单元，还用于通过通信接口向主控器发送故障码。

22.根据权利要求21所述的装置，其特征在于，

所述安全管理单元在确定所述读出电路的故障等级为一级故障后，向主控器发送故障码；在确定所述读出电路的故障等级为二级故障后，向主控器发送故障码，并停止向主控器发送点云数据。

23.根据权利要求22所述的装置，其特征在于，所述故障码包括读出电路故障指示信息、出现故障的读出电路的标识信息。

24.根据权利要求20所述的装置，其特征在于，

所述安全管理单元在确定所述读出电路出现故障后，通过中断引脚向主控器发送故障信号；

所述主控器在收到所述故障信号后，通过通信接口读取所述安全管理单元中存储的数据，并根据读取的数据确定读出电路的故障信息。

25.根据权利要求24所述的装置，其特征在于，所述通过中断引脚向主控器发送的所述故障信号，用于指示读出电路故障和/或故障等级。

26.一种激光雷达，其特征在于，包括发射端和接收端；

所述发射端用于向目标物发射探测信号；

所述接收端用于接收所述探测信号被目标物反射后产生的回波信号；

所述接收端包括如权利要求8至25任一项所述的激光雷达读出电路监测装置。