本發(fā)明涉及使用脈沖編碼的lidar范圍提高方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、光檢測與測距(light?detection?and?ranging，lidar)技術(shù)提供從lidar傳感器直接測量物體的距離的方法。lidar裝置通常包括共同配置在同一殼體中的發(fā)射器和接收器或傳感器。lidar發(fā)射器發(fā)出與從路徑上的物體反射的脈沖激光束相同的光。然后通過lidar傳感器檢測反射的光，分析檢測到的信號以用于確定物體或目標(biāo)的范圍，即目標(biāo)與lidar傳感器之間的距離。這種lidar范圍的測量本質(zhì)上受傳輸延遲的限制，即光脈沖移動檢測器與目標(biāo)之間的往返距離或飛行時(shí)間(time-of-flight)所需時(shí)間的限制。在考慮空氣中的光速的情況下，tof(time-of-fligh?t)是傳感器和目標(biāo)之間每100m為0.67微秒。

2、lidar發(fā)射器能夠以固定脈沖發(fā)射速度發(fā)射重復(fù)的激光束脈沖。發(fā)射脈沖的情況下，檢測器被激活或“鎖定(armed)”以檢測時(shí)間間隔t期間該脈沖的tof反射。在激活時(shí)間t之后，檢測器解鎖(disarmed)。將檢測器鎖定(armed)的各時(shí)間間隔稱為“范圍門(rangegate)”。分配給各完整的tof測量的時(shí)間間隔稱為“l(fā)id?ar幀(lidar?frame)”。

3、幀持續(xù)時(shí)間限制tof，因此將可檢測物體的范圍限制在最大范圍、小于rmax或可同等測量的范圍窗口0≤r≤rmax內(nèi)。lidar檢測器通常在與rmax相應(yīng)的有限時(shí)間段內(nèi)鎖定(armed)。例如，lidar發(fā)射單光子脈沖，檢測器在2μs內(nèi)鎖定(armed)的情況下，光傳感器將只檢測與最大范圍300m相應(yīng)的tof為2μs以下的返回信號。從比300米更遠(yuǎn)的物體反射的光在范圍門結(jié)束之前沒時(shí)間返回檢測器，檢測器解鎖(disarm?ed)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、技術(shù)問題

2、當(dāng)發(fā)射一系列的光脈沖且檢測器根據(jù)脈沖頻率反復(fù)鎖定(arm)就可能會發(fā)生混疊效應(yīng)(aliasing?effect)。如果發(fā)射的脈沖超過rmax從更遠(yuǎn)處的目標(biāo)反射時(shí)，則可在lidar幀檢測到反射的信號。從遠(yuǎn)處的目標(biāo)檢測到的信號可能會被錯(cuò)誤地解析成更后來發(fā)生的脈沖從更近處的目標(biāo)的反射。因此檢測器無法區(qū)分生成了反射信號的脈沖，因此發(fā)生混疊(aliasing)。

3、技術(shù)方案

4、根據(jù)本說明書公開的方面，公開了用于在激光雷達(dá)幀期間通過激光雷達(dá)檢測器接收與由激光雷達(dá)發(fā)射器發(fā)射的激光脈沖相對應(yīng)的反射的激光信號的系統(tǒng)、方法及計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品，其中，接收的反射的激光信號與激光雷達(dá)幀的時(shí)間段相關(guān)，與適應(yīng)于在該激光雷達(dá)幀期間發(fā)射的激光信號的脈沖編碼偏移(pulse?code?offset)相關(guān)。接收的反射的激光信號在與激光雷達(dá)幀的時(shí)間段相對應(yīng)的雪崩直方圖(avalanche?histogram)的時(shí)間段綜合到雪崩直方圖(avalanche?histogram)，其中，一個(gè)以上的額外的接收的反射的激光信號在雪崩直方圖的相應(yīng)的時(shí)間段作為接收的反射的激光信號的組綜合，各一個(gè)以上的額外的接收的反射的激光信號具有相應(yīng)的脈沖編碼偏移。根據(jù)各個(gè)接收的反射的激光信號的組的接收的反射的激光信號移動到根據(jù)相應(yīng)的脈沖編碼偏移解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段來解碼接收的反射的激光信號的組。

5、方法包括：在激光雷達(dá)幀期間通過激光雷達(dá)檢測器接收與由激光雷達(dá)發(fā)射器發(fā)射的激光脈沖相對應(yīng)的反射的激光信號的步驟，其中，接收的反射的激光信號與激光雷達(dá)幀的時(shí)間段及適用于在激光雷達(dá)幀期間發(fā)射的激光信號的脈沖編碼偏移相關(guān)；通過一個(gè)以上的計(jì)算裝置將接收的反射的激光信號在與激光雷達(dá)幀的時(shí)間段相對應(yīng)的雪崩直方圖(avalanche?histogram)的時(shí)間段綜合到雪崩直方圖的步驟，其中，一個(gè)以上的額外的接收的反射的激光信號在雪崩直方圖的相應(yīng)的時(shí)間段作為接收的反射的激光信號的組在雪崩直方圖中進(jìn)一步綜合，一個(gè)以上的額外的接收的反射的激光信號中的每一個(gè)具有相應(yīng)的脈沖編碼偏移；及通過一個(gè)以上的計(jì)算裝置將各個(gè)接收的反射的激光信號的組的所述接收的反射的激光信號基于所述相應(yīng)的脈沖編碼偏移移動到解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段來解碼所述接收的反射的激光信號的組的步驟。

6、并且，方法還包括通過所述一個(gè)以上的計(jì)算裝置根據(jù)在所述解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段內(nèi)的接收的反射的激光信號的分組計(jì)算目標(biāo)的距離的步驟。

7、并且，方法還包括通過所述一個(gè)以上的計(jì)算裝置，將接收的反射的激光信號的組的接收的反射的激光信號分別移動到根據(jù)相應(yīng)的脈沖編碼偏移的周期性重新映射周期性解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段來對所述接收的反射的激光信號的組進(jìn)行解碼的步驟。

8、并且，在激光雷達(dá)幀期間發(fā)射的激光信號是反射的激光信號時(shí)，作為在激光雷達(dá)幀內(nèi)可檢測到的范圍內(nèi)目標(biāo)的最大距離給定rmax，方法還包括通過一個(gè)以上的計(jì)算裝置根據(jù)所述周期性解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段內(nèi)的接收的反射的激光信號的分組計(jì)算n*rmax至(n+1)*rmax的范圍內(nèi)的目標(biāo)的距離的步驟，周期性重新映射與范圍相對應(yīng)。

9、并且，接收的步驟還包括在拖延(hold-off)期間解鎖(disarm)激光雷達(dá)檢測器的步驟，其中，拖延(hold-off)期間包括適用于后續(xù)激光雷達(dá)幀的鎖定偏移(arm?offset)，鎖定偏移(arm?offset)與移動用于在所述后續(xù)激光雷達(dá)幀期間鎖定(arm)所述激光雷達(dá)檢測器的時(shí)間窗的鎖定編碼(arm?code)相對應(yīng)。

10、并且，選擇脈沖編碼偏移以使接收的反射的信號的組的子組與自超出范圍的目標(biāo)的反射相應(yīng)地分辨到解碼的雪崩直方圖的分散的時(shí)間段。

11、并且，激光雷達(dá)檢測器包括單光子檢測器。

12、系統(tǒng)包括：激光雷達(dá)檢測器，配置成接收與激光雷達(dá)幀期間通過激光雷達(dá)發(fā)射器發(fā)射的激光脈沖相對應(yīng)的反射的激光信號，其中，接收的反射的激光信號與激光雷達(dá)幀的時(shí)間段及適用于在激光雷達(dá)幀期間發(fā)射的激光信號的脈沖編碼偏移相關(guān)；存儲器；及至少一個(gè)處理器，配置成與存儲器結(jié)合且執(zhí)行操作，操作包括：將接收的反射的激光信號在與所述激光雷達(dá)幀的所述時(shí)間段相對應(yīng)的雪崩直方圖的時(shí)間段綜合到雪崩直方圖的步驟，其中，一個(gè)以上的額外的接收的反射的激光信號在雪崩直方圖的相應(yīng)的時(shí)間段作為接收的反射的激光信號的組進(jìn)一步綜合到雪崩直方圖，一個(gè)以上的額外的接收的反射的激光信號具有相應(yīng)的脈沖編碼偏移；及將各個(gè)接收的反射的激光信號的組的接收的反射的激光信號基于相應(yīng)的脈沖編碼偏移移動到解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段來解碼接收的反射的激光信號的組的步驟。

13、并且，操作還包括：根據(jù)在所述解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段內(nèi)的接收的反射的激光信號的分組計(jì)算目標(biāo)的距離的步驟。

14、并且，操作還包括：將接收的反射的激光信號的組的接收的反射的激光信號分別移動到根據(jù)相應(yīng)的脈沖編碼偏移的周期性重新映射周期性解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段來對接收的反射的激光信號的組進(jìn)行解碼的步驟。

15、并且，在激光雷達(dá)幀期間發(fā)射的激光信號是反射的激光信號時(shí)，作為在激光雷達(dá)幀內(nèi)可檢測到的范圍內(nèi)目標(biāo)的最大距離給定rmax，操作還包括根據(jù)周期性解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段內(nèi)的接收的反射的激光信號的分組計(jì)算n*rmax至(n+1)*rmax的范圍內(nèi)的目標(biāo)的距離的步驟，周期性重新映射與范圍相對應(yīng)。

16、并且，激光雷達(dá)檢測器配置成在拖延(hold-off)期間解鎖(disarm)，其中，拖延(hold-off)期間包括適用于后續(xù)激光雷達(dá)幀的鎖定偏移(arm?offset)，鎖定偏移(armoffset)與移動用于在所述后續(xù)激光雷達(dá)幀期間鎖定(arm)所述激光雷達(dá)檢測器的時(shí)間窗的鎖定編碼(arm?code)相對應(yīng)。

17、并且，選擇脈沖編碼偏移以使接收的反射的信號的組的子組與自超出范圍的目標(biāo)的反射相應(yīng)地分辨到解碼的雪崩直方圖的分散的段。

18、計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)中具有指令，其中存儲的指令被計(jì)算機(jī)裝置執(zhí)行時(shí)使得計(jì)算裝置進(jìn)行操作，指令包括：將由激光雷達(dá)發(fā)射器發(fā)射且由激光雷達(dá)檢測器接收的激光脈沖所對應(yīng)的反射的激光信號在激光雷達(dá)接收的反射的激光信號相關(guān)的激光雷達(dá)幀的時(shí)間段相對應(yīng)的雪崩直方圖的時(shí)間段綜合到雪崩直方圖的步驟，其中，接收的反射的激光信號與適用于在激光雷達(dá)幀期間發(fā)射的激光信號的脈沖編碼偏移進(jìn)一步相關(guān)，一個(gè)以上的額外的接收的反射的激光信號在雪崩直方圖的相應(yīng)的時(shí)間段作為接收的反射的激光信號的組進(jìn)一步綜合，一個(gè)以上的額外的接收的反射的激光信號中的每一個(gè)具有相應(yīng)的脈沖編碼偏移；及根據(jù)相應(yīng)的脈沖編碼偏移將接收的反射的激光信號的組接收的反射的激光信號的組的各接收的反射的激光信號移動到解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段來解碼的步驟。

19、操作還包括：根據(jù)解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段內(nèi)的接收的反射的激光信號的分組計(jì)算目標(biāo)的距離的步驟。

20、并且，操作還包括：將接收的反射的激光信號的組的各個(gè)接收的反射的激光信號移動到根據(jù)相應(yīng)的脈沖編碼偏移的周期性重新映射周期性解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段來對接收的反射的激光信號的組解碼的步驟。

21、并且，在激光雷達(dá)幀期間發(fā)射的激光信號是反射的激光信號時(shí)，作為在激光雷達(dá)幀內(nèi)可檢測到的范圍內(nèi)目標(biāo)的最大距離給定rmax，操作還包括根據(jù)周期性解碼的雪崩直方圖的時(shí)間段內(nèi)的接收的反射的激光信號的分組計(jì)算n*rmax至(n+1)*rmax的范圍內(nèi)的目標(biāo)的距離的步驟，周期性重新映射與范圍相對應(yīng)。

22、并且，操作包括拖延(hold-off)期間解鎖(disarm)的步驟，其中，拖延(hold-off)期間包括適用于后續(xù)激光雷達(dá)幀的鎖定偏移(arm?offset)，鎖定偏移(arm?offset)與移動用于在所述后續(xù)激光雷達(dá)幀期間鎖定(arm)所述激光雷達(dá)檢測器的時(shí)間窗的鎖定編碼(armcode)相對應(yīng)。

23、并且，選擇脈沖編碼偏移以使接收的反射的信號的組的子組與自超出范圍的目標(biāo)的反射相應(yīng)地分辨到解碼的雪崩直方圖的分散的段。

24、并且，激光雷達(dá)檢測器包括單光子檢測器。