激光雷达的回波处理方法、测距方法及激光雷达

摘要

本发明提供一种激光雷达的回波处理方法、测距方法及激光雷达，所述激光雷达适于向目标空间发射多个激光束，所述多个激光束具有相同或者不同的出射方向；及接收与所述多个激光束对应的多个回波；所述回波处理方法包括：根据第一阈值检测所述激光雷达接收的回波中是否存在测距信号；若检测到若干回波中均不存在测距信号，且与所述若干回波对应的若干激光束位于预设扫描角范围内，则对所述若干回波作数据处理，得到修正后的回波；根据进行数据处理的回波数目对第一阈值作修正，并根据修正后的第一阈值检测修正后的回波中是否存在测距信号。所述回波处理方法和测距方法提高了激光雷达探测到障碍物的概率，改善激光雷达的测距能力。

权利要求

1.一种激光雷达的回波处理方法，其特征在于，所述激光雷达适于：向目标空间发射多个激光束，所述多个激光束具有相同或者不同的出射方向；以及接收与所述多个激光束对应的多个回波；所述回波处理方法包括：根据第一阈值检测所述激光雷达接收的回波中是否存在测距信号；

若检测到若干回波中均不存在测距信号，且与所述若干回波对应的若干激光束位于预设扫描角范围内，则对所述若干回波进行数据处理，得到修正后的回波；以及根据进行数据处理的回波数目对所述第一阈值作修正，并根据修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号；

其中，所述与所述若干回波对应的若干激光束位于预设扫描角度范围内是指：所述若干回波对应的若干激光束在目标空间的角度偏移在预设范围内；所述对所述若干回波进行数据处理包括：将所述若干回波进行叠加后求平均；所述根据进行数据处理的回波数目对所述第一阈值作修正包括：将所述第一阈值除以进行叠加处理的回波数目的平方根。

2.如权利要求1所述的回波处理方法，其特征在于，所述激光束为脉冲激光，根据所述第一阈值检测所述激光雷达接收的回波中是否存在测距信号包括：检测所述回波中是否存在波幅大于所述第一阈值的脉冲信号；

若存在，则判定所述回波中存在测距信号，并将所述回波中波幅大于所述第一阈值的脉冲信号确定为所述测距信号；若不存在，则判定所述回波中不存在测距信号。

3.如权利要求1所述的回波处理方法，其特征在于，所述激光束为脉冲激光，根据修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号包括：检测所述修正后的回波中是否存在波幅大于所述修正后的第一阈值的脉冲信号；

若存在，则判定所述修正后的回波中存在测距信号，并将所述修正后的回波中波幅大于修正后的第一阈值的脉冲信号确定为所述测距信号；若不存在，则判定所述修正后的回波中不存在测距信号。

4.如权利要求1所述的回波处理方法，其特征在于，所述预设扫描角范围包括沿所述目标空间的水平方向或垂直方向的角度偏移在预设范围内的若干扫描角。

5.如权利要求4所述的回波处理方法，其特征在于，所述预设扫描角范围包括沿所述目标空间的水平方向或垂直方向的角度偏移在预设范围内的两个扫描角，所述回波处理方法包括：根据所述第一阈值检测所述激光雷达接收的第一回波中是否存在测距信号，所述第一回波对应于所述激光雷达发射的第一激光束；

若检测到所述第一回波中不存在测距信号，则检测所述激光雷达接收的第二回波中是否存在测距信号，所述第二回波对应于所述激光雷达发射的第二激光束，且所述第二激光束与所述第一激光束的角度偏移在所述预设范围内；

若检测到所述第二回波中也不存在测距信号，则将所述第一回波和所述第二回波作叠加后求平均，得到修正后的回波；以及将所述第一阈值除以 作为修正后的第一阈值，根据所述修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号。

6.如权利要求5所述的回波处理方法，其特征在于，还包括：

若根据所述第一阈值检测所述第一回波中存在测距信号，则所述测距信号的接收时刻为所述第一回波的接收时刻；或者若根据所述修正后的第一阈值检测到所述修正后的回波中存在测距信号，则所述测距信号的接收时刻为所述第一回波的接收时刻、或所述第二回波的接收时刻、或所述第一回波的接收时刻和所述第二回波的接收时刻之间的任一时刻。

7.如权利要求1所述的回波处理方法，其特征在于，所述第一阈值根据环境光噪声和电子学系统噪声确定。

8.一种激光雷达的测距方法，其特征在于，包括：

以预定频率向目标空间发射多个激光束，所述多个激光束具有相同或者不同的出射方向；

接收多个回波，所述多个回波由所述目标空间中的障碍物反射所述激光雷达发射的多个激光束形成；

采用如权利要求1至7任一项所述的激光雷达的回波处理方法处理所述激光雷达接收的若干回波，以检测测距信号；以及根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离。

9.如权利要求8所述的测距方法，其特征在于，所述测距信号包括在所述激光雷达接收的回波中检测到的测距信号，根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离包括：根据所述回波的接收时刻和与所述回波对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

10.如权利要求8所述的测距方法，其特征在于，所述测距信号包括在所述修正后的回波中检测到的测距信号，所述修正后的回波是通过将所述激光雷达接收的第一回波和所述激光雷达接收的第二回波作叠加后求平均获得，其中所述第一回波与所述激光雷达发射的第一激光束对应，所述第二回波与所述激光雷达发射的第二激光束对应，所述第一激光束和所述第二激光束的角度偏移在预设范围内。

11.如权利要求10所述的测距方法，其特征在于，所述激光雷达适于实时地检测其接收的每个回波中是否存在测距信号，所述第一回波为所述激光雷达本次测量接收的回波，所述第二回波为所述激光雷达在所述本次测量之前的某次测量接收的回波；

当检测到所述修正后的回波中存在测距信号时，所述测距方法还包括：根据所述第一回波的接收时刻和所述第一激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

12.如权利要求10所述的测距方法，其特征在于，所述预设范围是所述激光雷达的角分辨率的二倍，根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离包括：根据所述第一回波的接收时刻和所述第一激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离，或者根据所述第二回波的接收时刻和所述第二激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

13.一种激光雷达，其特征在于，包括：

发射模块，适于向目标空间发射多个激光束，所述多个激光束具有相同或者不同的出射方向；

扫描模块，适于改变所述多个激光束的出射方向；

探测模块，适于接收多个回波，所述多个回波由所述目标空间中的障碍物反射所述激光雷达发射的多个激光束形成；以及处理模块，适于：

采用如权利要求1至7任一项所述的激光雷达的回波处理方法处理所述探测模块接收的若干回波，以检测测距信号；以及根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离。

说明书

激光雷达的回波处理方法、测距方法及激光雷达

技术领域

[0001] 本发明涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种激光雷达的回波处理方法、测距方法及激光雷达。

背景技术

[0002] 激光雷达是一种将激光技术与光电探测技术相结合的先进探测方式。激光雷达因其分辨率高、隐蔽性好、抗有源干扰能力强、低空探测性能好、体积小及重量轻等优势，被广泛应用于自动驾驶、交通通讯、无人机、智能机器人、能源安全检测、资源勘探等领域。

[0003] 激光雷达的测距能力越强，获得的路面信息越丰富，也就越能防患于未然，保证车辆和人身安全。基于飞行时间测量法(Time of Flight,TOF)测距的激光雷达，通过测量发射和接收到光脉冲的时间间隔来获得探测目标的距离，这一测量方法的前提是激光雷达需要从光电探测器接收到的波形时间序列中检测到光脉冲。

[0004] 如何提高激光雷达探测光脉冲的能力、进而提高其测距能力是目前激光雷达应用中亟待解决的问题。

发明内容

[0005] 为了提高激光雷达探测光脉冲的能力、进而提高其测距能力，本发明实施例提供一种激光雷达的回波处理方法。

[0006] 在一些实施例中，所述激光雷达适于：向目标空间发射多个激光束，所述多个激光束具有相同或者不同的出射方向；以及接收与所述多个激光束对应的多个回波；所述回波处理方法包括：根据第一阈值检测所述激光雷达接收的回波中是否存在测距信号；若检测到若干回波中均不存在测距信号，且与所述若干回波对应的若干激光束位于预设扫描角范围内，则对所述若干回波进行数据处理，得到修正后的回波；以及根据进行数据处理的回波数目对所述第一阈值作修正，并根据修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号。

[0007] 可选地，对所述若干回波进行数据处理包括：将所述若干回波进行叠加后求平均。

[0008] 可选地，根据进行数据处理的回波数目对所述第一阈值作修正包括：将所述第一阈值除以进行叠加处理的回波数目的平方根。

[0009] 可选地，所述激光束为脉冲激光，根据所述第一阈值检测所述激光雷达接收的回波中是否存在测距信号包括：检测所述回波中是否存在波幅大于所述第一阈值的脉冲信号；若存在，则判定所述回波中存在测距信号，并将所述回波中波幅大于所述第一阈值的脉冲信号确定为所述测距信号；若不存在，则判定所述回波中不存在测距信号。

[0010] 可选地，所述激光束为脉冲激光，根据修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号包括：检测所述修正后的回波中是否存在波幅大于所述修正后的第一阈值的脉冲信号；若存在，则判定所述修正后的回波中存在测距信号，并将所述修正后的回波中波幅大于修正后的第一阈值的脉冲信号确定为所述测距信号；若不存在，则判定所述修正后的回波中不存在测距信号。

[0011] 可选地，所述预设扫描角范围包括沿所述目标空间的水平方向或垂直方向的角度偏移在预设范围内的若干扫描角。

[0012] 可选地，所述预设扫描角范围包括沿所述目标空间的水平方向或垂直方向的角度偏移在预设范围内的两个扫描角，所述回波处理方法包括：根据所述第一阈值检测所述激光雷达接收的第一回波中是否存在测距信号，所述第一回波对应于所述激光雷达发射的第一激光束；若检测到所述第一回波中不存在测距信号，则检测所述激光雷达接收的第二回波中是否存在测距信号，所述第二回波对应于所述激光雷达发射的第二激光束，且所述第二激光束与所述第一激光束的角度偏移在所述预设范围内；若检测到所述第二回波中也不存在测距信号，则将所述第一回波和所述第二回波作叠加后求平均，得到修正后的回波；以及将所述第一阈值除以 作为修正后的第一阈值，根据所述修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号。

[0013] 可选地，所述回波处理方法还包括：若根据所述第一阈值检测所述第一回波中存在测距信号，则所述测距信号的接收时刻为所述第一回波的接收时刻；或者若根据所述修正后的第一阈值检测到所述修正后的回波中存在测距信号，则所述测距信号的接收时刻为所述第一回波的接收时刻、或所述第二回波的接收时刻、或所述第一回波的接收时刻和所述第二回波的接收时刻之间的任一时刻。

[0014] 可选地，所述第一阈值根据环境光噪声和电子学系统噪声确定。

[0015] 相应地，本发明实施例还提供一种激光雷达的测距方法，所述测距方法包括：以预定频率向目标空间发射多个激光束，所述多个激光束具有相同或者不同的出射方向；接收多个回波，所述多个回波由所述目标空间中的障碍物反射所述激光雷达发射的多个激光束形成；采用本发明实施例的激光雷达的回波处理方法处理所述激光雷达接收的若干回波，以检测测距信号；以及根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离。

[0016] 可选地，所述测距信号包括在所述激光雷达接收的若干回波中检测到的测距信号，根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离包括：根据每个回波的接收时刻和与所述每个回波对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

[0017] 可选地，所述测距信号包括在所述修正后的回波中检测到的测距信号，所述修正后的回波是通过将所述激光雷达接收的第一回波和所述激光雷达接收的第二回波作叠加后求平均获得，其中所述第一回波与所述激光雷达发射的第一激光束对应，所述第二回波与所述激光雷达发射的第二激光束对应，所述第一激光束和所述第二激光束的角度偏移在预设范围内。

[0018] 可选地，所述激光雷达适于实时地检测其接收的每个回波中是否存在测距信号，所述第一回波为所述激光雷达本次测量接收的回波，所述第二回波为所述激光雷达在所述本次测量之前的某次测量接收的回波；当检测到所述修正后的回波中存在测距信号时，所述测距方法还包括：根据所述第一回波的接收时刻和所述第一激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

[0019] 可选地，所述预设范围是所述激光雷达的角分辨率的二倍，根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离包括：根据所述第一回波的接收时刻和所述第一激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离，或者根据第二回波的接收时刻和所述第二激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

[0020] 相应地，本发明实施例还提供一种激光雷达，所述激光雷达包括：发射模块，适于向目标空间发射多个激光束，所述多个激光束具有相同或者不同的出射方向；扫描模块，适于改变所述多个激光束的出射方向；探测模块，适于接收多个回波，所述多个回波由所述目标空间中的障碍物反射所述激光雷达发射的多个激光束形成；以及处理模块，适于采用本发明实施例的激光雷达的回波处理方法处理所述探测模块接收的若干回波，以检测测距信号；以及根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离。

[0021] 与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：

[0022] 采用本发明实施例的激光雷达的回波处理方法，当激光雷达检测到其在预设扫描角范围内发射的若干激光束的回波中均不存在测距信号时，通过对所述若干激光束的回波进行数据处理，得到修正后的回波，并根据进行数据处理的回波数目对所述第一阈值作修正，然后根据修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号，增加了所述激光雷达探测到测距信号的概率，进而提高了所述激光雷达的测距能力。

[0023] 进一步地，所述预设扫描角范围包括沿所述目标空间的水平方向或垂直方向的角度偏移在预设范围内的两个扫描角，所述回波处理方法包括：根据所述第一阈值检测所述激光雷达接收的第一回波中是否存在测距信号，所述第一回波对应于所述激光雷达发射的第一激光束；若检测到所述第一回波中不存在测距信号，则检测所述激光雷达接收的第二回波中是否存在测距信号，所述第二回波对应于所述激光雷达发射的第二激光束，且所述第二激光束为所述激光雷达发射的若干激光束中与所述第一激光束的角度偏移最小的激光束；若检测到所述第二回波中也不存在测距信号，则将所述第一回波和所述第二回波作叠加后求平均，得到修正后的回波；以及将所述第一阈值除以 作为修正后的第一阈值，根据所述修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号。该方法通过将角度偏移最小的两次测量的回波信号作叠加处理，并采用修正后的第一阈值检测测距信号，一方面提高了信噪比，增加了所述激光雷达探测到障碍物的概率，改善了所述激光雷达的测距能力；另一方面避免了系统存储的数据量的大幅度增加，降低了计算的复杂度。

[0024] 本发明实施例的激光雷达的测距方法，由于包括采用本发明实施例的激光雷达的回波处理方法处理所述激光雷达接收的若干激光束的回波、以检测测距信号的步骤，因而能够提高信噪比，增加所述激光雷达探测到障碍物的概率，改善所述激光雷达的测距能力。

[0025] 本发明实施例的激光雷达，由于其包括的处理模块适于采用本发明实施例的激光雷达的回波处理方法处理所述探测模块接收的若干回波、以检测测距信号，因而能够提高信噪比，增加所述激光雷达探测到障碍物的概率，改善所述激光雷达的测距能力。

附图说明

[0026] 图1是本发明一个实施例的激光雷达的回波处理方法的流程图；

[0027] 图2是本发明另一个实施例的激光雷达的回波处理方法的流程图；

[0028] 图3是本发明一个实施例的激光雷达发射的第一激光束和第二激光束的方向示意图；

[0029] 图4是本发明一个实施例的激光雷达接收的第一激光束的回波的波形示意图；

[0030] 图5是本发明一个实施例的激光雷达接收的第二激光束的回波的波形示意图；

[0031] 图6是将所述第一激光束的回波和所述第二激光束的回波作叠加后求平均得到的修正后的回波的波形示意图；

[0032] 图7是本发明一个实施例的激光雷达的测距方法的流程图；

[0033] 图8是本发明一个实施例的激光雷达100的结构框图。

具体实施方式

[0034] 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。本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，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或相似部分互相参见即可。

[0035] 基于飞行时间测量法(TOF)测距的激光雷达，通过测量发射和接收到的激光脉冲的时间间隔来获得探测目标的距离，这一测量方法的前提是所述激光雷达需要从光电探测器接收到的波形时间序列中检测到脉冲信号。通常距离越远，目标越黑，返回的脉冲信号就越微弱。目前检测脉冲大多采用阈值法，即设定一个电压阈值，一旦波形中有信号超过阈值，既认为接收到了一次脉冲信号。阈值必须高于波形的环境光噪声和电子学系统噪声，否则就会造成误触发导致探测噪点。因此波形信噪比决定了激光雷达的探测能力，信噪比越高，探测能力越强。当系统的电子学噪声优化到极限后，提高测距能力只能依赖于提高发射光功率，增大接收透镜口径来改善信号的信噪比，然而这显然会导致系统的功耗增加、人眼安全风险提高、激光器可靠性下降、成本上升和体积增大等问题。

[0036] 为此，本发明实施例提供一种激光雷达的回波处理方法、测距方法及激光雷达，能够在无需提高发射光功率的前提下，改善激光雷达探测激光脉冲的能力，进而提高其测距能力。

[0037] 为使本领域技术人员更好地理解和实施本发明，下面结合附图对本发明实施例的激光雷达的回波处理方法、测距方法及激光雷达加以详细的说明。

[0038] 参考图1，图1是本发明一个实施例的激光雷达的回波处理方法的流程图。

[0039] 在一些实施例中，所述激光雷达适于：向目标空间发射多个激光束，所述多个激光束具有相同或者不同的出射方向，以及接收与所述多个激光束对应的多个回波，所述激光雷达的回波处理方法包括以下步骤：S11，根据第一阈值检测所述激光雷达接收的回波中是否存在测距信号；S13，若检测到所述激光雷达接收的若干回波中均不存在测距信号，且与所述若干回波对应的若干激光束位于预设扫描角范围内，则对所述若干回波进行数据处理，得到修正后的回波；以及S15，根据进行数据处理的回波数目对所述第一阈值作修正，并根据修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号。

[0040] 在一些实施例中，所述激光束可以为脉冲激光，步骤S11中的根据所述第一阈值检测所述激光雷达接收的回波中是否存在测距信号可以包括：检测所述回波中是否存在波幅大于所述第一阈值的脉冲信号；若存在，则判定所述回波中存在测距信号，并将所述回波中波幅大于所述第一阈值的脉冲信号确定为测距信号；若不存在，则判定所述回波中不存在测距信号。在一些实施例中，所述第一阈值可以根据环境光噪声和电子学系统噪声确定。

[0041] 在一些实施例中，步骤S13中对所述若干回波进行数据处理可以包括：将所述若干回波进行叠加后求平均。具体地，可以将所述若干回波的波幅进行叠加后除以所述若干回波的数目，以此作为所述修正后的回波的波幅。

[0042] 在一些实施例中，步骤S13中的所述预设扫描角范围可以包括沿所述目标空间的水平方向或垂直方向的角度偏移在预设范围内的若干扫描角。

[0043] 在一些实施例中，步骤S15中根据进行数据处理的回波数目对所述第一阈值作修正可以包括：将所述第一阈值除以进行叠加处理的回波数目的平方根；步骤S15中根据修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号包括：检测所述修正后的回波中是否存在波幅大于所述修正后的第一阈值的脉冲信号；若存在，则判定所述修正后的回波中存在测距信号，并将所述修正后的回波中波幅大于修正后的第一阈值的脉冲信号确定为所述测距信号；若不存在，则判定所述修正后的回波中不存在测距信号。

[0044] 在一些实施例中，所述激光雷达可以包括光源、扫描模块和探测模块。在一些实施例中，所述光源可以为点光源，适于发射若干激光束，所述扫描模块可以是二维振镜，适于沿目标空间的两维方向改变所述若干激光束的扫描方向。具体地，所述激光束可以是脉冲激光。

[0045] 在另一些实施例中，所述光源可以包括阵列式激光器，所述阵列式激光器适于按照预设时序向目标空间发射若干激光束，所述扫描模块可以是一维振镜，适于沿所述目标空间的一维方向改变所述若干激光束的扫描方向。具体地，所述激光束可以是脉冲激光。

[0046] 在一些实施例中，所述激光雷达可以是机械旋转激光雷达，包括：转子和定子，所述转子内部被隔离成发射腔和接收腔；发射模块，设置于所述发射腔内，所述发射模块包括阵列式激光器，所述阵列式激光器适于按照预设时序沿目标空间的不同方位发射若干激光束；以及探测模块，设置于所述接收腔内。其中，所述转子适于通过旋转改变所述若干激光束的扫描方向。具体地，所述激光束可以是脉冲激光。

[0047] 参考图2，结合参考图3，图2是本发明另一个实施例的激光雷达的回波处理方法的流程图，图3是本发明一个实施例的激光雷达发射的第一激光束和第二激光束的方向示意图。

[0048] 在一些实施例中，所述激光雷达的回波处理方法可以包括以下步骤：S211，根据第一阈值检测所述激光雷达接收的第一回波中是否存在测距信号，所述第一回波与所述激光雷达发射的第一激光束相对应；S212，若检测到所述第一回波中不存在测距信号，则检测所述激光雷达接收的第二回波中是否存在测距信号，所述第二回波与所述激光雷达发射的第二激光束相对应，且所述第二激光束与所述第一激光束的角度偏移在预设范围内；S23，若检测到所述第二回波中也不存在测距信号，则对所述第一回波和所述第二回波作叠加后求平均，得到修正后的回波；以及S25，将所述第一阈值除以 作为修正后的第一阈值，根据所述修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号。

[0049] 在一些实施例中，在步骤S212中，当检测到所述第一回波中不存在测距信号时，所述回波处理方法还包括：搜索所述第二回波，所述第二回波可以满足：与所述第二回波对应的第二激光束为所述激光雷达发射的若干激光束中与所述第一激光束的角度偏移最小的激光束，即所述第二激光束相对于所述第一激光束的角度偏移可以等于所述激光雷达的角分辨率。

[0050] 在一些实施例中，所述第二激光束在出射时序上可以位于所述第一激光束之前。具体地，所述第二激光束在出射时序上既可以紧邻所述第一激光束，也可以和所述第一激光束之间间隔有若干激光束。

[0051] 如图3所示，在一些实施例中，所述第二激光束既可以是沿所述目标空间的垂直方向与所述第一激光束具有最小角度偏移的激光束(如图3中的上图所示)，也可以是沿所述目标空间的水平方向与所述第一激光束具有最小角度偏移的激光束(如图3中的下图所示)。所述第一激光束可以对应于所述激光雷达的本次测量(即当前时刻的测量)，所述第二激光束可以对应于所述激光雷达在本次测量之前的某次测量(即之前某一时刻的测量)。

[0052] 需要说明的是，图2所示的实施例可以看作是图1所示实施例的一种具体实施方案，即根据第一阈值分别检测所述激光雷达接收的两个回波中是否存在测距信号，所述两个回波对应的两个激光束在目标空间具有较小的角度偏移，当检测到所述两个回波中均不存在测距信号时，对所述两个回波进行叠加后求平均，并根据新的阈值检测修正后的回波中是否存在测距信号。

[0053] 在一些实施例中，步骤S23中对所述第一回波和所述第二回波作叠加后求平均，得到修正后的回波可以包括：对所述第一回波的波幅和所述第二回波的波幅求和后除以2作为修正后的回波的波幅。

[0054] 在一些实施例中，所述激光雷达的回波处理方法还包括：若在步骤S211中根据所述第一阈值检测到所述激光雷达接收的第一回波中存在测距信号，则将所述第一回波的接收时刻作为所述测距信号的接收时刻；或者，若在步骤S25中根据所述修正后的第一阈值检测到所述修正后的回波中存在测距信号，则将所述第一回波的接收时刻、或所述第二回波的接收时刻、或所述第一回波的接收时刻与所述第二回波的接收时刻之间的任一时刻作为所述测距信号的接收时刻。需要说明的是，对于上述第二种情况，即在所述修正后的回波中检测到测距信号时，若所述第一回波的接收时刻与所述第二回波的接收时刻非常接近时，可以采用该种近似算法。

[0055] 在一些实施例中，所述激光雷达适于实时地检测其接收的每个回波中是否存在测距信号，所述第一回波可以是所述激光雷达本次测量中(即当前时刻)接收的回波，所述第二回波可以是所述激光雷达在所述本次测量之前的某次测量中(即之前的某一时刻)接收的回波，若在步骤S25中根据所述修正后的第一阈值检测到所述修正后的回波中存在测距信号，则所述激光雷达的回波处理方法包括：将所述第一回波的接收时刻作为所述测距信号的接收时刻。

[0056] 图2所示实施例的激光雷达的回波处理方法，其原理是波形叠加，信号翻倍，噪声增大 倍，因而测距信号的信噪比提高 倍，即可提高探测距离。本实施例中，将激光雷达的扫描角度相近(即扫描角度偏移较小)的两次测量的回波进行叠加并除以2作为修正后的回波，将所述第一阈值除以 作为修正后的第一阈值以检测所述修正后的回波中是否存在测距信号。由于所述修正后的第一阈值小于所述第一阈值，在所述两次测量均未发现超过所述第一阈值的测距信号的情况下，通过上述回波处理方法能够增加在所述修正后的回波中探测到超过所述修正后的第一阈值的测距信号的概率。如果所述均未发现超过第一阈值的测距信号的两次测量是扫描在同一个障碍物上，则增加了探测到该障碍物的概率，从而提高了所述激光雷达的探测能力。

[0057] 参考图4、图5和图6，图4是本发明一个实施例的激光雷达接收的第一回波的波形示意图，图5是本发明一个实施例的激光雷达接收的第二回波的波形示意图，结合参考图3，其中所述第二回波与第二激光束相对应，所述第一回波与第一激光束相对应，且所述第二激光束为所述激光雷达发射的若干激光束中与所述第一激光束的角度偏移最小的激光束。图6是对所述第一回波和所述第二回波作叠加后求平均得到的修正后的回波的波形示意图。

[0058] 在一些实施例中，所述第一阈值可以设定为3.5，则由图4和图5可知，所述激光雷达两次测量所接收的第一回波和第二回波均未探测到超过第一阈值的测距信号，但将所述第一回波和所述第二回波的波形叠加后除以2，得到如图6所示的修正后的回波，采用修正后的第一阈值 所述修正后的第一阈值小于所述第一阈值，此时能够探测到一个超过所述修正后的第一阈值的测距信号。

[0059] 本实施例给出的是将两个均未发现有超过第一阈值的测距信号的回波进行叠加求平均的情况，所述两个回波对应的两个激光束在目标空间具有相对较小的角度偏移，主要是由于目前激光雷达利用现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)进行运算，运算速度快但其储存数据的能力有限。理论上，回波叠加的次数越多，信噪比的改善越明显(对n次测量的激光束的回波作叠加后求平均，修正后的第一阈值设为n次测量的激光束可设定为一定的角度偏移范围内)，但由于激光雷达线数多，要求系统储存的数据也更多，需要相应地增加存储器。

[0060] 参考下述式(1)-式(5)，给出了对n次测量的激光束的回波作叠加处理后，得到的修正后的回波的信噪比。

[0061] Si为每次测量的信号，Si中包含噪声，如果将n次测量信号求和获得统计平均值，则每次重复求和都会叠加信号Si，n次测量的总信号Sn为：

[0062]

[0063] 对于噪声，方差是叠加的(标准差是非叠加的)，n次测量的总方差为：

[0064]

[0065] 标准差，或者总的均方根噪声值是：

[0066]

[0067] n次测量信号叠加后的信噪比(S/N)n为：

[0068]

[0069]

[0070] 由上可知，将n次测量的激光束的回波作叠加处理后得到的修正后的回波的信噪比为单次测量的回波的信噪比的 倍，因此本发明实施例的回波处理方法能够提高信噪比，进而提高所述激光雷达的探测能力。

[0071] 本发明实施例还提供一种激光雷达的测距方法。参考图7，图7是本发明一个实施例的激光雷达的测距方法的流程图。

[0072] 在一些实施例中，所述激光雷达的测距方法包括以下步骤：S31，以预定频率向目标空间发射多个激光束，所述多个激光束具有相同或者不同的出射方向；S33，接收多个回波，所述多个回波由所述目标空间中的障碍物反射所述激光雷达发射的多个激光束形成；S35，采用本发明前述实施例的激光雷达的回波处理方法处理所述激光雷达接收的若干回波，以检测测距信号；以及S37，根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离。

[0073] 在一些实施例中，步骤S35中检测到的测距信号可以包括在步骤S33中所述激光雷达接收的回波中检测到的测距信号，则步骤S37中根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离可以包括：根据所述回波的接收时刻和与所述回波对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

[0074] 在一些实施例中，步骤S35中检测到的测距信号可以包括在修正后的回波中检测到的测距信号，所述修正后的回波是通过对所述激光雷达接收的若干回波进行数据处理获得，所述若干回波中未修正前均未检测到测距信号，且与所述若干回波对应的若干激光束位于预设扫描角范围内，则步骤S37中根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离可以包括：根据所述若干激光束中任一激光束的发射时刻和与所述任一激光束对应的回波的接收时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。具体地，所述激光雷达适于实时地检测其接收的每个回波中是否存在测距信号，所述激光雷达的测距方法可以包括根据所述激光雷达本次测量(即当前时刻)的回波的接收时刻和本次测量的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

[0075] 具体地，所述修正后的回波可以是通过将所述激光雷达接收的第一回波和所述激光雷达接收的第二回波作叠加后求平均获得，其中所述第二回波与所述激光雷达发射的第二激光束对应，所述第一回波与所述激光雷达发射的第一激光束对应，所述第二激光束和所述第一激光束的角度偏移在预设范围内，则步骤S35中在所述修正后的回波中检测到测距信号后，步骤S37中根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离可以包括：根据所述第一回波的接收时刻与所述第一激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离，或者根据所述第二回波的接收时刻与所述第二激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离，或者根据第三发射时刻与第三接收时刻之间的时间间隔计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离，其中所述第三发射时刻为所述第一激光束的发射时刻和所述第二激光束的发射时刻之间的任一时刻，所述第三接收时刻为所述第一回波的接收时刻和第二回波的接收时刻之间的任一时刻。需要说明的是，当所述第一激光束的发射时刻和所述第二激光束的发射时刻非常接近，和/或所述第一回波的接收时刻与所述第二回波的接收时刻非常接近时，可以采用上述三种方法中的任一方法近似地计算所述测距信号探测到的障碍物与激光雷达之间的距离。

[0076] 如前文所述，所述第二激光束在发射时序上可以位于所述第一激光束之前，具体地，所述第二激光束在发射时序上既可以紧邻所述第一激光束，也可以和所述第一激光束之间间隔有若干激光束。例如所述激光雷达可以实时地检测其接收的每个回波中是否存在测距信号，所述第一回波可以是所述激光雷达本次测量中(即当前时刻)接收的回波，所述第二回波可以是所述激光雷达在本次测量之前的某次测量中(即之前的某一时刻)接收的回波，所述测距方法可以包括根据所述第一回波的接收时刻与所述第一激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

[0077] 本发明实施例还提供一种激光雷达。参考图8，图8是本发明一个实施例的激光雷达100的结构框图。

[0078] 在一些实施例中，所述激光雷达100可以包括：发射模块101，所述发射模块101适于发射多个激光束；扫描模块102，所述扫描模块102适于改变所述多个激光束的出射方向；探测模块103，所述探测模块103适于接收多个回波，所述多个回波由所述目标空间中的障碍物反射所述激光雷达发射的多个激光束形成；以及处理模块104，所述处理模块104适于采用本发明前述实施例的激光雷达的回波处理方法处理所述探测模块103接收的若干回波，以检测测距信号；以及根据检测到的测距信号的接收时刻和与所述测距信号对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述激光雷达与障碍物之间的距离。

[0079] 在一些实施例中，所述激光雷达100还可以包括控制模块105，所述控制模块105适于控制所述发射模块101发射多个激光束，控制所述扫描模块102改变所述多个激光束的出射方向，控制所述探测模块103接收多个回波，和/或控制所述处理模块104进行相应的数据处理。

[0080] 在一些实施例中，所述处理模块104可以集成于所述探测模块103中，或者独立于所述探测模块103而设置。所述控制模块105可以集成于所述处理模块104中，或者独立于所述处理模块104而设置。

[0081] 与图7所示实施例的激光雷达的测距方法类似地，所述处理模块104检测到的测距信号可以包括在所述探测模块103接收的回波中检测到的测距信号，此时所述处理模块104适于根据所述回波的接收时刻和与所述回波对应的激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

[0082] 在一些实施例中，所述处理模块104检测到的测距信号也可以包括在修正后的回波中检测到的测距信号，所述修正后的回波可以是所述处理模块104对所述激光雷达接收的若干回波进行数据处理获得，其中所述若干回波中均未检测到测距信号，且与所述若干回波对应的若干激光束位于预设扫描角范围内，则所述处理模块104还适于根据所述若干激光束中任一激光束的发射时刻和与所述任一激光束对应的回波的接收时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

[0083] 具体地，所述修正后的回波可以是所述处理模块104将所述探测模块103接收的第一回波和所述探测模块103接收的第二回波作叠加后求平均获得，其中所述第一回波与所述激光雷达发射的第一激光束相对应，所述第二回波与所述激光雷达发射的第二激光束相对应，所述第二激光束为所述发射模块101发射的若干激光束中与所述第一激光束的角度偏移最小的激光束，则所述处理模块104还适于根据所述第一回波的接收时刻与所述第一激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离，或者根据所述第二回波的接收时刻与所述第二激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离，或者根据第三发射时刻与第三接收时刻之间的时间间隔计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离，其中所述第三发射时刻为所述第一激光束的发射时刻和所述第二激光束的发射时刻之间的任一时刻，所述第三接收时刻为所述第一回波的接收时刻和第二回波的接收时刻之间的任一时刻。需要说明的是，当所述发射模块101发射所述第一激光束的时刻和所述发射模块101发射所述第二激光束的时刻相差不大，和/或所述探测模块103接收所述第一回波的时刻与所述探测模块103接收所述第二回波的时刻相差不大时，可以采用上述三种方法中的任一方法近似地计算所述测距信号探测到的障碍物与激光雷达之间的距离。

[0084] 如前文所述，所述第二激光束在发射时序上可以位于所述第一激光束之前，具体地，所述第二激光束在发射时序上既可以紧邻所述第一激光束，也可以和所述第一激光束之间间隔有若干激光束。例如所述处理模块104可以实时地检测所述探测模块103接收的每个回波中是否存在测距信号，所述第一回波可以是所述激光雷达本次测量中(即当前时刻)接收的回波，所述第二回波可以是所述激光雷达在本次测量之前的某次测量中(即之前的某一时刻)接收的回波，所述处理模块104还适于根据所述第一回波的接收时刻与所述第一激光束的发射时刻之间的时间间隔，计算所述测距信号探测到的障碍物与所述激光雷达之间的距离。

[0085] 在一些实施例中，所述发射模块101可以包括光源。所述光源可以为点光源，适于发射激光束，所述扫描模块102可以包括二维振镜，适于沿目标空间的水平方向和垂直方向改变所述激光束的扫描方向；或者，所述光源可以包括若干呈阵列式排布的激光器，所述阵列式激光器适于按照预设时序发射若干激光束，所述扫描模块102可以包括一维振镜，适于沿所述目标空间的水平方向改变所述若干激光束的扫描方向。在一些实施例中，所述光源发射的激光束可以是脉冲激光。

[0086] 在一些实施例中，所述激光雷达100可以是机械旋转激光雷达，还包括：转子和定子，所述转子内部被隔离成发射腔和接收腔；所述发射模块101设置于所述发射腔内，所述发射模块101包括阵列式激光器，所述阵列式激光器适于按照预设时序发射若干激光束；所述探测模块103设置于所述接收腔内。所述转子适于通过旋转改变所述若干激光束的出射方向。

[0087] 本发明实施例还提供一种车辆，包括：车辆本体、以及本发明前述实施例的激光雷达。

[0088] 在一些实施例中，所述激光雷达可以安装于所述车辆本体上，适于探测所述车辆本体周围物体的信息。具体地，所述激光雷达可以安装在所述车辆的顶部。所述车辆本体周围物体的信息可以包括所述车辆本体周围的障碍物的距离、速度或方位等信息。

[0089] 综上所述，采用本发明实施例的激光雷达的回波处理方法，当激光雷达检测到其在预设扫描角范围内发射的若干激光束的回波中均不存在测距信号时，通过对所述若干激光束的回波进行数据处理，得到修正后的回波，并根据进行数据处理的回波数目对所述第一阈值作修正，然后根据修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号，增加了所述激光雷达探测到测距信号的概率，进而提高了所述激光雷达的测距能力。

[0090] 进一步地，所述预设扫描角范围包括沿所述目标空间的水平方向或垂直方向的角度偏移在预设范围内的两个扫描角，所述回波处理方法包括：根据所述第一阈值检测所述激光雷达接收的第一回波中是否存在测距信号，所述第一回波对应于所述激光雷达发射的第一激光束；若检测到所述第一回波中不存在测距信号，则检测所述激光雷达接收的第二回波中是否存在测距信号，所述第二回波对应于所述激光雷达发射的第二激光束，且所述第二激光束为所述激光雷达发射的若干激光束中与所述第一激光束的角度偏移最小的激光束；若检测到所述第二回波中也不存在测距信号，则将所述第一回波和所述第二回波作叠加后求平均，得到修正后的回波；以及将所述第一阈值除以 作为修正后的第一阈值，根据所述修正后的第一阈值检测所述修正后的回波中是否存在测距信号。该方法通过将角度偏移最小的两次测量的回波信号作叠加处理，并采用新的阈值检测测距信号，一方面提高了信噪比，增加了所述激光雷达探测到障碍物的概率，改善了所述激光雷达的测距能力；另一方面避免了系统存储的数据量的大幅度增加，降低了计算的复杂度。

[0091] 本发明实施例的激光雷达的测距方法，由于包括采用本发明实施例的激光雷达的回波处理方法处理所述激光雷达接收的若干激光束的回波、以检测测距信号的步骤，因而能够提高信噪比，增加所述激光雷达探测到障碍物的概率，改善所述激光雷达的测距能力。

[0092] 本发明实施例的激光雷达，其包括的处理模块适于采用本发明实施例的激光雷达的回波处理方法处理所述探测模块接收的若干回波、以检测测距信号，因而能够提高信噪比，增加所述激光雷达探测到障碍物的概率，改善所述激光雷达的测距能力。

[0093] 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。