[发明专利]一种增强激光雷达抗干扰性的方法及系统

说明书

本发明提供一种增强激光雷达抗干扰性的方法，对任意单目标点进行非连续的多次扫描，并对每次扫描的激光信号进行激光快速编码。每个目标点所对应的多次测量行为是基于快速扫描条件下非连续的，保证了测量结果的高刷新率和可靠性。激光快速编码是将现有脉冲激光器的单个脉冲周期内的脉冲信号转变为具有至少两种不同脉冲强度和/或脉冲宽度的连续和/或离散的子脉冲。单个脉冲周期内的一系列子脉冲作为一个整体构成激光雷达所发射的单目标点的探测信号单元。快速编码方法应用于单目标多次测量的每次测量中，可以更进一步地保障激光雷达每次测量的可靠性，在此基础上可以降低单目标测量的次数，进一步提高测量结果的刷新率。

技术领域

本发明属于激光雷达领域，涉及一种增强激光雷达抗干扰性的方法及系统。

背景技术

在激光雷达设计过程中，通常采用特定波长的红外激光器以及与光源波长匹配的窄带滤光片来避免环境光对探测产生的影响，从而提高激光接收系统的信噪比和抗干扰性。但是当激光雷达在汽车辅助驾驶或自动驾驶、服务机器人，工业自动化领域被广泛应用时，各种红外波长的激光光源本身也成为环境光的一部分，这些混杂的与激光信号能量相当的环境噪声都有可能直接或经反射后被其它激光雷达系统接收、处理和计算，从而得到错误的相对位置信息。为了保障激光雷达实际应用的可靠性，激光雷达之间的激光信号干扰是一个需要解决的问题。

现有技术常用的是激光编码，激光编码即通过对激光的脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲幅值、重复频率、波长及相位等参量进行调制，使激光携带尽可能多的信息，从而达到区别于其它激光信号的目的。接收系统可以依据激光信号的差异有选择地计算处理某一特征的激光信号而免于被其它信号干扰。专利CN104917043A利用注入的伪随机信号和锁模介质产生相应重复频率伪随机变化的锁模脉冲，用于激光制导系统中的目标指示器，提高抗干扰能力，且激光光束的重复频率可以伪随机变化不易被破解。专利CN102638271A在激光制导(跟踪)系统中，针对纳秒级脉宽可调激光器，提出一种使用电光开关直接削波实现脉冲宽度和脉冲幅值的编码，并结合选通波门的一种对抗激光干扰的PAWM编码。专利CN105182361提出利用信号发生器产生的复合调制随机脉冲信号将脉冲位置调制和脉冲幅度调制相结合的一种脉冲编码序列的调制方式。此外，研究文献提出依靠混沌电路、光注入、光反馈或光电反馈等方式产生的混沌激光光源来提高激光雷达的抗干扰性能。

在制导系统应用中，激光信号接收器所探测的回波信号来自于反射特性相对单一的目标表面，回波信号的强度受到的影响程度相对统一，不会有大幅度的起伏波动，此外针对特定目标的回波信号持续时间也较长，因此激光信号的编码识别所受到的影响相对较小。当激光雷达应用于汽车辅助驾驶或自动驾驶、服务机器人，工业自动化等场景，由于这一类场景具有短探测距离、高探测频率、密集探测方向(目标)、多特征目标和周围多干扰源等特征，系统并不允许每个探测目标都拥有较长时间的脉冲发射和回波探测，因此短时间内形成丰富的脉冲编码信息成为该领域应用的要求，从而提高激光信号的可识别性、抗干扰性。已有的激光信号编码技术通过控制单个激光源的脉冲时间和脉冲间隔来实现编码，如图3a、3b，即需要多个不同强度和间隔的脉冲来组成一个脉冲系列才能实现具有良好抗干扰能力的编码，基于激光脉冲的占空比及散热的考虑，其编码(脉冲)时间间隔相对较长即每个脉冲系列需要较长时间才能完成编码，编码密度相对较低，编码所含的信息量较少，特征较少，受干扰后部分信号特征可能容易丢失，造成筛分识别率低。此外，激光雷达还可以通过多次测量提高激光接收系统的信噪比和抗干扰性。对于现有技术，单目标的间隔式多次测量一般会降低测量结果的刷新率，而单目标的连续式多次测量又容易存在多次测量被完全干扰的问题。

基于上述分析，如何实现快速编码以及优化多次测量技术则有必要进一步探讨。

发明内容