[发明专利]用于相干LIDAR的一发一收扫描的方法和系统

说明书

一种用于优化包括双基地收发器的LIDAR系统的扫描图案的技术，包括：接收基于目标的距离的值的第一SNR值，其中第一SNR值针对相应的扫描速率。所述技术还包括接收基于目标的距离的值的第二SNR值，其中第二SNR值针对相应的积分时间。所述技术还包括接收在角度范围内的每个角度处的目标的最大设计距离。所述技术还包括针对在角度范围内的每个角度确定最大扫描速率和最小积分时间。所述技术还包括基于在每个角度处的最大扫描速率和最小积分时间来限定LIDAR系统的扫描图案，以及根据所述扫描图案来操作LIDAR系统。

相关申请的交叉引用

根据35U.S.C.§119(e)，本申请要求于2018年9月5日提交的美国申请No.62/727,294的优先权，其全部内容通过引用结合于本文，如同在此完整阐述。

背景技术

使用激光器进行的用于光检测和测距的光学距离检测(通常由助记符LIDAR表示)，有时也称为激光RADAR(无线电波检测和测距)，用于从高度测定到成像、到避免碰撞的多种应用。LIDAR以与诸如RADAR的常规微波测距系统相比更小的光束尺寸来提供更精细尺度的距离分辨率。距离的光学检测可以用若干不同技术来实现，包括基于光学脉冲到物体的往返行程行进时间的直接测距，和基于在发射的啁啾光学信号与从物体散射的返回信号之间的频率差的啁啾检测，以及基于可与自然信号区分的单频相位变化的序列的相位编码检测。

为了实现可接受的距离精度和检测灵敏度，直接长距离LIDAR系统使用具有低脉冲重复率和极高脉冲峰值功率的短脉冲激光器。高脉冲功率可能导致光学部件的快速退化。啁啾和相位编码LIDAR系统使用具有相对低的峰值光学功率的长光学脉冲。在这种配置中，距离精度随着啁啾带宽或相位代码的长度和带宽而不是脉冲持续时间而增加，并且因此仍然可以获得极好的距离精度。

通过使用宽带射频(RF)电信号来调制光学载波已经实现了有用的光学带宽。LIDAR的最新进展包括使用相同的调制光学载波作为参考信号，参考信号在光学检测器处与返回信号组合以在所得电信号中产生在RF频带中的相对低的拍频，拍频与在参考光学信号和返回光学信号之间的频率或相位差成比例。在检测器处对频率差的这种拍频检测被称为外差检测。它具有本领域已知的若干优点，例如使用现成且廉价的RF部件的优点。

本发明人的最近工作示出了用于检测返回信号中的多普勒频移光学部件和相干处理的新颖布置，其不仅提供了改进的距离，而且提供了在LIDAR系统与每个外部物体之间的向量上的相对带符号速度。这些系统在本文中称为高分辨率距离多普勒LIDAR。参见例如世界知识产权组织(WIPO)的公开文本WO 2018/160240和WO 2018/144853。

这些改进在具有或不具有目标速度的情况下，在具有适当频率或相位内容的笔形细激光束中提供了距离。当这种光束扫过场景时，可以获得关于周围物体的位置和速度的信息。这种信息预期在用于诸如自动驾驶汽车或驾驶员辅助汽车的自主车辆的控制系统中具有价值。

发明内容

用于提供距离精度和目标速度精度的采样和处理涉及在称为积分时间的时间间隔中对各种持续时间的一个或多个激光信号进行积分。及时地覆盖场景涉及重复足够精度的测量(涉及通常在一到数十微秒上的一个或多个信号)，该测量通常足以对自主车辆周围的各种角度进行采样(通常在数千的量级上)，以在车辆进入车辆前方的空间太远之前(在一米到数十米量级上的距离，通常在一秒到几秒量级上的特定时间内被覆盖)了解车辆周围的环境。在特定时间(通常称为周期或采样时间)内可以覆盖的不同角度的数量取决于采样速率。这里认识到，可以在对于距离和速度精度的积分时间、采样速率和利用一个或多个LIDAR光束对不同角度进行采样的图案之间进行折衷，以在自主车辆移动通过该环境时有效地确定该车辆附近的环境。