車載激光雷達(dá)距離速度測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，具有這樣的特征，包括以下步驟：步驟一，由激光驅(qū)動電路驅(qū)動激光器產(chǎn)生幅度連續(xù)的窄線寬單頻激光；步驟二,分光器將激光器輸出的窄線寬單頻激光中測量光輸出到電光調(diào)制器，剩余的參考光通過生光調(diào)制器產(chǎn)生頻率偏移，用于本地作為參考信號；步驟三，本地脈沖產(chǎn)生電路生成偽隨機(jī)碼，獲得激光雷達(dá)的探測信號；步驟四，將探測信號通過摻鉺光纖放大器使光信號峰值功率放大到100W量級以上形成放大光信號；步驟五，將放大光信號與參考信號混頻輸出外差信號；步驟六，計算外差信號與調(diào)制碼的相關(guān)函數(shù)，進(jìn)而獲得目標(biāo)的距離；以及步驟七，分析外差信號采樣獲得的非等間隔數(shù)據(jù)，從而獲得運動目標(biāo)的速度。
【專利說明】
車載激光雷達(dá)距離速度測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及為激光雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種車載激光雷達(dá)距離速度測量方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在汽車工業(yè)中，毫米波雷達(dá)使用頻率調(diào)制連續(xù)波的方式實現(xiàn)了道路目標(biāo)距離和速 度的同步檢測，該技術(shù)在汽車輔助駕駛和自動駕駛中獲得了廣泛的應(yīng)用。然而，毫米波雷達(dá) 的空間分辨率較差，其對道路環(huán)境的成像能力不足。例如，在多目標(biāo)環(huán)境中很容易將兩個目 標(biāo)識別為單個目標(biāo)，造成決策端的錯誤判決，潛在引發(fā)交通事故。為了提高目標(biāo)檢測空間分 辨率，選用激光作為發(fā)射光源是最佳的選擇，因為激光具有優(yōu)良的準(zhǔn)直效果。盡管激光雷達(dá) 相比于毫米波雷達(dá)具有很多優(yōu)點，但目前車載激光雷達(dá)只能測量目標(biāo)的距離，不能使用多 普勒信息同步測量目標(biāo)的速度。
[0003] 現(xiàn)有的商業(yè)車載激光雷達(dá)通過計算目標(biāo)距離變化率的方式獲取目標(biāo)的速度。這種 方法獲得的速度，與多普勒方式相比，其誤差較大且獲取時間較長。在研究方面，目前也有 基于連續(xù)波方式的激光雷達(dá)實現(xiàn)距離和速度的同步測量，其距離和速度的測量精度均能滿 足智能駕駛的需求。但是，由于發(fā)射信號都是連續(xù)波，其峰值功率受器件的影響被限制在毫 瓦以下，因此很容易到達(dá)激光雷達(dá)的理論探測極限。另外，連續(xù)波的方式是通過本地信號與 接收信號混頻獲取頻差的方式來測量目標(biāo)距離和速度，當(dāng)工作與多目標(biāo)環(huán)境下，該方式的 工作性能不穩(wěn)定。為了確保道路目標(biāo)的穩(wěn)定檢測，汽車行業(yè)建議使用脈沖式激光雷達(dá)，這也 是到目前為止商業(yè)車載激光雷達(dá)都采用脈沖方式實現(xiàn)距離測量的原因。
[0004] 日本豐田中央研究所提出了一種在偽隨機(jī)碼中插入周期碼構(gòu)成調(diào)制碼的方式來 實現(xiàn)道路目標(biāo)距離和速度的同步測量。發(fā)送端使用調(diào)制碼調(diào)制發(fā)射光信號的幅度，接收端 通過計算接收反射信號與調(diào)制碼的相關(guān)函數(shù)獲得激光飛行時間從而測量出目標(biāo)的距離。通 過將接收反射信號與本地參考信號混頻輸出外差信號，分析外差信號的頻率獲得多普勒頻 率從而測量出目標(biāo)的速度。由于接收信號幅度受偽隨機(jī)碼調(diào)制，光電轉(zhuǎn)換器輸出的外差信 號不再是連續(xù)的正弦波，而是分段連續(xù)。如果調(diào)制碼中不插入周期碼，將無法獲得對多普勒 信號的等間隔采樣數(shù)據(jù)，進(jìn)而無法使用快速傅里葉變換方法分析多普勒信號的頻率。雖然 插入周期碼的方式能夠?qū)崿F(xiàn)脈沖式激光雷達(dá)的距離速度同步測量，但是插入的周期碼使得 偽隨機(jī)碼的自相關(guān)特性變差，影響激光雷達(dá)的距離檢測性能。另一方面，對多普勒信號的采 樣只發(fā)生在周期碼位置，采樣率低，限制了多普勒信號的最高頻率范圍，即限制了可測量的 最高速度。再則，這種激光雷達(dá)的接收端使用一個分光器將接收信號分為兩路，一路直接輸 出，另一路與本地信號混頻輸出外差信號，使得本地接收機(jī)對接收到的弱信號使用效率低， 影響激光雷達(dá)的檢測性能。接收端使用兩個光電轉(zhuǎn)換器分別輸出接收信號與外差信號，這 也增加了激光雷達(dá)的設(shè)備成本。因此，雖然豐田中央研究所的脈沖式方法從原理上可以實 現(xiàn)距離和速度的同步測量，但在測量性能以及成本方面還遠(yuǎn)不能滿足車載激光雷達(dá)的要 求。例如，在高速公路上，法定速度可達(dá)120km/h，當(dāng)兩輛車相對運動時其相對速度為240km/ h?？紤]到實際中的超速駕駛的情況，最大速度還會進(jìn)一步增加。還有前方車輛以一定速度 遠(yuǎn)離本車時，其速度極限在法定情況下可考慮為_120km/h(負(fù)號表示方向，即遠(yuǎn)離本車），這 也是豐田中央研究所的方法無法測量的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了解決上述問題而進(jìn)行的，目的在于提供一種同步測量，效率高，性能 高，測量范圍廣的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法。
[0006] 本發(fā)明提供的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，具有這樣的特征，包括以下步驟：
[0007] 步驟一，由激光驅(qū)動電路驅(qū)動激光器產(chǎn)生幅度連續(xù)的窄線寬單頻激光；
[0008] 步驟二，分光器將激光器輸出的窄線寬單頻激光中測量光輸出到電光調(diào)制器，剩 余的參考光通過生光調(diào)制器產(chǎn)生頻率偏移，用于本地作為參考信號；
[0009] 步驟三，本地脈沖產(chǎn)生電路生成偽隨機(jī)碼，并由偽隨機(jī)碼驅(qū)動電光調(diào)制器對窄線 寬單頻激光的幅度調(diào)制，獲得激光雷達(dá)的探測信號；
[0010] 步驟四，將探測信號通過摻鉺光纖放大器使光信號峰值功率放大到100W量級以上 形成放大光信號，并將放大光信號通過準(zhǔn)直鏡頭投射到測量目標(biāo)上；
[0011] 步驟五，將放大光信號與參考信號混頻輸出外差信號；
[0012] 步驟六，計算外差信號與調(diào)制碼的相關(guān)函數(shù)，由相關(guān)函數(shù)峰值確定窄線寬單頻激 光飛行時間，進(jìn)而獲得目標(biāo)的距離；以及
[0013] 步驟七，分析外差信號采樣獲得的非等間隔數(shù)據(jù)，得到運動目標(biāo)產(chǎn)生的多普勒信 號的頻率，從而獲得運動目標(biāo)的速度。
[0014] 發(fā)明提供的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，還具有這樣的特征:其中，步驟二中 聲光調(diào)制器對本地參考信號產(chǎn)生頻率偏移的偏移值大小以將負(fù)頻率整體搬移到正頻率范 圍為準(zhǔn)則，且最低頻率要滿足外差信號一個周期小于發(fā)射信號的長度。
[0015] 發(fā)明提供的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，還具有這樣的特征:其中，外差信號 表示為：
[0016] ,v/; (/) = ￡', E? (1) c〇s{2^'/;/ + (p2-(p^) ^
[0017] Ei為本地參考光功率，
[0018] E2(t)為接收信號光功率，
[0019] fD為接收光與參考光之間的頻差，
[0020] 以脈沖寬度為采樣周期對外差信號采樣，得到的采樣數(shù)據(jù)與調(diào)制碼計算相關(guān)函 數(shù)。
[0021] 發(fā)明提供的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，還具有這樣的特征:其中，非等間隔 數(shù)據(jù)的采樣信號頻率分析方法：
[0022]根據(jù)傅里葉變換公式：
[0023] ^W= - (1)
[0024] 這里f(t)為時域信號，
[0025]為了在計算機(jī)上獲得連續(xù)信號的頻譜，必須先對連續(xù)信號加窗，假設(shè)窗函數(shù)為一 個定義在[0，T]區(qū)間上的矩形函數(shù)，幅度為1，則公式(1)變換為：
[0026] ° (2：)
[0027] 對積分區(qū)間用N點采樣，公式(2)變換為下面的求和式：
[0028] F{co)^V ^'AT, 糾 (3)
[0029] t為采樣數(shù)據(jù)點的時間位置，
[0030] ATi(i = 0，l，."，N_2)為區(qū)間[ti，ti+i]的間隔，若 ATi= AT2 =…=A Tn-2= A T， 公式(4)就可變換為有限序列的傅里葉變換：
[0032] FS = 1/AT 為采樣率，
[0033]經(jīng)典數(shù)字信號處理中，離散傅里葉變換定義為：
[0035] k為數(shù)字頻率，
[0036]比較式(4)和式(5)，可以得到：
[0037] ti = to+n A T (6)
[0039]由式(6)和式(7)，可以根據(jù)數(shù)字值n和k求出模擬時間和模擬頻率，對公式(3)進(jìn)行 變換使之具有公式(4)的形式：
[0041] = 對于幅度受調(diào)制的外差信號，A h為兩個1碼之間的時間間隔。
[0042]發(fā)明提供的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，還具有這樣的特征：其中，對公式 (3)進(jìn)行變換使之具有公式(4)的形式是為了使快速傅里葉變換算法能夠用于非等間隔采 樣模擬信號，將信號幅度乘以兩個1碼間隔的過程稱為信號幅度修正，經(jīng)幅度修正后的信號 就可以直接使用快速傅里葉變換完成外差信號的頻率分析。
[0043]發(fā)明提供的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，還具有這樣的特征:其中，窄線寬單 頻激光為脈沖序列，可通過使用摻鉺光纖放大器放大發(fā)射信號的峰值功率。
[0044]發(fā)明提供的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，還具有這樣的特征:其中，激光器為 窄線寬單頻半導(dǎo)體激光器。
[0045] 發(fā)明提供的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，還具有這樣的特征:其中，分光器采 用99 :1分光器將激光器輸出的窄線寬單頻激光中99 %測量光輸出到電光調(diào)制器，剩余的 1%通過生光調(diào)制器產(chǎn)生頻率偏移，用于本地作為參考信號。
[0046] 發(fā)明作用與效果
[0047]根據(jù)本實施例所涉及車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，窄線寬單頻激光為脈沖序 列，可提高激光雷達(dá)的探測穩(wěn)定性，同時滿足激光安全使用標(biāo)準(zhǔn);使用單個光電檢測器一方 面可以提高接收信號的使用效率，另一方面可以節(jié)約一個分光器和一個光電轉(zhuǎn)換器，降低 設(shè)備成本;偽隨機(jī)碼調(diào)制光源幅度對光源的調(diào)制可通過外部調(diào)制方式實現(xiàn)，相比于光頻率 調(diào)制、相位調(diào)制具有操作簡單，價格低廉的優(yōu)點；使用偽隨機(jī)碼調(diào)制發(fā)射光源幅度，不需要 向調(diào)制碼中插入周期碼，使調(diào)制碼的相干性得到保持，另外提高了速度測量的范圍，使道路 環(huán)境中的運動目標(biāo)速度均可以被檢測；使用相干檢測的方法可通過本地信號放大接收信 號，相比于直接檢測具有探測靈敏度高的優(yōu)點;對接收的外差信號做簡單的幅度修正后，直 接使用快速傅里葉變換算法分析外差信號的頻率，具有運算速度快、抗噪性能好的特點，且 有專用FFT硬件模塊完成該工作，系統(tǒng)成本低;可工作于多目標(biāo)環(huán)境。
【附圖說明】
[0048]圖1是本發(fā)明在實施例中的激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)原理圖；
[0049] 圖2是本發(fā)明在實施例中的光電轉(zhuǎn)換器輸出外差信號波形；
[0050] 圖3是本發(fā)明在實施例中的使用外差法與直接檢測法光電轉(zhuǎn)換器輸出信號與調(diào)制 碼相關(guān)函數(shù)的比較圖；
[0051] 圖4是本發(fā)明在實施例中的給出不同多普勒頻率下，相關(guān)函數(shù)峰值受接收信號相 位影響的情況，也給出相關(guān)函數(shù)最大峰值與次峰值的比較圖；
[0052] 圖5是本發(fā)明在實施例中的給出光電轉(zhuǎn)換器輸出的外差信號波形以及用于分析多 普勒信號頻率的經(jīng)幅度修正的外差信號波形圖；以及
[0053]圖6是本發(fā)明在實施例中的給出非等間隔采樣信號頻譜分析方法獲得的各種頻率 信號的頻譜圖。
【具體實施方式】
[0054]以下參照附圖及實施例對本發(fā)明所涉及的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法作詳 細(xì)的描述。
[0055]圖1是本發(fā)明在實施例中的激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)原理圖。
[0056]如圖1所示用于測量目標(biāo)距離車載激光雷達(dá)結(jié)構(gòu)原理框圖，所使用的激光器為窄 線寬單頻半導(dǎo)體激光器，輸出光保持線偏振。
[0057]步驟一:激光驅(qū)動模塊驅(qū)動激光器工作于連續(xù)波模式，輸出幅度連續(xù)的窄線寬單 頻激光，進(jìn)入步驟二。
[0058] 步驟二:99:1分光器將激光器輸出的窄線寬單頻激光中的99 % (測量光)輸出到電 光調(diào)制器，剩余的1% (參考光)通過生光調(diào)制器產(chǎn)生頻率偏移，用于本地作為參考信號，進(jìn) 入步驟三。
[0059]如果不對本地參考信號產(chǎn)生頻率偏移，當(dāng)外部目標(biāo)為靜止時，接收端輸出外差信 號的幅度受接收信號相位的影響，而相位是一個隨機(jī)值，因而檢測性能不穩(wěn)定。另外，運動 目標(biāo)有靠近和遠(yuǎn)離兩種運動方式，為了辨別運動方向，也需要將頻率產(chǎn)生一定的偏移。偏移 值的大小以將負(fù)頻率整體搬移到正頻率范圍為準(zhǔn)則，且最低頻率要滿足外差信號一個周期 小于發(fā)射信號的長度。
[0060]測量光與本地光功率分配方案：
[0061 ]參考光可放大接收信號光功率，但參考光的噪聲也被引入并被放大，故本地參考 光不宜過強(qiáng)。用于車載激光雷達(dá)的光電檢測器可以容易地檢測微瓦級光信號，激光器輸出 光在毫瓦級，故用于測量光與本地光的分光器選用99:1分光器。
[0062]步驟三：電光調(diào)制器調(diào)制連續(xù)光的幅度，使光幅度的變化符合偽隨機(jī)碼的規(guī)律，即 良好的自相關(guān)特性。本地脈沖產(chǎn)生電路生成偽隨機(jī)碼，并由偽隨機(jī)碼驅(qū)動電光調(diào)制器對窄 線寬單頻激光的幅度調(diào)制，獲得激光雷達(dá)的探測信號，進(jìn)入步驟四。
[0063]步驟四：將探測信號通過摻鉺光纖放大器使光信號峰值功率放大到100W量級以上 形成放大光信號，并將放大光信號通過準(zhǔn)直鏡頭投射到測量目標(biāo)上，進(jìn)入步驟五。
[0064] 步驟五:發(fā)射至聲光調(diào)制器的窄線寬單頻激光經(jīng)聲光調(diào)制器將光頻率下移用作本 地的參考信號，下移的值要滿足輸出外差信號的頻率均位于正頻率，進(jìn)入步驟六。
[0065]聲光調(diào)制器使本地參考光頻率下移的值：
[0066] 使用1550nm波長的激光器作為光源時，本車靜止，對方車輛以180km/h的速度遠(yuǎn)離 本車時，激光雷達(dá)接收到的反射信號頻率下移64.5MHz;本車與對方車輛均以180km/h速度 相對運動時，激光雷達(dá)接收到的反射信號頻率將上移129MHz。為了使輸出外差信號頻率均 位于正頻率范圍內(nèi)，本地參考信號頻率至少下移64.5MHz。另外，如果輸出外差信號頻率過 低，會引起輸出信號幅度受相位影響而發(fā)生隨機(jī)變化。例如，本地參考信號與接收信號同頻 且相位正交時，輸出信號幅度為零，將無法測量目標(biāo)的距離和速度。還有，從聲光調(diào)制器實 現(xiàn)的難易度方面考慮，本激光雷達(dá)裝置可選用聲光調(diào)制器，將本地參考光下移頻率80MHz， 輸出外差信號的頻率位于15.5MHz到209MHz之間。
[0067] 步驟六:本地參考信號與接收信號混頻，經(jīng)光電轉(zhuǎn)換器輸出外差信號，如圖2所示。 計算外差信號與調(diào)制碼的相關(guān)函數(shù)，由相關(guān)函數(shù)峰值確定窄線寬單頻激光飛行時間，進(jìn)而 獲得目標(biāo)的距離，進(jìn)入步驟七。
[0068] 外差信號與調(diào)制碼相關(guān)函數(shù)的計算：
[0069]光電轉(zhuǎn)換器輸出的外差信號可表不為：
[0070] sb (t) = E^E2 (t) cos{27ifDt + (p2-(px) (9)
[0071] 其中Ei為本地參考光功率，E2(t)為接收信號光功率，fD表示接收光與參考光之間 的頻差。
[0072] 以脈沖寬度為采樣周期對輸出信號采樣，得到的采樣數(shù)據(jù)與本地調(diào)制碼計算相關(guān) 函數(shù)。
[0073]步驟七:信號處理單元模塊通過計算外差信號與調(diào)制碼的相關(guān)函數(shù)，由相關(guān)函數(shù) 峰值位置確定激光飛行時間，即可計算出目標(biāo)的距離。分析外差信號采樣獲得的非等間隔 數(shù)據(jù)，通過由本發(fā)明提供的非等間隔傅里葉頻譜分析方法計算多普勒信號的頻率，即可計 算出測量目標(biāo)的徑向運動速度。
[0074]非等間隔采樣信號頻率分析方法：
[0075]根據(jù)定義，傅里葉變換為：
[0077] 這里f(t)為時域信號。為了在計算機(jī)上獲得連續(xù)信號的頻譜，必須先對連續(xù)信號 加窗。假設(shè)窗函數(shù)為一個定義在[0，T]區(qū)間上的矩形函數(shù)，幅度為1，則公式(1)變換為：
[0078] F(fo>) =,f/(/)(，."'V/. :〇 (2:)
[0079] 對積分區(qū)間用N點采樣，公式(2)變換為下面的求和式：
[0080] F{(?)= I j\l； )e !l，>，' fc〇: (3):
[0081] 這里U、六1'1(1 = 0，1，"_，^2)分別表示采樣數(shù)據(jù)點的時間位置以及區(qū)間[七131+1] 的間隔。如果AT 1= AT2 =…=ATn-2= AT，公式⑶就可變換為有限序列的傅里葉變換：
[0083] 這里Fs = 1/A T表示采樣率。
[0084]經(jīng)典數(shù)字信號處理中，離散傅里葉變換定義為：
[0086] 這里k表示數(shù)字頻率。
[0087]比較公式(4)和公式(5)，可以得到：
[0088] ti = to+n A T (6)
[0090]由公式(7)和公式(8)，可以根據(jù)數(shù)字值n和k求出模擬時間和模擬頻率。因此當(dāng)模 擬信號等間隔采樣時，快速傅里葉變換方法可以用來計算模擬信號的頻譜。為了使快速傅 里葉變換算法能夠用于非等間隔采樣模擬信號，需要對公式(3)做適當(dāng)?shù)淖儞Q使之具有公 式(4)的形式：
[0092] 這里△石:對于幅度受調(diào)制的外差信號，△ L為兩個1碼之間的時間間 ...〇 隔。將信號幅度乘以兩個1碼間隔的過程稱為信號幅度修正，經(jīng)幅度修正后的信號就可以直 接使用快速傅里葉變換完成外差信號的頻率分析。
[0093] 下面具體舉例對本發(fā)明進(jìn)行說明：
[0094] 例一：
[0095]調(diào)制碼寬度設(shè)為2ns，信號長度為770ns，接收信號多普勒頻率為129MHz，計算外差 信號與調(diào)制碼的相關(guān)函數(shù)，觀察相關(guān)函數(shù)峰值受多普勒頻率調(diào)制的影響，結(jié)果如圖3虛線所 示。同等信號峰值功率情況下，直接檢測(接收信號未被多普勒頻率調(diào)制)輸出的相關(guān)函數(shù) 峰值由實線表示。因為多普勒頻率的調(diào)制效應(yīng)使輸出相關(guān)函數(shù)的峰值有所下降，但注意到 相干檢測本地信號對接收信號具有放大作用，實際檢測性能是優(yōu)于直接檢測。
[0096]例二：
[0097] 距離檢測性能主要由相關(guān)函數(shù)峰值決定，本實施例考察最大峰值與次峰值之間的 差值，差值越大表明抗噪聲性能越好。另外，從公式(9)可以看出，輸出的外差信號瞬時功率 受相位影響。本實施例考察在相位從〇到231之間變化時，相關(guān)函數(shù)峰值與次峰的變化，結(jié)果 如圖4所示。接收信號多普勒頻率選取16MHz、60MHz、129MHz和209MHz四個典型值，均位于 15.5~209MHz區(qū)間范圍內(nèi)。結(jié)果表明最大峰值與次峰值之間的差值幾乎不受相位的影響， 表明接收信號到達(dá)時間的隨機(jī)性不影響激光雷達(dá)的檢測性能，因此計算外差信號與調(diào)制碼 相關(guān)函數(shù)可用于距離檢測。
[0098] 例三：
[0099]本實施例檢驗非等間隔采樣信號頻譜分析方法用于分析多普勒信號頻率的可行 性。同樣選取16MHz、60MHz、129MHz和209MHz四個典型值，對四個頻率的信號按調(diào)制碼寬度 的采樣周期采樣，對采樣數(shù)據(jù)按公式(8)做幅度修正，然后采用經(jīng)典快速傅里葉變換算法對 幅度修正的數(shù)據(jù)做傅里葉分析，可求出多普勒信號的頻率，分析結(jié)果如圖6所示。
[0100] 實施例的作用與效果
[0101] 根據(jù)本實施例所涉及車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，窄線寬單頻激光為脈沖序 列，可提高激光雷達(dá)的探測穩(wěn)定性，同時滿足激光安全使用標(biāo)準(zhǔn);使用單個光電檢測器一方 面可以提高接收信號的使用效率，另一方面可以節(jié)約一個分光器和一個光電轉(zhuǎn)換器，降低 設(shè)備成本;偽隨機(jī)碼調(diào)制光源幅度對光源的調(diào)制可通過外部調(diào)制方式實現(xiàn)，相比于光頻率 調(diào)制、相位調(diào)制具有操作簡單，價格低廉的優(yōu)點；使用偽隨機(jī)碼調(diào)制發(fā)射光源幅度，不需要 向調(diào)制碼中插入周期碼，使調(diào)制碼的相干性得到保持，另外提高了速度測量的范圍，使道路 環(huán)境中的運動目標(biāo)速度均可以被檢測；使用相干檢測的方法可通過本地信號放大接收信 號，相比于直接檢測具有探測靈敏度高的優(yōu)點;對接收的外差信號做簡單的幅度修正后，直 接使用快速傅里葉變換算法分析外差信號的頻率，具有運算速度快、抗噪性能好的特點，且 有專用FFT硬件模塊完成該工作，系統(tǒng)成本低;可工作于多目標(biāo)環(huán)境。
[0102] 上述實施方式為本發(fā)明的優(yōu)選案例，并不用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項】
1. 一種車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，其特征在于，包括： 步驟一，由激光驅(qū)動電路驅(qū)動激光器產(chǎn)生幅度連續(xù)的窄線寬單頻激光； 步驟二，分光器將所述激光器輸出的所述窄線寬單頻激光中測量光輸出到電光調(diào)制 器，剩余的參考光通過生光調(diào)制器產(chǎn)生頻率偏移，用于本地作為參考信號； 步驟三，本地脈沖產(chǎn)生電路生成偽隨機(jī)碼，并由所述偽隨機(jī)碼驅(qū)動所述電光調(diào)制器對 所述窄線寬單頻激光的幅度調(diào)制，獲得激光雷達(dá)的探測信號； 步驟四，將所述探測信號通過摻鉺光纖放大器使光信號峰值功率放大到IOOW量級以上 形成放大光信號，并將所述放大光信號通過準(zhǔn)直鏡頭投射到測量目標(biāo)上； 步驟五，將所述放大光信號與所述參考信號混頻輸出外差信號； 步驟六，計算所述外差信號與調(diào)制碼的相關(guān)函數(shù)，由所述相關(guān)函數(shù)峰值確定所述窄線 寬單頻激光飛行時間，進(jìn)而獲得目標(biāo)的距離；以及 步驟七，分析所述外差信號采樣獲得的非等間隔數(shù)據(jù)，得到運動目標(biāo)產(chǎn)生的多普勒信 號的頻率，從而獲得所述運動目標(biāo)的速度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，其特征在于： 其中，所述步驟二中聲光調(diào)制器對本地參考信號產(chǎn)生頻率偏移的偏移值大小以將負(fù)頻 率整體搬移到正頻率范圍為準(zhǔn)則，且最低頻率要滿足所述外差信號一個周期小于發(fā)射信號 的長度。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，其特征在于： 其中，所述外差信號表示為：E1為本地參考光功率， E2(t)為接收信號光功率， ft為接收光與參考光之間的頻差， 以脈沖寬度為采樣周期對所述外差信號采樣，得到的采樣數(shù)據(jù)與所述調(diào)制碼計算所述 相關(guān)函數(shù)。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，其特征在于： 其中，所述非等間隔數(shù)據(jù)的采樣信號頻率分析方法： 根據(jù)傅里葉變換公式：CD 這里f(t)為時域信號， 為了在計算機(jī)上獲得連續(xù)信號的頻譜，必須先對連續(xù)信號加窗，假設(shè)窗函數(shù)為一個定 義在[0，τ]區(qū)間上的矩形函數(shù)，幅度為1，則公式(1)變換為：(!) 對積分區(qū)間用N點采樣，公式(2)變換為下面的求和式：為采樣數(shù)據(jù)點的時間位置， ATi(i = 0，l，···，N-2)為區(qū)間[ti, ti+i]的間隔，若 ΔΤι= ΔΤ2=…=Δ Tn-2 = Δ T，公式 (4)就可奪拖為有限序列的俥里葉奪拖，F(xiàn)S = 1/AT為采樣率， 經(jīng)典數(shù)字信號處理中，離散傅里葉變換定義為：(51 k為數(shù)字頻率， 比較式(4)和式(5)，可以得到： ti = to+n Δ T (6)·): 由式(6)和式(7)，可以根據(jù)數(shù)字值η和k求出模擬時間和模擬頻率，對公式(3)進(jìn)行變換 使之具有公式(4)的形式：觸 /(/,_) = /(/,_)△/；對于幅度受調(diào)制的所述外差信號，Δ T1為兩個1碼之間的時間間隔。 ... ... ...，5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，其特征在于： 其中，對所述公式(3)進(jìn)行變換使之具有所述公式(4)的形式是為了使快速傅里葉變換 算法能夠用于非等間隔采樣模擬信號， 將信號幅度乘以兩個1碼間隔的過程稱為信號幅度修正，經(jīng)幅度修正后的信號就可以 直接使用所述快速傅里葉變換完成所述外差信號的頻率分析。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，其特征在于： 其中，所述窄線寬單頻激光為脈沖序列，可通過使用所述摻鉺光纖放大器放大發(fā)射信 號的峰值功率。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，其特征在于： 其中，所述激光器為窄線寬單頻半導(dǎo)體激光器。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的車載激光雷達(dá)距離速度測量方法，其特征在于： 其中，所述分光器采用99:1分光器將所述激光器輸出的所述窄線寬單頻激光中99%測 量光輸出到電光調(diào)制器，剩余的1 %通過生光調(diào)制器產(chǎn)生頻率偏移，用于本地作為參考信 號。
【文檔編號】G01S17/32GK105891841SQ201610259484
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年4月25日
【發(fā)明人】毛雪松, 王瑞東
【申請人】武漢科技大學(xué)