一种激光雷达抗干扰的方法与装置

技术领域

本发明属于激光雷达探测技术领域，更具体地，涉及一种激光雷达抗干扰的方法与装置。

背景技术

激光雷达在实际使用时会面临各种复杂的应用环境，有的是雨雪，有的是雾霾等，还有的是各个激光雷达之间的光串扰。激光雷达属于工业应用产品，对可靠性要求很高，因此要尽量去除环境参数的影响，进而实现长时间的稳定工作。针对上述环境参数的干扰，业界的普遍方法是采用点云滤波的算法，具体又分为实时处理和后期处理两种技术方法。其中，实时处理是激光雷达在进行探测的时候，实时对所获得的点云数据进行算法判断和滤波，主要去除干扰特征很明显的点云数据，并将滤波之后的数据传输给后续处理系统。后期处理是在点云数据处理系统完成，处理系统在收到激光雷达探测到并进行第一次滤波之后的点云数据后，根据设定的二次滤波规则再次对点云数据进行算法处理，去除掉不必要的干扰点，并基于插值算法增加一些必要的点云数据点，提高目标识别的完整度。

但上述两种方法均存在一定的技术缺陷，实时处理方法是只通过算法滤波进行抗干扰识别，没有进行对应的设备光学和硬件改进，仅能滤除干扰特征明显的点云数据，而无法识别并滤除快速变化且干扰特征不明显的点云数据点，存在较大的应用限制。后期处理方法主要是后期点云滤波，在点云后期处理中将干扰点排除掉，此种技术方法的缺陷就是不能实时判断，去除实时的环境干扰；激光雷达有很多实时探测的应用场景，如果采用这种技术方法，则无法满足实时探测应用的要求。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种激光雷达抗干扰的方法与装置，其目的在于通过将发射信号分解成多个脉冲信号进行探测，对干扰光信号进行有效识别和滤除，由此解决传统方案中实时处理方法和后期处理方法均存在一定技术缺陷的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种激光雷达抗干扰的方法，包括：

将发射信号分解为M个探测脉冲光信号进行探测；其中，M≥2；

当存在光串扰时，接收端得到N个接收脉冲光信号；其中，N＞M，所述N个接收脉冲光信号中包括M个有效接收光信号和N-M个干扰光信号；

通过所述M个探测脉冲光信号和所述N个接收脉冲光信号，进行脉冲时间差的计算和对比，进而找出干扰光信号并过滤。

优选地，所述将发射信号分解为M个探测脉冲光信号进行探测，具体为：

将发射信号分解为等时间间隔的M个探测脉冲光信号进行探测，此时该M个探测脉冲光信号对应的脉冲时间差相等；或者，

将发射信号分解为非等时间间隔的M个探测脉冲光信号进行探测，并给出该M个探测脉冲光信号对应的脉冲时间差关系。

优选地，当将发射信号分解为等时间间隔的M个探测脉冲光信号时，所述通过所述M个探测脉冲光信号和所述N个接收脉冲光信号，进行脉冲时间差的计算和对比，进而找出干扰光信号并过滤，具体为：

分别将所述M个探测脉冲光信号对应的时间和所述N个接收脉冲光信号对应的时间进行一一对比，得到M行N列的时间差矩阵；

将所述时间差矩阵中每行对应的时间差进行对比，找到M个相等的时间差；其中，每一行对应找出一个时间差；

将找到的所述M个相等的时间差作为有效时间差，其余时间差作为无效时间差，并将无效时间差对应的接收脉冲光信号作为干扰光信号过滤。

优选地，当将发射信号分解为非等时间间隔的M个探测脉冲光信号时，所述通过所述M个探测脉冲光信号和所述N个接收脉冲光信号，进行脉冲时间差的计算和对比，进而找出干扰光信号并过滤，具体为：

分别将所述M个探测脉冲光信号对应的时间和所述N个接收脉冲光信号对应的时间进行一一对比，得到M行N列的时间差矩阵；

将所述时间差矩阵中每行对应的时间差进行对比，找到满足所述脉冲时间差关系的M个时间差；其中，每一行对应找出一个时间差；

将找到的所述M个时间差作为有效时间差，其余时间差作为无效时间差，并将无效时间差对应的接收脉冲光信号作为干扰光信号过滤。

优选地，当将发射信号S

优选地，在确定M个有效时间差之后，所述方法还包括：

根据M个有效时间差，分别计算得到M个探测脉冲光信号对应的探测距离，并将M个探测距离取平均作为所述发射信号对应的探测距离。

优选地，对于有效时间差为Δt的探测脉冲光信号，对应的探测距离d＝c*Δt/2；其中，c表示光速。

优选地，当存在光串扰时，所述接收端得到N个接收脉冲光信号具体为：

利用光性能监控器对接收端接收到的光信号强度进行实时监控；

当接收到的光信号强度未超过预设最大值时，直接利用接收探测器接收到N个接收脉冲光信号；

当接收到的光信号强度超过预设最大值时，先利用高速光学衰减器对接收到的光信号进行衰减，再利用接收探测器接收到N个接收脉冲光信号。

按照本发明的另一方面，提供了一种激光雷达抗干扰的装置，包括发射光源、发射透镜、接收透镜和接收探测器；

所述发射光源用于将发射信号分解为M个探测脉冲光信号，并经所述发射透镜准直后发送至接收端；其中，M≥2；

所述接收探测器用于接收经所述接收透镜汇聚后的光信号；其中，当当存在光串扰时，所述接收探测器接收到到N个接收脉冲光信号，N＞M。

优选地，还包括高速光学衰减器和光性能监控器，且所述高速光学衰减器设置于所述接收透镜和所述接收探测器之间；

其中，所述光性能监控器用于对接收到的光信号强度进行实时监控，当接收到的光信号强度超过预设最大值时，所述高速光学衰减器开始对接收到的光信号进行衰减。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明将发射信号分解为多个探测脉冲光信号进行探测，接收端也可得到多个接收脉冲光信号，通过将所有的探测脉冲光信号和所有的接收脉冲光信号进行比对，实现脉冲时间差的计算和对比，进而可找出接收脉冲光信号中的干扰光信号并过滤。通过上述方案，可对干扰光信号进行有效识别和滤除，并满足实时探测应用的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种激光雷达抗干扰的方法流程图；

图2是本发明实施例提供的一种脉冲式激光雷达的基本探测原理图；

图3是本发明实施例提供的一种干扰光信号强度不高时的探测原理图；

图4是本发明实施例提供的一种干扰光信号强度过高时的探测原理图；

图5是本发明实施例提供的一种将发射信号分解为三个脉冲时的探测原理图；

图6是本发明实施例提供的一种将发射信号分解为三个脉冲且干扰光信号强度不高时的探测原理图；

图7是本发明实施例提供的一种将发射信号分解为三个脉冲且干扰光信号强度过高时的探测原理图；

图8是本发明实施例提供的一种干扰光信号强度过高时利用高速高衰减器处理后的探测原理图；

图9是本发明实施例提供的一种激光雷达抗干扰的装置示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本发明的限制。

此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本发明。

实施例1

为解决传统方案中实时处理方法和后期处理方法均存在一定技术缺陷的技术问题，本发明实施例提供了一种激光雷达抗干扰的方法，如图1所示，主要包括以下步骤：

步骤10，将发射信号分解为M个探测脉冲光信号进行探测；其中，M≥2。

在发射端，发射光源通常会产生一个或多个发射信号，每个发射信号均可分解为多个探测脉冲光信号进行探测。以任一发射信号为研究对象，具体可以将该发射信号分解为等时间间隔的M个探测脉冲光信号进行探测，此时该M个探测脉冲光信号对应的脉冲时间差相等；或者，也可将该发射信号分解为非等时间间隔的M个探测脉冲光信号进行探测，并给出该M个探测脉冲光信号对应的脉冲时间差关系，以便后续步骤30中使用。

步骤20，当存在光串扰时，接收端得到N个接收脉冲光信号；其中，N＞M，所述N个接收脉冲光信号中包括M个有效接收光信号和N-M个干扰光信号。

当存在光串扰时，如果干扰光信号的强度不高，可与有效接收光信号清晰区分；但如果干扰光信号的强度过高，可能会难以与有效接收光信号进行区分，后续无法有效识别和滤除。因此，这里可根据实际经验设置一个预设最大值，然后利用光性能监控器对接收端接收到的光信号强度进行实时监控；当接收到的光信号强度未超过预设最大值时，干扰光信号可与有效接收光信号清晰区分，则直接利用接收探测器接收到N个接收脉冲光信号；当接收到的光信号强度超过预设最大值时，干扰光信号无法与有效接收光信号清晰区分，则先利用高速光学衰减器对接收到的光信号进行衰减，将干扰光信号衰减到和有效接收光信号清晰分别的程度，再利用接收探测器接收到N个接收脉冲光信号。

步骤30，通过所述M个探测脉冲光信号和所述N个接收脉冲光信号，进行脉冲时间差的计算和对比，进而找出干扰光信号并过滤。

当将发射信号分解为等时间间隔的M个探测脉冲光信号时，先分别将所述M个探测脉冲光信号对应的时间和所述N个接收脉冲光信号对应的时间进行一一对比，得到M行N列的时间差矩阵；然后将所述时间差矩阵中每行对应的时间差进行对比，找到M个相等的时间差，其中每一行对应找出一个时间差；最后将找到的所述M个相等的时间差作为有效时间差，其余时间差作为无效时间差，并将无效时间差对应的接收脉冲光信号作为干扰光信号过滤。

当将发射信号分解为非等时间间隔的M个探测脉冲光信号时，同样先分别将所述M个探测脉冲光信号对应的时间和所述N个接收脉冲光信号对应的时间进行一一对比，得到M行N列的时间差矩阵；然后将所述时间差矩阵中每行对应的时间差进行对比，找到满足所述脉冲时间差关系的M个时间差，其中一行对应找出一个时间差；最后将找到的所述M个时间差作为有效时间差，其余时间差作为无效时间差，并将无效时间差对应的接收脉冲光信号作为干扰光信号过滤。

假设将某个发射信号S

进一步地，在确定M个有效时间差之后，根据所述M个有效时间差，分别计算得到M个探测脉冲光信号对应的探测距离，然后再将得到的M个探测距离取平均作为所述发射信号对应的探测距离。其中，对于有效时间差为Δt的探测脉冲光信号，对应的探测距离d＝c*Δt/2，c表示光速。

本发明实施例提供的上述方案中，将发射信号分解为多个探测脉冲光信号进行探测，接收端也可得到多个接收脉冲光信号，通过将所有的探测脉冲光信号和所有的接收脉冲光信号进行比对，实现脉冲时间差的计算和对比，进而可找出接收脉冲光信号中的干扰光信号并过滤。通过上述方案，可对干扰光信号进行有效识别和滤除，并满足实时探测应用的要求。

实施例2

在上述实施例1的基础上，本发明实施例进一步结合附图具体说明。

当不存在光串扰时，脉冲式激光雷达的基本探测原理如图2所示，发射光源产生的发射信号分别是S

不失为一般性，此处以发射信号S

相较于现有激光雷达脉冲发射的方式，本发明实施例将发射信号分解成多个脉冲信号进行探测，此处以单个发射信号的探测脉冲分解成三个脉冲为例，即M＝3，其余数量的脉冲分解技术方案可以类似推广。

如图5所示，将发射信号S

当存在光串扰时，假设干扰光信号如图6中的虚线接收光信号所示。需要注意的是，此处的干扰光信号仅用于示意，不代表干扰光信号一定是出现在第一个接收脉冲之前。由图6可知，此时干扰光信号光强不高，可与有效接收光信号清晰区分，因此可在接收端直接得到N个接收脉冲光信号；其中，N＞M。此处将发射信号S

将上述矩阵中每行对应的时间差进行对比，找到三个相等的时间差；由于此处有效接收光信号为E

上述实施例是以分解成等时间间隔的探测脉冲光信号为例，进一步地，也可以将发射信号分解成非等时间间隔的探测脉冲光信号，此时需给出对应的时间差关系，反推到上述矩阵中用于时间差的判定关系。其中，分为为不同时间间隔的探测脉冲光信号，具有更为强大的干扰滤除能力，尤其是在滤除其它激光雷达干扰光信号的应用场景下。

进一步结合图7，如果干扰光信号的强度超过有效接收光信号的强度，则会存在多个信号光无法分辨的可能，会无法得到足够多的有效时间差数据，无法进行有效接收光信号的滤除。针对此问题，本发明实施例在光信号的接收探测器前方增加高速光学衰减器，高速光学衰减器需配合光性能监控器共同使用。在实际使用时，对光性能监控器进行饱和标定，当接收到的光信号强度超过预设最大值时，高速光学衰减器开始对接收到的光信号进行衰减，如图8所示，将干扰光信号衰减到和有效接收光信号清晰分别的程度，即可接收到N个接收脉冲光信号，利用上述方法对干扰光信号进行有效识别和滤除。具体过程可参考上述实施例中的介绍，在此不做赘述。

实施例3

在上述实施例1和实施例2的基础上，本发明实施例进一步提供了一种激光雷达抗干扰的装置，如图9所示，主要包括发射光源、发射透镜、接收透镜和接收探测器。

所述发射光源用于将发射信号分解为M个探测脉冲光信号，并经所述发射透镜准直后发送至接收端；其中，M≥2。

所述接收探测器用于接收经所述接收透镜汇聚后的光信号；其中，当当存在光串扰时，所述接收探测器接收到到N个接收脉冲光信号，N＞M。

通过所述M个探测脉冲光信号和所述N个接收脉冲光信号，可进行脉冲时间差的计算和对比，进而找出干扰光信号并过滤；具体的识别和过滤过程可参考实施例1和实施例2，在此不做赘述。

进一步地，所述装置还包括高速光学衰减器和光性能监控器，且所述高速光学衰减器设置于所述接收透镜和所述接收探测器之间，如图9所示。所述光性能监控器用于对接收到的光信号强度进行实时监控，当接收到的光信号强度超过预设最大值时，所述高速光学衰减器开始对接收到的光信号进行衰减。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。