探测目标的距离和速度的方法及激光雷达

技术领域

本申请属于激光雷达探测技术领域，尤其涉及一种探测目标的距离和速度的方法及激光雷达。

背景技术

调频连续波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)激光雷达具备的4D感知传感器模组能同时测距测速，可以在智慧交通、自动驾驶、辅助驾驶、导航、测绘、气象、航天、机器人等领域提供更多的环境目标信息。相对于飞行时间(Time of flight，ToF)测速测距方案，FMCW激光探测及测距雷达(Light Detection and Ranging，LiDAR)能在1帧的探测数据中获得速度方向维度信息，能让FMCW激光探测及测距系统更快的识别环境中的目标，能以更快的速度传输至信息处理系统，以提前做出对应的操作。

现有技术的FMCW激光探测及测距雷达，在探测目标的速度和距离时，分辨率不能满足应用的需求。

发明内容

本申请实施例提供了一种探测目标的速度和距离的方法及激光雷达，解决了FMCW激光探测及测距雷达在探测目标的速度和距离时，分辨率不能满足应用的需求问题。

本申请实施例第一方面提供了一种探测目标的距离和速度的方法，应用于雷达，所述方法包括：

同时发射第一探测信号和第二探测信号，其中，所述第一探测信号和所述第二探测信号的探测周期内都包括S个时间段，每个所述时间段中所述第一探测信号和所述第二探测信号均具有对应的频率斜率，S≧3；

接收所述目标反射后的回波信号；

所述回波信号与所述第一探测信号分束的第一本振探测信号混频获得第一拍频信号，所述回波信号与所述第二探测信号分束的第二本振探测信号进行混频获得第二拍频信号；

在第M时间段内，基于所述第一拍频信号、所述第二拍频信号、所述第一探测信号对应的频率斜率的绝对值及所述第二探测信号对应的频率斜率的绝对值，获得所述目标在所述第M时间段内的距离拍频频率和多普勒拍频频率，并确定所述第一探测信号及所述第二探测信号在所述第M时间段内对应的中心频率，其中，1≦M≦S且M为整数；

基于所述时间段内的距离拍频频率、光的速度及所述频率斜率的绝对值，获得所述时间段内所述目标的距离信息，基于所述时间段内的所述多普勒拍频频率及所述中心频率，获得所述时间段内所述目标的速度信息。

在其中一个实施例中，所述在第M时间段内，基于所述第一拍频信号、所述第二拍频信号、所述第一探测信号对应的频率斜率的绝对值及所述第二探测信号对应的频率斜率的绝对值，获得所述目标在各所述时间段内的距离拍频频率和多普勒拍频频率，包括：

在所述第M时间段内,基于所述第一拍频信号和所述第二拍频信号获取距离拍频信息与多普勒拍频信息；

基于所述距离拍频信息中所述距离拍频频率与所述多普勒拍频信息中所述多普勒拍频频率获得第一频率和第二频率，其中，所述第一频率为所述距离拍频频率与所述多普勒拍频频率之和，所述第二频率为所述距离拍频频率与所述多普勒拍频频率之差的绝对值；

确定所述第一探测信号在第M时间段内对应的频率斜率的绝对值为第一频率斜率，并确定所述第二探测信号在所述第M时间段内对应的频率斜率的绝对值为第二频率斜率；

基于所述第一频率、所述第二频率、所述第一频率斜率及所述第二频率斜率，获得所述距离拍频频率及所述多普勒拍频频率。

在其中一个实施例中，所述基于所述第一频率、所述第二频率、所述第一频率斜率及所述第二频率斜率，获得所述距离拍频频率及所述多普勒拍频频率，包括：

所述距离拍频频率包括第一距离拍频频率；

若所述多普勒拍频频率小于所述距离拍频频率，基于所述第M时间段内的所述第一频率、所述第二频率、所述第一频率斜率及所述第二频率斜率，通过所述第一距离拍频频率计算式获得所述距离拍频频率，通过多普勒拍频频率计算式获得所述多普勒拍频频率，其中，所述第一频率斜率与所述第二频率斜率不同。

在其中一个实施例中，所述第一距离拍频频率计算式为：

其中，f

f

f

K

K

在其中一个实施例中，所述多普勒拍频频率计算式包括第一多普勒拍频频率计算式和第四多普勒拍频频率计算式，其中，所述第一多普勒拍频频率计算式为所述目标远离所述雷达时的计算式，所述第四多普勒拍频频率计算式为所述目标接近所述雷达时的计算式；

所述第一多普勒拍频频率计算式为：

所述第四多普勒拍频频率计算式为：

其中，f

f

f

f

f

K

K

在其中一个实施例中，所述基于所述第一频率、所述第二频率、所述第一频率斜率及所述第二频率斜率，获得所述距离拍频频率及所述多普勒拍频频率，包括：

所述距离拍频频率还包括第二距离拍频频率；

若所述多普勒拍频频率大于所述距离拍频频率，基于所述第M时间段内的所述第一频率、所述第二频率、所述第一频率斜率及所述第二频率斜率，通过所述第二距离拍频频率计算式获得所述距离拍频频率，通过多普勒拍频频率计算式获得所述多普勒拍频频率，其中，所述第一频率斜率与所述第二频率斜率不同。

在其中一个实施例中，

所述第二距离拍频频率计算式为：

其中，f

f

f

K

K

在其中一个实施例中，所述多普勒拍频频率计算式还包括第二多普勒拍频频率计算式和第三多普勒拍频频率计算式，其中，所述第二多普勒拍频频率计算式为所述目标远离所述雷达时的计算式，所述第三多普勒拍频频率计算式为所述目标接近所述雷达时的计算式；

所述第二多普勒拍频频率计算式为：

所述第三多普勒拍频频率计算式为：

其中，f

f

f

f

f

K

K

在其中一个实施例中，

所述第一探测信号与所述第二探测信号在第N个时间段内对应的频率斜率的绝对值中至少有一个频率斜率为零的第三频率斜率，其中，2≦N≦S且N为整数。

在其中一个实施例中，所述第一探测信号在至少三个时间段内对应的频率斜率的绝对值依次为所述第一频率斜率、所述第三频率斜率、所述第一频率斜率；

所述第二探测信号在所述第一探测信号的三个所述时间段内对应的频率斜率的绝对值依次为所述第二频率斜率、所述第三频率斜率、所述第一频率斜率。

在其中一个实施例中，所述第一频率斜率为上升斜坡的频率斜率，所述第二频率斜率为下降斜坡的频率斜率。

在其中一个实施例中，若所述第一频率斜率大于所述第二频率斜率，且第一时间段内的所述第一频率小于第三时间段内的所述第一频率，所述目标的速度方向为接近所述雷达。

本申请实施例第二方面提供了一种激光雷达，

包括处理器和存储器，其中，存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器加载并执行如第一方面内容中任一项所述的方法。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请的实施例提供了一种探测目标的距离和速度的方法及激光雷达，通过同时发射第一探测信号和第二探测信号，第一探测信号和第二探测信号在探测周期内都包括S个时间段，其中，S≧3，2个探测信号分束的本振探测信号分别与回波信号混频后获得第一拍频信号和第二拍频信号，基于每个时间段的第一拍频信号及第二拍频信号获得目标在该时间段内的距离拍频频率和多普勒拍频频率，再基于距离拍频频率和多普勒拍频频率分别获得目标的距离信息和速度信息。本实施例的方法由于同时发送了具有不同频率斜率的2个探测信号，探测信号在一个探测周期内包括至少3个时间段，并接收对应的回波信号，从而在一个探测周期内获得了更多的距离信息和速度信息，故提高了激光雷达在一个探测周期内对目标的距离和速度的时间分辨率和空间分辨率，使得激光雷达适用于各种应用场景。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请一实施例提供的探测目标的距离和速度的方法流程示意图；

图2是本申请一实施例提供的探测目标的距离和速度中S400的步骤流程示意图；

图3是本申请一实施例提供的第一场景的探测示意图；

图4是本申请一实施例提供的第二场景的探测示意图；

图5是本申请一实施例提供的第三场景的探测示意图；

图6是本申请一实施例提供的第四场景的探测示意图；

图7是本申请一实施例提供的第五场景的探测示意图；

图8是本申请一实施例提供的激光雷达的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

下面通过具体的实施例来说明本申请的技术方案。

现有技术中单分布式反馈激光器(Distributed Feedback Laser，DFB)内调制激光器的FMCW激光探测及测距雷达，探测近距离高速运动目标的距离和速度时，时间分辨率和空间分辨率不能满足各场景对于分辨率的需求。

本申请实施例的第一方面提供了一种探测目标的距离和速度的方法，应用于雷达，通过同时发射第一探测信号和第二探测信号，第一探测信号和第二探测信号在探测周期内都包括S个时间段，其中，S≧3，2个探测信号分束的本振探测信号分别与回波信号混频后获得第一拍频信号和第二拍频信号，基于每个时间段的第一拍频信号及第二拍频信号获得目标在该时间段内的距离拍频频率和多普勒拍频频率，再基于距离拍频频率和多普勒拍频频率分别获得目标的距离信息和速度信息。本实施例的方法由于同时发送了具有频率斜率的2个探测信号，探测信号在一个探测周期内包括至少3个时间段，并接收对应的回波信号，从而在一个探测周期内获得了更多的距离信息和速度信息，故提高了激光雷达在一个探测周期内对目标的速度和距离的时间分辨率和空间分辨率，使得激光雷达适用于各种应用场景。其中，拍频信号包括拍频电信号。

如图1所示，本申请实施例的一种探测目标的距离和速度的方法，应用于雷达，包括以下步骤：

S100，同时发射第一探测信号和第二探测信号，其中，第一探测信号和第二探测信号的探测周期内都包括S个时间段，S≧3。

在一个实施例中，调频连续波雷达同时发射第一探测信号和第二探测信号，第一探测信号和第二探测信号的探测周期内都包括S个时间段，第一探测信号和第二探测信号都是线性调频连续波。

优选地，S大于或者等于3，具体根据各场景对于雷达分辨率的需求进行选择，S值越大，雷达在每个探测周期内的分辨率就更高。

S200，接收目标反射后的回波信号。

其中，由于探测信号遇到目标后会进行反射形成回波信号，对第一探测信号和第二探测信号遇到目标反射后的回波信号进行接收。

S300，回波信号与第一探测信号分束的第一本振探测信号混频获得第一拍频信号，回波信号与第二探测信号分束的第二本振探测信号进行混频获得第二拍频信号。

其中，第一探测信号分束后获得第一本振探测信号，第二探测信号分束后获得第二本振探测信号，将接收到的回波信号分别与第一本振探测信号及第二本振探测信号进行混频，回波信号与第一本振探测信号混频获得第一拍频信号，而回波信号与第二本振探测信号混频获得第二拍频信号。由于在一个探测周期内获得了两个拍频信号，增加了这个探测周期内的探测密度，在这个探测周期内获得了更多的环境信息，从而增大了雷达在一个探测周期内的分辨率。

S400，在第M时间段内，基于第一拍频信号、第二拍频信号、第一探测信号对应的频率斜率的绝对值及第二探测信号对应的频率斜率的绝对值，获得目标在第M时间段内的距离拍频频率和多普勒拍频频率，并确定第一探测信号及第二探测信号在第M时间段内对应的中心频率。

具体地，由于第一探测信号和第二探测信号的探测周期包括至少3个时间段。优选地，当S取值为3时，故M的取值范围为1≦M≦3，M为整数，即M取值为1、2、3。其中还包括确定第一探测信号及第二探测信号分别在第一时间段、第二时间段及第三时间段内对应的中心频率。

一个探测周期在三个时间段分别具有对应的频率斜率和中心频率，便于雷达根据不同的频率斜率和中心频率的探测信号获取对应的回波，从而在一个探测周期内获得更多的回波信号，增加了雷达在这个探测周期内的探测密度，在这个探测周期内获得了更多的环境信息，从而增大了雷达在一个探测周期内的分辨率。

如图2所示，在一个实施例中，在第M时间段内，基于第一拍频信号、第二拍频信号、第一探测信号对应的频率斜率的绝对值及第二探测信号对应的频率斜率的绝对值，获得目标在第M时间段内的距离拍频频率和多普勒拍频频率，包括：

S410,在第M时间段内，基于第一拍频信号和第二拍频信号获取距离拍频信息与多普勒拍频信息。

在一个实施例中，当M取值分别为1、2、3时，则在第一时间段、第二时间段及第三时间段内，在每个时间段内都从第一拍频信号中获取包含距离拍频信息与多普勒拍频信息的拍频信号，在每个时间段内都从第二拍频信号中获取包含距离拍频信息与多普勒拍频信息的拍频信号，以便进行信息处理。

S420,基于距离拍频信息中距离拍频频率与多普勒拍频信息中多普勒拍频频率获得第一频率和第二频率，其中，第一频率为距离拍频频率与多普勒拍频频率之和，第二频率为距离拍频频率与多普勒拍频频率之差的绝对值。

在一个实施例中，由于拍频信号包括了距离拍频信息中的距离拍频频率以及多普勒拍频信息中的多普勒拍频频率，提取包含距离拍频信息与多普勒拍频信息的拍频信号中高频部分，获得距离拍频频率与多普勒拍频频率之和的第一频率，提取包含距离拍频信息与多普勒拍频信息的拍频信号中低频部分，获得距离拍频频率与多普勒拍频频率之差的绝对值的第二频率，以便进行信息处理。

S430,确定第一探测信号在第M时间段内对应的频率斜率的绝对值为第一频率斜率，并确定第二探测信号在第M时间段内对应的频率斜率的绝对值为第二频率斜率。

在一个实施例中，当M取值分别为1、2、3时，确定第一探测信号及第二探测信号分别在第一时间段、第二时间段及第三时间段内对应的频率斜率的绝对值，以便对不同的时间段获取对应的频率斜率的绝对值进行信息处理。

在一个实施例中，第一探测信号与第二探测信号在第N个时间段内对应的频率斜率的绝对值中至少有一个频率斜率为零的第三频率斜率，其中，2≦N≦S且N为整数。当S取值为3时，优选地，N取值为2，即将第二时间段的频率斜率设置为频率斜率零的第三频率斜率，即在第二时间段中第一探测信号和第二探测的频率均为恒定频率，恒定频率的频率为在频率斜率中的任一频率。在第二时间段设置第一探测信号和第二探测的频率为恒定频率，以便在第一时间段后去除距离拍频频率的影响，只获得恒定频率下目标的多普勒拍频频率，从而减少信息处理量，更快获得当前目标的速度，有利于后续的信息处理及操作决策。同时，还能采用第二时间段的恒定频率来区分第一时间段和第三时间段的拍频信号，有利于第一时间段和第三时间段内的信号处理。

在一个实施例中，设置第一探测信号在至少三个时间段内对应的频率斜率的绝对值依次为第一频率斜率、第三频率斜率、第一频率斜率，并设置第二探测信号在第一探测信号的三个时间段内对应的频率斜率的的绝对值依次为第二频率斜率、第三频率斜率、第一频率斜率。每个探测信号在三个时间段内均有对应的频率斜率，有利于三个时间段内的信号处理。

在一个实施例中，第一频率斜率为上升斜坡的频率斜率，也能称为上扫频的斜率，第二频率斜率为下降斜坡的频率斜率，也能称为下扫频的斜率。设置上升斜坡和下降斜坡的频率斜率，有利于在不同时间段根据雷达探测目标的速度和距离的需要进行搭配，便于获得两条瞬时频率偏移的回波信号，有利于各个时间段的信号处理。

在一个具体地实施例中，如图3至图7所示，在第一时间段、第二时间段及第三时间段内，设置第一探测信号对应的频率斜率依次为上升频率斜坡的上扫频、恒定频率的水平扫频、下降频率斜坡的下扫频，并设置第二探测信号频率斜率依次为下降频率斜坡的下扫频、恒定频率的水平扫频、上升频率斜坡的上扫频，便于在第一时间段和第三时间段内获得两条瞬时频率偏移的回波信号，在第二时间段内去除距离拍频频率的影响，只获得恒定频率下目标的多普勒拍频频率，更快获得当前目标的速度信息，以结合第一时间段和第三时间段内的速度信息及距离信息，以便根据目标的探测信息做出适应性的处理。

优选地，当第一探测信号和第二探测信号都处于恒定频率的水平扫频时，还能停止第一探测信号的发射或者停止第二探测信号的发射，只保留其中一个探测信号的发射，便于降低雷达的发射功率，降低信息处理量，并降低能耗。

S440,基于第一频率、第二频率、第一频率斜率及第二频率斜率，获得距离拍频频率及多普勒拍频频率。

其中，在每个时间段内，基于第一频率、第二频率、第一频率斜率及第二频率斜率，进行信息处理从而获得目标在每个时间段内的距离拍频频率及多普勒拍频频率，便于后续的信息处理。

由于探测信号在空间中的传播需要一定的时间，所以探测信号从发射出去到回波信号被接收具有一定的延时，这个延时的时间差用Δt表示。

由于多普勒效应的存在，当目标相对于雷达以不同速度运动，且目标在一定距离内接近或远离雷达时，存在多普勒拍频频率小于距离拍频频率或者多普勒拍频频率大于距离拍频频率的场景。为了适应这些场景，需要在探测周期内获得目标更多的距离和速度信息，以便根据目标的探测信息及时采取行动。

如图3至图6所示，在各个场景中的第一时间段内，能获得如下计算式：

f

f

f

f

其中，

f

f

f

f

K

K

f

Δt为时间差。

在一个实施例中，基于第一频率、第二频率、第一频率斜率及第二频率斜率，获得距离拍频频率及多普勒拍频频率，包括：

距离拍频频率包括第一距离拍频频率；

若多普勒拍频频率小于距离拍频频率，基于第M时间段内的第一频率、第二频率、第一频率斜率及第二频率斜率，通过第一距离拍频频率计算式获得距离拍频频率，通过多普勒拍频频率计算式获得多普勒拍频频率，其中，第一频率斜率与第二频率斜率不同。

可选地，当M取值为1时，若多普勒拍频频率小于距离拍频频率，基于第一时间段内的第一频率、第二频率、第一频率斜率及第二频率斜率，通过第一距离拍频频率计算式获得距离拍频频率，通过多普勒拍频频率计算式获得多普勒拍频频率。

如图3、图6所示，在一些实施例中，在第一场景及第四场景的第一时间段内，多普勒拍频频率f

f

若多普勒拍频频率f

f

根据第一时间段内的各计算式，获得第一距离拍频频率计算式，第一距离拍频频率计算式为：

其中，f

f

f

K

K

需要说明的是，当第一距离拍频频率f

如图3、图6所示，在一些实施例中，在第一场景及第四场景的第一时间段内，多普勒拍频频率f

第一多普勒拍频频率计算式为：

第四多普勒拍频频率计算式为：

其中，f

f

f

f

f

K

K

在另一个实施例中，基于第一频率、第二频率、第一频率斜率及第二频率斜率，获得距离拍频频率及多普勒拍频频率，包括：

距离拍频频率包括第二距离拍频频率；

若多普勒拍频频率大于距离拍频频率，基于第M时间段内的第一频率、第二频率、第一频率斜率及第二频率斜率，通过第二距离拍频频率计算式获得距离拍频频率，通过多普勒拍频频率计算式获得多普勒拍频频率，其中，第一频率斜率与第二频率斜率不同。

可选地，当M取值为1时，若多普勒拍频频率大于距离拍频频率，基于第一时间段内的第一频率、第二频率、第一频率斜率及第二频率斜率，通过第二距离拍频频率计算式获得距离拍频频率，通过多普勒拍频频率计算式获得多普勒拍频频率。

如图4、图5所示，在一些实施例中，在第二场景及第三场景的第一时间段内，多普勒拍频频率f

f

若多普勒拍频频率f

f

根据第一时间段内的各计算式，获得第二距离拍频频率计算式，第二距离拍频频率计算式为：

其中，f

f

f

K

K

如图4、图5所示，在一些实施例中，在第二场景及第三场景的第一时间段内，多普勒拍频频率f

所述第二多普勒拍频频率计算式为：

所述第三多普勒拍频频率计算式为：

其中，f

f

f

f

f

K

K

S500，基于时间段内的距离拍频频率、光的速度及频率斜率的绝对值，获得时间段内目标的距离信息，基于时间段内的多普勒拍频频率及中心频率，获得目标的速度信息。

在一个实施例中，通过雷达与目标之间距离的第一距离计算式进行数学变换获得第二距离计算式，基于时间段内的距离拍频频率、光的速度及频率斜率的绝对值，通过第二距离计算式获得时间段内目标的距离信息,通过多普勒拍频频率与速度及中心频率相关的计算式进行变换获得速度计算式，基于时间段内的多普勒拍频频率及中心频率，通过速度计算式获得目标的速度信息。

第一距离计算式为：

其中，R为目标与雷达之间的距离；

f

c为光的速度；

t为第M时间段的扫描时间；

B为第M时间段内扫描频率斜率的带宽。

在一个实施例中，在第一时间段内，由于B/t＝K，故获得B

其中，B

B

t

第一距离计算式进行数学变换获得第二距离计算式，第二距离计算式为：

或者为：

式中符号含义如前所述。

多普勒拍频频率与速度及中心频率相关的计算式为：

其中，f

f

v为目标的速度；

c为光的速度。

多普勒拍频频率与速度及中心频率相关的计算式进行数学变换获得速度计算式，速度计算式为

计算式中符号含义与上述相同。

可选地，在另一个实施例中，由于第一探测信号的波长和第二探测信号的波长的差值大于或者等于0.1nm，第一探测信号的波长λ

再由于c＝λ×f

其中，λ为第一探测信号的波长λ

f

故基于速度、多普勒频率及探测信号的波长也能获得目标的速度信息。

由于采用了2个同时发射的第一探测信号和第二探测信号，且第一探测信号和第二探测信号在第一时间段、第二时间段及第三时间段内均具有3个不同的频率斜率，从而在一个探测周期内能获得目标更多的距离信息和速度信息，极大的提高了雷达在时间和空间上对于目标的分辨率，有利于载有雷达的装置基于目标的距离信息和速度信息做出更匹配的操作。

在一个实施例中，第二时间段内的第一探测信号和第二探测信号由于采用恒定频率进行扫描，拍频信号只包含多普勒拍频信息，对于运动的目标可以基于多普勒拍频通过上述速度计算式获得目标的速度信息。

可选地，在一些实施例中，如图3至图6所示，为了进一步提高雷达对于目标的距离信息和速度信息的分辨率，还能基于第三时间段内的距离拍频频率、光的速度及频率斜率的绝对值，获得第三时间段内所述目标的距离信息，基于第三时间段内的多普勒拍频频率及中心频率，获得第三时间段内所述目标的速度信息。

如图3至图6所示，在第一场景至第四场景中，第一探测信号和第二探测信号在第三时间段内的频率斜率的绝对值都为第一频率斜率的绝对值K

f

f

f

其中，

f

f

f

K

f

Δt为时间差。

在一些实施例中，在第三时间段中，当多普勒拍频频率小于距离拍频频率时，距离拍频频率还包括第三距离拍频f

如图3、图6所示，根据第一距离拍频计算式，在第一场景与第四场景中，第一探测信号和第二探测信号在第三时间段内的频率斜率的绝对值都为第一频率斜率的绝对值K

其中，f

f

f

如图3、图6所示，在第一场景与第四场景中，在第三时间段内，若多普勒拍频频率f

f

同理，在第一场景与第四场景中，根据第一多普勒拍频计算式和第四多普勒拍频计算式，第一探测信号和第二探测信号在第三时间段内的频率斜率的绝对值都为第一频率斜率的绝对值K

在另一些实施例中，在第三时间段中，当多普勒拍频频率大于距离拍频频率时，距离拍频频率还包括第四距离拍频f

如图4、图5所示，根据第二距离拍频计算式，在第二场景与第三场景中，第一探测信号和第二探测信号在第三时间段内的频率斜率的绝对值都为第一频率斜率的绝对值K

其中，f

f

f

如图4、图5所示，在第三时间段中，若多普勒拍频频率f

f

同理，在第二场景与第三场景中，根据第二多普勒拍频计算式和第三多普勒拍频计算式，第一探测信号和第二探测信号在第三时间段内的频率斜率的绝对值都为第一频率斜率的绝对值K

在一些实施例中，设置K

例如，如图3所示，在第一场景中，由于多普勒拍频频率小于距离拍频频率，第一时间段的第二频率的计算式为f

又例如，如图4所示，在第二场景中，由于多普勒拍频频率大于距离拍频频率，第一时间段的第二频率的计算式为f

又例如，如图5所示，在第三场景中，由于多普勒拍频频率大于距离拍频频率，第一时间段的第一频率的计算式为f

再例如，如图6所示，在第四场景中，由于多普勒拍频频率小于距离拍频频率，由于第一时间段的第一频率的计算式为f

需要说明的是，K

根据第一时间段的距离计算式，第三时间段的第三距离计算式为：

其中，R

f

c为光的速度；

K

根据第一时间段的速度计算式，第三时间段的速度计算式为：

其中，f

f

v

c为光的速度。

第三时间段的速度计算式，还能为速度与多普勒频率及波长相关的计算式，速度与多普勒频率及波长相关的计算式为：

其中，其中，f

λ为第一探测信号的波长λ

如图7所示，第五场景中，目标静止不动，在各个时间段内，激光雷达与目标近似为没有相对速度，故不会产生多普勒效应，导致多普勒拍频频率为0，基于前述内容获得目标的距离信息和速度信息。

应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本申请实施例的实施过程构成任何限定。

本实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

本申请实施例的第一方面提供了一种探测目标的距离和速度的方法，应用于雷达，通过同时发射第一探测信号和第二探测信号，第一探测信号和第二探测信号在探测周期内都包括S个时间段，其中，S≧3，2个探测信号分束的本振探测信号分别与回波信号混频后获得第一拍频信号和第二拍频信号，基于每个时间段的第一拍频信号及第二拍频信号获得目标在该时间段内的距离拍频频率和多普勒拍频频率，再基于距离拍频频率和多普勒拍频频率分别获得目标的距离信息和速度信息。本实施例的方法由于同时发送了具有不同频率斜率的2个探测信号，探测信号在一个探测周期内包括至少3个时间段，并接收对应的回波信号，从而在一个探测周期内获得了更多的距离信息和速度信息，故提高了激光雷达在一个探测周期内对目标的速度和距离的时间分辨率和空间分辨率，使得激光雷达适用于各种应用场景。

本实施例第二方面提供了一种激光雷达，包括：

包括处理器和存储器，其中，存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器加载并执行如第一方面内容中任一项所述的方法。

如图8所示，在一个实施例中，激光雷达激光类还包括发射模块10、光收发模块20、扫描模块30及接收模块40。

其中，发射模块10，用于同时发射第一探测信号和第二探测信号，其中，第一探测信号和第二探测信号的探测周期内都包括S个时间段，每个时间段中第一探测信号和第二探测信号均具有对应的频率斜率，S≧3。

光收发模块20，用于将第一探测信号和第二探测信号输出至扫描模块30。

扫描模块30，用于将光收发模块20输出的第一探测信号和第二探测信号出射至目标，并接收目标反射的回波信号并将回波信号传输给光收发模块20。

光收发模块20，还用于接收扫描模30输出的回波信号并将回波信号输出至接收模块40。

接收模块40，用于接收目标反射后的回波信号，还用于回波信号与第一探测信号分束的第一本振探测信号混频获得第一拍频信号，回波信号与第二探测信号分束的第二本振探测信号进行混频获得第二拍频信号，并将第一拍频信号和第二拍频信号传输至信号处理模块50。

信息处理模块50包括第一信号处理模块51和第二信号处理模块52，第一信号处理模块51，用于在第M时间段内，基于第一拍频信号、第二拍频信号、第一探测信号对应的频率斜率的绝对值及第二探测信号对应的频率斜率的绝对值，获得目标在第M时间段内的距离拍频频率和多普勒拍频频率，并确定第一探测信号及第二探测信号在第M时间段内对应的中心频率，其中，1≦M≦S且M为整数；

第二信号处理模块52，用于基于时间段内的距离拍频频率、光的速度及频率斜率的绝对值，获得时间段内目标的距离信息，基于时间段内的多普勒拍频频率及中心频率，获得时间段内目标的速度信息。

在一个具体的实施例中，在调频连续波雷达中，发射模块10包括两个波长间隔大于0.1nm的发射器，发射器包括第一发射器与第二发射器。第一发射器与第二发射器接入发射模块10的驱动信号，同时发射预设条件的第一探测信号和第二探测信号。预设条件为：在第一探测信号和第二探测信号的一个探测周期中包括三个时间段，每个时间段中第一探测信号和第二探测信号均具有对应的频率斜率，第一探测信号和第二探测信号在一个探测周期中均具有3个不同的频率斜率。在一个探测周期中，第一探测信号的扫描频率斜率依次为上升斜坡频率斜率的上扫频、恒定频率的水平扫频、下降斜坡频率斜率的下扫频，而第二探测信号的扫描频率斜率依次为下降斜坡频率斜率的下扫频、恒定频率的水平扫频、上升斜坡频率斜率的上扫频，且上扫频的频率斜率的绝对值大于下扫频的频率斜率的绝对值，也即上扫频的频率带宽B1大于下扫频的频率带宽B2。发射模块10还将第一探测信号分束的第一本振探测信号输出到接收模块40，以及将第二探测信号分束的第二本振探测信号输出到接收模块40。由于两个发射器器共用一条光路，降低了整个雷达的成本。

可选地，当第一探测信号和第二探测信号都处于恒定频率的水平扫频时，还能控制第一发射器停止发射第一探测信号或者控制第二发射器停止发射第二探测信号，只保留一个发射器发射探测信号。

光收发模块20将第一探测信号和第二探测信号输出至扫描模块30。

扫描模块30将光收发模块20输出的第一探测信号和第二探测信号出射至目标，并接收目标反射的回波信号，再将回波信号传输给光收发模块20。

光收发模块20还接收扫描模30输出的回波信号，并将回波信号输出至接收模块40。

接收模块40接收光收发模块20输出的回波信号，还将回波信号与第一本振探测信号混频获得第一拍频信号，将回波信号与第二本振探测信号进行混频获得第二拍频信号，并将第一拍频信号和第二拍频信号分别传输至信息处理模块50。

信息处理模块50包括第一信号处理模块51和第二信号处理模块52，其中，第一信号处理模块51，在第M时间段内，基于第一拍频信号、第二拍频信号、第一探测信号对应的频率斜率的绝对值及第二探测信号对应的频率斜率的绝对值，获得目标在第M时间段内的距离拍频频率和多普勒拍频频率，并确定第一探测信号及第二探测信号在第M时间段内对应的中心频率，M依次取值为1、2、3，并将每个时间段的距离拍频频率和多普勒拍频频率传输至第二信号处理模块52。第二信号处理模块52则基于各时间段内的距离拍频频率、光的速度及频率斜率的绝对值，获得各时间段内目标的距离信息，基于各时间段内的多普勒拍频频率及中心频率，获得各时间段内目标的速度信息。

可选地，发射模块10还包括闭环非线性校正与驱动模块，闭环非线性校正与驱动模块包括双路发射器驱动电路和双路闭环锁相非线性校正电路。

可选地，第一发射器和第二发射器，还分别经过分束光纤将部分光分配至具有长延时线的MZI(Mach-Zehnder Interferometer马赫-岑德尔干涉仪)干涉器，MZI干涉器输出的光经过两路光纤输出接收模块40，接收模块40输出拍频信号用于监测发射器本身的调频非线性，以便对非线性的信号进行补偿。

可选地，信息处理模块50包括FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程逻辑门阵列)。

在一个实施例中，由于现有技术中外调制FMCW LiDAR，自身的马赫-岑德尔干涉仪(Mach-Zehnder interferometer，MZI)或数字相位马赫-岑德尔干涉仪(Digital PhaseMach-Zehnder interferometer，DPMZI)调制器成本非常高，后续同相正交(In-phaseQuadrature，IQ)调制电路复杂度较大，硬件成本占比很大，采用本实施例的FMCW LiDAR能大幅降低成本。

可以理解的是，上述第二方面的有益效果可以参见上述第一方面中的相关描述，在此不再赘述。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的模块及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。