激光雷达、车辆、测距误差测量方法、及测距方法

摘要

本发明公开了一种激光雷达、车辆、测距误差测量方法、及测距方法。所述激光雷达包括第一接收电路、第二接收电路、时间数字转换器、控制单元和测量光束发生器，测量光束发生器用于同时向第一接收电路发射第一测量光束、以及向第二接收电路发射第二测量光束，第一接收电路用于将第一测量光束转换为第一电信号，第二接收电路用于将第二测量光束转换为第二电信号，时间数字转换器用于确定校正激光雷达的测距结果的校准时间差，并将校准时间差传输至控制单元，以由控制单元存储；其中，校准时间差为第一电信号和第二电信号达到时间数字转换器的时间差。本公开解决了相关的激光雷达中的两个电路回路的延时不同，而造成测量距离存在误差的技术问题。

说明书

技术领域

本公开涉及雷达测距领域，具体地，涉及一种激光雷达、车辆、测距误差测量方法、及测距方法。

背景技术

相关技术中，脉冲式激光雷达技术采用飞行时间(TOF：Time-of-Flight)的计算方法测量距离，为了能够提高测量精度，将会把发射光束进行分光，一路作为内参考光路，另外一路作为探测被测物光束，两路光束都会设计相同的接收电路，以此减少延时产生的误差。飞行时间测量方法采用内参考光路接收产生的脉冲信号作为计时芯片TDC(Time ToDigital Converter；时间数字转换器)的start启动信号，而从被测物反射回来的反射回波光束接收的脉冲信号作为TDC的stop计时停止信号。采用内参考光路启动TDC计时后，等待回波脉冲信号停止TDC的计时，从而TDC计时得到光从发射到被测物反射回来的时间，再通过光速与时间的关系计算得到发射端到被测物的距离。整个系统的精度取决于时间的准确计算，也就是TDC的start时刻与stop时刻的准确度。

上述的脉冲式激光雷达的测量精度会有所限制，造成该缺点的原因主要是：start信号的电路回路与stop信号的电路回路虽然采用了同样的电路设计，但是因半导体的特性、环境因素等原因造成两个电路回路的延时不可能做到完全一致。因此，如果两个电路回路的延时存在较大区别，则会造成时间测量的误差，从而造成测量距离的误差。

发明内容

本公开的目的是提供一种激光雷达、车辆、测距误差测量方法、及测距方法，用以解决相关的激光雷达中的两个电路回路的延时不同，而造成测量距离存在误差的技术问题。

为了实现上述目的，本公开提供一种激光雷达，包括第一接收电路、第二接收电路、时间数字转换器和控制单元，所述激光雷达还包括：

测量光束发生器，所述测量光束发生器用于同时向所述第一接收电路发射第一测量光束、以及向所述第二接收电路发射第二测量光束，所述第一接收电路用于将所述第一测量光束转换为第一电信号，所述第二接收电路用于将所述第二测量光束转换为第二电信号，所述时间数字转换器分别与所述第一接收电路和所述第二接收电路连接，用于确定校正所述激光雷达的测距结果的校准时间差，并将所述校准时间差传输至所述控制单元，以由所述控制单元存储；其中，所述校准时间差为所述第一电信号和所述第二电信号达到所述时间数字转换器的时间差。

可选地，还包括：测量光束驱动器，用于在所述控制单元发出脉冲后，驱动所述测量光束发生器同时发射所述第一测量光束和所述第二测量光束。

可选地，还包括：

多路选择器，用于当所述第一电信号比所述第二电信号先到达所述时间数字转换器时，将所述时间数字转换器的开始信号管脚和停止信号管脚分别连接到所述第一接收电路和所述第二接收电路，以使所述第一接收电路接收所述第一测量光束，以及使所述第二接收电路接收所述第二测量光束；

当所述第二电信号比所述第一电信号先到达所述时间数字转换器时，将所述时间数字转换器的开始信号管脚和停止信号管脚分别连接到所述第二接收电路和所述第一接收电路，以使所述第二接收电路接收所述第一测量光束，以及使所述第一接收电路接收所述第二测量光束。

可选地，还包括：

激光发生器，用于发射激光光束；

分光镜，用于将所述激光发生器发射的激光光束分为参考光束和测距光束后，将所述参考光束发送给所述第一接收电路，以及向被测物发射所述测距光束；

其中，所述第一接收电路用于将所述参考光束转变为参考电信号，所述第二接收电路用于将遇到被测物反射回来的所述测距光束转变为测距电信号，所述时间数字转换器根据接收到的所述参考电信号和所述测距电信号确定飞行时间，并根据所述校准时间差和所述飞行时间，计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离。

可选地，所述激光雷达与所述被测物之间的距离为L，所述校准时间差为Tdelay，所述飞行时间为T，则：

L＝C*(T-Tdelay)/2；其中，C为光速。

可选地，所述激光发生器为红外线激光发生器，所述测量光束发生器为红外发光二极管。

本公开还提供一种车辆，包括上述的激光雷达。

本公开还提供一种测距误差测量方法，应用于激光雷达，所述激光雷达包括第一接收电路、第二接收电路、以及时间数字转换器，所述误差测量方法包括：

向所述第一接收电路和所述第二接收电路同时分别发射第一测量光束、以及第二测量光束，以使所述第一接收电路和所述第二接收电路将所述第一测量光束和所述第二测量光束分别转变为第一电信号和第二电信号；

确定校准时间差，其中，所述校准时间差用于校正所述激光雷达的测距结果，所述校准时间差为所述第一电信号和所述第二电信号达到所述时间数字转换器的时间差。

可选地，所述确定校准时间差，包括：

判断所述第一电信号在所述第一接收电路的延时是否小于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时；

当所述第一电信号在所述第一接收电路的延时小于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时时，将所述第一电信号和所述第二电信号到达所述时间数字转换器的时间差作为所述校准时间差。

可选地，所述判断所述第一电信号在所述第一接收电路的延时是否小于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时，包括：

判断所述时间数字转换器计时是否超时；

当所述时间数字转换器计时没有超时时，确定所述第一电信号在所述第一接收电路的延时小于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时；当所述时间数字转换器计时超时时，确定所述第一电信号在所述第一接收电路的延时大于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时。

可选地，所述向所述第一接收电路和所述第二接收电路同时分别发射第一测量光束、以及第二测量光束之前，所述测距误差测量方法还包括：

将所述时间数字转换器的开始信号管脚和停止信号管脚分别连接到所述第一接收电路和所述第二接收电路。

可选地，当所述第一电信号在所述第一接收电路的延时是大于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时时，所述测距误差测量方法还包括：

将所述时间数字转换器的开始信号管脚和停止信号管脚分别连接到所述第二接收电路和所述第一接收电路；

返回所述向所述第一接收电路和所述第二接收电路同时分别发射第一测量光束、以及第二测量光束的步骤。

本公开还提供一种激光雷达的测距方法，所述测距方法包括：

向被测物发射测距光束；

获取所述测距光束所对应的飞行时间；

根据上述的测距误差测量方法获得的所述校准时间差以及所述飞行时间，计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离。

可选地，所述计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离，包括：

L＝C*(T-Tdelay)/2

其中，L为所述激光雷达与所述被测物之间的距离，C为光速，Tdelay为所述校准时间差，T为所述飞行时间。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过向所述第一接收电路和所述第二接收电路同时分别发射第一测量光束、以及第二测量光束，所述第一接收电路和所述第二接收电路将所述第一测量光束和所述第二测量光束分别转变为第一电信号和第二电信号，并发送至所述时间数字转换器，根据所述第一电信号和所述第二电信号达到所述时间数字转换器的时间差，校正所述激光雷达的测距结果，解决了所述第一接收电路和所述第二接收电路因延时不同，而造成测量距离存在误差的技术问题。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的框图。

图2是根据一示例性实施例示出的一种测距误差测量方法的流程图。

图3是根据一示例性实施例示出的一种测距误差测量方法的另一流程图。

图4是根据一示例性实施例示出的判断第一接收电路的延时是否小于第二接收电路的延时的流程图。

图5是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的测距方法的流程图。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的框图。如图1所示，一种激光雷达，包括第一接收电路11、第二接收电路12、时间数字转换器13、控制单元10和测量光束发生器14。

所述测量光束发生器14用于同时向所述第一接收电路11发射第一测量光束、以及向所述第二接收电路12发射第二测量光束。所述测量光束发生器14可以是单独的一个光束发射器，比如通过用户控制发射测量光束。所述测量光束发生器14也可以是接受控制单元10的控制而发射测量光束。

可选地，所述激光雷达还包括：连接于所述控制单元10和所述测量光束发生器14的测量光束驱动器140。所述控制单元10向所述测量光束驱动器140发出脉冲后，所述测量光束驱动器140驱动所述测量光束发生器14同时发射所述第一测量光束和所述第二测量光束。可选地，所述测量光束发生器14为低成本的红外发光二极管，所述测量光束驱动器140为红外二极管驱动器，所述控制单元10向红外二极管驱动器发出脉冲后，红外二极管驱动器驱动红外发光二极管向第一接收电路11和第二接收电路12同时发射脉冲红外光。

所述第一接收电路11用于将所述第一测量光束转换为第一电信号，所述第二接收电路12用于将所述第二测量光束转换为第二电信号。第一接收电路11和第二接收电路12可以直接连接于时间数字转换器13。如图1所示，第一接收电路11包括接收第一测量光束的光电二极管111、连接于光电二极管111的电流转电压电路112、连接于电流转电压电路112的放大电路113、连接于放大电路113的时刻鉴别电路114；第二接收电路12包括接收第二测量光束的光电二极管121、连接于光电二极管121的电流转电压电路122、连接于电流转电压电路122的放大电路123、连接于放大电路123的时刻鉴别电路124。其中，时刻鉴别电路114、124为波形整形电路，用于将放大电路113、123传输过来的波形整形后发送给时间数字转换器13。

虽然，第一接收电路11和第二接收电路12采用了同样的电路设计，但是因半导体的特性、环境因素等原因造成两个电路回路的延时不可能做到完全一致，因此，第一电信号和第二电信号到达时间数字转换器13的时间有可能不一致。所述时间数字转换器13将所述第一电信号和所述第二电信号达到所述时间数字转换器13的时间差作为校准时间差，并将所述校准时间差传输至所述控制单元10，以由所述控制单元10存储。所述控制单元10根据所述校准时间差，来校正所述激光雷达的测距结果。

请继续参照图1，可选地，本公开的所述激光雷达，还包括多路选择器15。所述多路选择器15用于当所述第一电信号比所述第二电信号先到达所述时间数字转换器13时，将所述时间数字转换器13的开始信号管脚和停止信号管脚分别连接到所述第一接收电路11和所述第二接收电路12，以使所述第一接收电路11接收所述第一测量光束，以及使所述第二接收电路12接收所述第二测量光束。

当所述第二电信号比所述第一电信号先到达所述时间数字转换器13时，将所述时间数字转换器13的开始信号管脚和停止信号管脚分别连接到所述第二接收电路12和所述第一接收电路11，以使所述第二接收电路12接收所述第一测量光束，以及使所述第一接收电路11接收所述第二测量光束。

其中，判断所述第一接收电路11的延时是否小于所述第二接收电路12中的延时，可以通过判断所述时间数字转换器13计时是否超时的方式来确定。比如，开始可以默认设置为所述时间数字转换器13的开始信号管脚和停止信号管脚分别连接到所述第一接收电路11和所述第二接收电路12。所述测量光束发生器14发射所述第一测量光束和所述第二测量光束后，判断所述时间数字转换器13计时是否超时。

当所述第一接收电路11的延时小于所述第二接收电路12中的延时，所述第一电信号从所述开始信号管脚进入所述时间数字转换器13，所述时间数字转换器13开始计时，直到所述第二电信号从停止信号管脚进入所述时间数字转换器13，所述时间数字转换器13停止计时。当所述第一接收电路11的延时大于所述第二接收电路12中的延时，所述第二电信号从停止信号管脚进入所述时间数字转换器13，此时，所述时间数字转换器13并不会开始计时；当所述第一电信号从所述开始信号管脚进入所述时间数字转换器13，所述时间数字转换器13才开始计时，而由于所述第二电信号已经消失了，所述时间数字转换器13会一直计时到溢出为止。

请继续参照图1，可选地，本公开的所述激光雷达，还包括激光发生器16和分光镜17。

所述激光发生器16用于发射激光光束。所述激光发生器16可以是单独的一个激光光束发射器，比如通过用户控制发射激光光束。所述激光发生器16也可以是接受控制单元10的控制而发射激光光束。可选地，所述激光雷达还包括：连接于所述控制单元10和所述激光发生器16的激光驱动器160。所述控制单元10向所述激光驱动器160发出脉冲后，所述激光驱动器160驱动所述激光发生器16发射激光光束。可选地，所述激光发生器16为红外线激光发生器，所述激光驱动器160为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-EffectTransistor；金属-氧化物半导体场效应晶体管)驱动器。

所述分光镜17用于将所述激光发生器16发射的激光光束分为参考光束和测距光束，以使所述第一接收电路11接收所述参考光束，并将所述参考光束转变为参考电信号。

其中，所述第二接收电路12将遇到被测物反射回来的所述测距光束转变为测距电信号，所述时间数字转换器13根据接收到的所述参考电信号和所述测距电信号确定飞行时间，所述飞行时间为所述参考电信号和所述测距电信号到达所述时间数字转换器13的时间差，并根据所述校准时间差和所述飞行时间，计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离。

假设所述激光雷达与所述被测物之间的距离为L，所述校准时间差为Tdelay，所述飞行时间为T，则：

L＝C*(T-Tdelay)/2；其中，C为光速。

本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：

通过向所述第一接收电路和所述第二接收电路同时分别发射第一测量光束、以及第二测量光束，所述第一接收电路和所述第二接收电路将所述第一测量光束和所述第二测量光束分别转变为第一电信号和第二电信号，并发送至所述时间数字转换器，根据所述第一电信号和所述第二电信号达到所述时间数字转换器的时间差，校正所述激光雷达的测距结果，解决了所述第一接收电路和所述第二接收电路因延时不同，而造成测量距离存在误差的技术问题。

本公开还提供了一种车辆，包括上述的激光雷达。所述车辆可以是电动汽车，也可以是其它类型的车辆，对此，本公开不做具体限定。所述车辆所包括的激光雷达，已经在上文中的激光雷达的实施例中进行了详细描述，为了说明书的简洁，此处将不做详细阐述说明。

图2是根据一示例性实施例示出的一种测距误差测量方法的流程图。如图2所示，本公开还公开了一种测距误差测量方法，所述测距误差测量方法应用于上述的激光雷达，所述误差测量方法可以包括以下步骤。

在步骤S11中，向所述第一接收电路和所述第二接收电路同时分别发射第一测量光束、以及第二测量光束，以使所述第一测量光束和所述第二测量光束分别转变为第一电信号和第二电信号。

在步骤S12中，确定校准时间差，其中，所述校准时间差用于校正所述激光雷达的测距结果，所述校准时间差为所述第一电信号和所述第二电信号达到所述时间数字转换器的时间差。

图3是根据一示例性实施例示出的一种测距误差测量方法的另一流程图。如图3所示，所述误差测量方法可以包括以下步骤。

在步骤S21中，将所述时间数字转换器的开始信号管脚和停止信号管脚分别连接到所述第一接收电路和所述第二接收电路。

在步骤S22中，向所述第一接收电路和所述第二接收电路同时分别发射第一测量光束、以及第二测量光束，以使所述第一测量光束和所述第二测量光束分别转变为第一电信号和第二电信号.

在步骤S23中，判断所述第一电信号在所述第一接收电路的延时是否小于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时。

在步骤S24中，当所述第一电信号在所述第一接收电路的延时大于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时时，将所述时间数字转换器的开始信号管脚和停止信号管脚分别连接到所述第二接收电路和所述第一接收电路，返回步骤S22。

在步骤S25中，当所述第一电信号在所述第一接收电路的延时小于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时时，将所述第一电信号和所述第二电信号到达所述时间数字转换器的时间差作为所述校准时间差。

可选地，如图4所示，所述判断所述第一电信号在所述第一接收电路的延时是否小于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时，可以包括以下步骤。

在步骤S231中，判断所述时间数字转换器计时是否超时。

在步骤S232中，当所述时间数字转换器计时没有超时时，确定所述第一电信号在所述第一接收电路的延时小于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时。

在步骤S233中，当所述时间数字转换器计时超时时，确定所述第一电信号在所述第一接收电路的延时大于所述第二电信号在所述第二接收电路中的延时。

图5是根据一示例性实施例示出的一种激光雷达的测距方法的流程图。如图5所示，所述测距方法可以包括以下步骤。

在步骤S51中，向被测物发射测距光束。

在步骤S52中，获取所述测距光束所对应的飞行时间。

在步骤S53中，根据上述的测距误差测量方法获得的所述校准时间差以及所述飞行时间，计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离。

可选地，所述计算所述激光雷达与所述被测物之间的距离，包括：

L＝C*(T-Tdelay)/2；

其中，L为所述激光雷达与所述被测物之间的距离，C为光速，Tdelay为所述校准时间差，T为所述飞行时间。

与所述测距误差测量方法、及所述测距方法对应的激光雷达，已经在上文中的激光雷达的实施例中进行了详细描述，为了说明书的简洁，此处将不做详细阐述说明。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。