LIDAR系统技术方案

一种发射激光脉冲串的LIDAR系统，其中每个脉冲串具有至少一对脉冲。每对脉冲中的脉冲间隔一段时间间隔，该时间间隔具有可变的持续时间，以减少串扰的影响。例如，某些实施例可以具有顺序使用的多个发射器/传感器信道，并且每个信道可以针对脉冲间间隔使用不同的持续时间以减少信道之间的串扰的影响。所述持续时间也可以随时间变化。发射器和传感器物理地被布置成二维阵列以实现相对精细的竖直间距。阵列具有使用六边形封装布置的交错的行。这些信道按顺序使用，该顺序被选择以最大化连续使用的信道之间的间隔，从而进一步减少信道间串扰的可能性。

LIDAR System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】LIDAR系统相关申请的交叉引用本专利申请是2017年4月13日提交的编号为15/487,171的美国申请的PCT国际申请，该专利申请要求2016年12月30日提交的编号为62/440,730、名称为“LIDAR系统”的美国临时专利申请的优先权，上述所有文件通过引用整体并入本文并用于所有目的。
技术介绍
术语“LIDAR”是指通过发射光并测量光的反射特性来测量可见表面的距离的技术。该术语是单词“光”和“雷达”的一部分的组合，尽管该术语通常被认为是“激光探测及测距”的首字母缩写。如本文所使用的那样，术语“LIDAR”是指基于确定光在测量设备与一个或多个目标点之间的传播时间的距离测量技术。LIDAR系统通常具有至少一个光发射器和对应的光传感器。光发射器可以包括激光器(例如注入激光二极管(ILD))，其在物体或表面的方向上引导高度相干的光。光传感器可以包括光电探测器(例如光电倍增管或雪崩光电二极管(APD))，其将光强度转换成相应的电信号。诸如透镜或反射镜的光学元件可以用在光传输和接收路径中以聚焦和引导光。LIDAR系统具有信号处理部件，所述信号处理部件分析反射光信号以确定到发射激光被反射的表面的距离。例如，当光信号从激光发射器行进到该表面并返回到光传感器时，系统可以测量光信号的传播时间。然后基于飞行时间和已知的光速计算距离。一些LIDAR设备可以测量某个场景中多个表面点的距离。对于每个表面点，LIDAR系统可以确定表面点的距离及其相对于设备的角度方向。该能力可用于创建包括多个表面点的三维坐标的点云。为了测量多个表面点的坐标，LIDAR系统可以使用多个激光发射器和/或多个光传感器。或者，LIDAR系统可以物理地移动一个或多个激光器和/或检测器以扫描某个场景，同时重复地测量不同的表面点。LIDAR系统已被用于为自动驾驶车辆中的引导、导航和控制系统提供信息。在诸如此类的系统中，一个或多个LIDAR设备被配置为产生指示车辆周围的可见表面点的3D坐标的表面地图。引导、导航和控制系统分析该数据以识别障碍物、执行避障以及确定期望的行进路径。附图说明参考附图进行详细描述。在附图中，附图标记最左边的数字表示首次出现该附图标记的附图。不同附图中使用的相同附图标记表示类似或相同的部件或特征。图1A和图1B是示例旋转LIDAR组件的截面透视图。图2是可以在图1A和图1B的LIDAR组件中使用的示例性光传感器的代表性顶视图。图3是示例光传感器的代表性顶视图，其示出了示例封装布置。图4是可以在图1A和图1B的LIDAR组件中使用的示例激光光源的代表性顶视图。图5是可以在图1A和图1B的LIDAR组件中使用的示例激光光源的透视图。图6是示出在一些示例中可以与LIDAR测量信道结合使用的高级部件的框图。图7是示出可以生成或接收在LIDAR测量信道中的示例波形的图表。图8A是可以在测量信道中使用以生成一对激光脉冲的示例电路的示意图。图8B是可以在测量信道中使用以激发激光发射器的触发电路的示意图。图9是可以在测量信道中使用以生成单个激光脉冲的示例电路的示意图。图10是激光发射器的示例阵列及其与不同充电库的关联的代表性视图。图11是示出传感器元件的示例阵列及其与不同ADC(模拟-数字转换器)组的关联的框图。图12是示出示例测量信道序列的图表。图13是用于说明信道顺序的示例测量信道阵列的代表性视图。图14是示出执行距离测量的示例方法的流程图。具体实施方式本文描述了一种用于确定某个场景内的可见表面的实时坐标的装置和相关技术。该装置和技术可用于各种类型的视觉系统中，以产生指示从装置的视角可见的表面的三维(3D)坐标的点云。作为示例，该装置和技术可以由诸如汽车、飞机、轮船等的自动驾驶车辆的引导、导航和控制系统使用。该装置和技术还可以用于需要实时、多点、扫描性距离测量的其他应用中(例如机器人、有人车辆和计算机视觉系统)。该装置包括可旋转底架，所述可旋转底架容纳用于实现LIDAR距离测量系统的部件。在所描述的实施例中，底架围绕竖直旋转轴线旋转以在某个场景上水平地扫描，尽管在其他实施例中底架可以非竖直地对准。该装置具有一个或多个透镜，所述一个或多个透镜限定装置周围的场景的整体视场。当底架旋转时，视场在场景中移动或扫描。该装置具有多个激光发射器，所述多个激光发射器定位在底架内以通过所述一个或多个透镜向外投射激光。该装置还具有多个光传感器元件，使得任何特定发射器发出的光被反射通过所述一个或多个透镜到达相应的传感器元件。出于讨论的目的，术语“信道”在本文中用于指代单个激光发射器、对应的传感器元件以及与发射器和传感器元件相关联的电路。在一些示例中，激光发射器和传感器元件可以相对于装置的整个视场具有类似或相同的物理布置或布局。例如，传感器元件可以被布置在具有x轴以及正交的y轴的传感器图像框架内，所述x轴是在底架旋转时沿其扫描场景的轴线。在所示的旋转轴线竖直对准的实施例中，x轴对应于场景的水平轴线，y轴对应于场景的竖直轴线。在一些示例中，传感器元件被布置为一系列交错的行，这些行从x轴稍微倾斜。该布局的二维特性允许光电二极管具有对应于y轴间距的有效分辨率，该间距小于传感器部件本身的直径并且小于线性布置可能具有的间距。在一些示例中，选择从x轴倾斜的量，使得传感器元件相对于传感器图像框架的y轴具有均匀的间隔或间距。在其他示例中，激光器和/或传感器元件的y轴间隔可以是不均匀的。在一些示例中，激光发射器被类似地布置在发射器图像框架内。发射器图像框架具有x轴(在本文中也称为扫描轴线)，其对应于传感器框架的x轴。发射器图像框架具有对应于传感器框架的y轴的y轴。所述一个或多个透镜将发射器产生的光从发射器图像框架向外引导到所述一个或多个透镜的视场中。所述一个或多个透镜被配置成使得从相对于发射器框架处于特定x-y位置的激光发射器发出的光沿相应的方向被向外引导。从相同方向接收的光被所述一个或多个透镜向内引导到相应的传感器元件，该传感器元件相对于传感器框架处于相同的x-y位置。在所示的示例中，传感器元件安装在单个平面印刷电路板上。然而，激光发射器安装在多个印刷电路板上。每个发射器板支撑相应的一行激光发射器，并且激光发射器安装在板的边缘上以指向所述一个或多个透镜。发射器板的边缘是弯曲的，并且发射器板相对于彼此向内倾斜，使得激光发射器与透镜入射光瞳都是等距的，并且都被引导会聚在透镜入射光瞳处。测量信道被单独地并按顺序使用以进行单独的距离测量。对于每个距离测量，信道的激光发射器发射一个或多个脉冲，并且信道的传感器元件感测返回反射。传感器元件产生表示反射光随时间变化的强度的返回信号。在所描述的实施例中，信道的激光发射器发射一个或多个紧密间隔脉冲的脉冲串。当发射的脉冲串击中物体并被反射时，返回信号包括形状类似于发射的脉冲的脉冲的脉冲串，其相对于发射的脉冲串延迟。然后计算发射脉冲串和返回脉冲串之间的时间延迟。在一个实施例中，在返回信号和参考信号之间执行互相关以确定时间延迟。识别自相关的最高峰值，并且将最高峰值的定时视为指示发射脉冲串的往返传播时间。然后基于传播时间计算距离。在一个实施例中，脉冲在时间上彼此间隔一个时间间隔，该时间间隔的持续时间可以随时间变化和在信道之间变化，以减少串扰的影响。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种设备，包括：激光光源，其被配置为发射光脉冲的脉冲串以执行距离测量，每个发射脉冲串包括由具有某一持续时间的时间间隔分隔开的第一光脉冲和第二光脉冲；控制逻辑，其通信地耦合到所述激光光源，所述控制逻辑改变不同发射脉冲串的时间间隔的持续时间；光传感器，其感测分别对应于所述发射脉冲串的反射光脉冲串；以及分析逻辑，其通信地耦合到所述光传感器，所述分析逻辑分析每个发射脉冲串与所述反射光脉冲串中的对应的一个的互相关以确定传播时间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.12.30 US 62/440,730;2017.04.13 US 15/487,1711.一种设备，包括：激光光源，其被配置为发射光脉冲的脉冲串以执行距离测量，每个发射脉冲串包括由具有某一持续时间的时间间隔分隔开的第一光脉冲和第二光脉冲；控制逻辑，其通信地耦合到所述激光光源，所述控制逻辑改变不同发射脉冲串的时间间隔的持续时间；光传感器，其感测分别对应于所述发射脉冲串的反射光脉冲串；以及分析逻辑，其通信地耦合到所述光传感器，所述分析逻辑分析每个发射脉冲串与所述反射光脉冲串中的对应的一个的互相关以确定传播时间。2.如权利要求1所述的设备，还包括：用于所述激光光源的底架，所述底架可旋转以在场景上光学地扫描所述发射脉冲串；以及其中，所述控制逻辑被配置为对于所述底架的每次旋转至少使所述时间间隔的所述持续时间改变一次。3.如权利要求1所述的设备，还包括：电路，其生成第一电脉冲和第二电脉冲以产生光脉冲的第一发射脉冲串，所述电路包括电感器、第一电容器和第二电容器；所述电感器被连接以并联地对所述第一电容器和所述第二电容器充电；并且所述第一电容器和所述第二电容器被配置为分别放电以产生所述第一电脉冲和所述第二电脉冲。4.如权利要求3所述的设备，其中：所述激光光源包括激光发射器；所述第一电容器与所述激光发射器串联；所述电路还包括第一晶体管，所述第一晶体管被连接以选择性地使所述第一电容器通过所述激光发射器放电；所述第二电容器与所述激光发射器串联；并且所述电路还包括第二晶体管，所述第二晶体管被连接以选择性地使所述第二电容器通过所述激光发射器放电。5.如权利要求4所述的设备，其中：所述第一晶体管包括第一GaNFET(氮化镓场效应晶体管)；并且所述第二晶体管包括第二GaNFET。6.一种设备，包括：多个激光发射器；多个光传感器，其分别对应于所述激光发射器；多个测量信道，所述多个测量信道以有序序列使用以执行距离测量，每个测量信道包括所述激光发射器中的一个和所述光传感器中的对应的一个，所述测量信道包括第一测量信道和第二测量信道；控制器，其被配置为执行动作，所述动作包括：使用所述第一测量信道的第一激光发射器发射光脉冲的第一脉冲串，所述光脉冲的第一脉冲串包括由具有第一持续时间的第一时间间隔分隔开的第一光脉冲集合；使用所述第二测量信道的第二激光发射器发射光脉冲的第二脉冲串，所述光脉冲的第二脉冲串包括由具有第二持续时间的第二时间间隔分隔开的第二光脉冲集合，所述第二持续时间不同于所述第一持续时间；使用所述第一测量信道的第一光传感器确定第一反射光信号，所述第一反射光信号对应于所述光脉冲的第一脉冲串；使用所述第二测量信道的第二光传感器确定第二反射光信号，所述第二反射光信号对应于所述光脉冲的第二脉冲串；以及产生所述光脉冲的第一脉冲串与所述第一反射光信号的第一互相关；分析所述第一互相关以确定所述光脉冲的第一脉冲串的第一传播时间；产生所述光脉冲的第二脉冲串与所述第二反射光信号的第二互相关；以及分析所述第二互相关以确定所述光脉冲的第二脉冲串的第二传播时间。7.如权利要求6所述的设备，所述动作还包括：随机选择所述第一持续时间；以及随机选择所述第二持续时间。8.如权利要求6所述的设备，其中：所述第一测量信道被配置为发射具有第一波长的光脉冲的第一脉冲串；并且所述第二测量信道被配置为发射具有第二波长的光脉冲的第二脉冲串。9.如权利要求6所述的设备，其中：所述信道包括第一组信道和第二组信道；所述设备还包括通信地耦合到所述第一组信道的第一ADC(模拟-数字转换器)和用于所述第二组信道的第二ADC；并且所述有序序列的信道交替地来自所述第一组和所述第二组。10.如权利要求9所述的设备，其中，所述第一脉冲串具有往返传播时间，所述第二脉冲串在所述第一脉冲串的所述往返飞行时间期间被发射。11.如权利要求9所述的设备，其中：第一充电库，其包括第一信道集合；第二充电库，其包括第二信道集合；并且所述有序序列包括如下重复循环：(a)所述第一充电库的信道，接着是(b)所述第二充电库的信道。12.如权利要求11所述的设备，其中，选择所述有序序列以在连续使用的信道的激光发射器之间至少提供最小物理间隔。13.如权利要求6所述的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·麦克迈克尔，A·贝格尔，B·皮尔尼克，D·尼基廷，R·安德鲁斯，
申请(专利权)人：帕诺森斯有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US