【专利解密】针对激光回波信号不稳定问题 速腾聚创发明多路信号处理雷达

【嘉勤点评】速腾聚创发明的激光雷达及其控制方案利用不同的功能单元来对激光雷达的信号进行处理，使得两路信号可以进行相互的补充，从而获得更加准确的测距数据。同时，由于其中一路信号是由时间数字转化器进行处理的，在模数转化器由于强反射物体的反射激光而达到饱和时，仍然可以及时获得较为精确的测距数据。

集微网消息，激光雷达是以发射激光光束来探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是先向目标发射探测激光光束，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较，作适当处理后，就可获得目标的有关信息，例如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。

目前，大多数的激光雷达的都采用光电接收器件，即将目标物体反射回来的激光回波信号转换为电信号，再由模数转换器转换为数字信号，再通过信号处理等方法，得到物体相对于激光雷达的距离数据。

现有的激光雷达在激光回波信号较强或激光回波信号较弱时，由于模数转换器的数据饱和或因检测波形门限等缺陷，容易出现测距不准、稳定性降低等问题。常规的处理方法是获得模数转换器的参数值，通过相应算法获得某一时刻模数转换器是否数据饱和，从而判断物体是否为高反射。如果确定目标物体是高反射物体，则降低激光的发射功率，从而使高反射物体反射的激光回波能量减少，使模数转换器的数据在下一时间段为非饱和状态，从而实现对高反射物体的准确测距。

尽管现有的方法可以实现对高反射物体进行较准确的测距，但因为对激光发射器的功率控制需要逐步降低，所以现有的激光雷达在遇到高反射物体时，测距数据会有延迟，降低了激光雷达的时效性和准确性。

为此，速腾聚创在2018年6月26日申请了一项名为“激光雷达及激光雷达控制方法”的发明专利（申请号：201810671183.8），申请人为深圳市速腾聚创科技有限公司。

根据该专利目前公开的相关资料，让我们一起来看看这项方案吧。

如上图，为该专利中发明的激光雷达的结构示意图，该激光雷达包括有激光接收器110、模数转换器120、时间数字转换器130以及处理器140。激光接收器用于接收反射激光，并输出第一信号和第二信号；模数转换器用于将第一信号转化为波形信号；时间数字转换器用于将第二信号转化为时间间隔信号。

其中，反射激光为出射激光经所述被测物体反射后的激光，第一信号和第二信号相同。在该结构中，可以看到接收的反射激光后分为两路信号输出，这两路信号通过不同的功能单元进行处理，使得两路信号可以进行相互的补充，从而获得的被测物体的测距数据更加精确和可靠。

同时，其中一路信号是由时间数字转化器进行处理，在激光雷达的模数转化器由于强反射物体的反射激光而达到饱和时，仍可以获得较为精确的测距数据。因此扩大了激光雷达的使用范围，以及提高了激光雷达精准测距的精确性、响应速度和可靠性。

此外，该方案中还公开了具有两个接收器的激光雷达结构，如上图所示。接收器被分为了两个部分：111和112，这两个接收器收到的反射激光是相同的。该激光接收器会将反射激光转化为模拟电信号，并将模拟电信号分为第一信号和第二信号。因此，在该结构中，只采用了一个激光接收器，但是可以同时输出两路相同的信号。

基于该结构，激光雷达可以对被测物体进行测距，获得时间数字转换器通路的第二距离信息和模数转换器通路的第一距离信息。根据功率信息，判断当前发射激光、接收激光是否正常，如果正常，那么再根据面积信息进行判断。

如果面积信息正常，则可以认为该次接收的距离信息正常，再对两路距离信息进行对比，进而获得两路测距数据的差异。根据差异的大小，对第一距离信息或第二距离信息进行补偿处理，从而获得最佳的距离信息输出。

如上图，为常规激光雷达（左）和该专利中的激光雷达（右）分别根据多个时刻的测距数据得到的点云数据，通过对比可以发现，该专利中激光雷达获得的点云数据更加清晰，特征也更加明显，因此具有更高的准确度和可靠性。

以上就是速腾聚创发明的激光雷达及其控制方案，该方案利用不同的功能单元来对激光雷达的信号进行处理，使得两路信号可以进行相互的补充，从而获得更加准确的测距数据。同时，由于其中一路信号是由时间数字转化器进行处理的，在模数转化器由于强反射物体的反射激光而达到饱和时，仍然可以及时获得较为精确的测距数据。

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（校对/王云朗）