[发明专利]一种激光雷达回波处理系统与方法

说明书

本发明涉及一种激光雷达回波处理系统与方法，所述激光雷达回波信号处理系统包括：用以发射脉冲激光的发射模块，包括激光驱动电路、激光器、光束整形模块；用以接受反射光的接收模块，包括接收光学镜头、光电探测器；用以进行采样分析的采样模块，包括电压阈值设定电路和电压比较电路；以及主控和信号处理模块，所述主控和信号处理模块用以为激光发射模块提供触发信号，采集回波时间宽度信号，甄别暗计数噪声和真实回波信号，进行飞行时间测量。如此，本发明通过回波信号处理过程中增加筛选机制滤除噪声，无需增加系统功耗和镜头口径即可降低虚警率。

技术领域

本发明涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达回波处理系统与方法。

背景技术

激光雷达是一种空间信息主动探测手段，其基本工作原理与传统雷达类似：激光雷达向待探测目标发射激光，然后由接收器收集被目标反射的光信号，通过测量发射信号的往返时间来确定目标的距离，由于激光具有的高相干性、方向性、单色性等优点，激光雷达系统能够实现远距离、高精度的测距功能，已经在自动驾驶、建筑物三维建模、地形测绘、交会对接等诸多场合得到应用。

激光雷达常采用脉冲飞行时间法进行距离信号的提取，其基本原理为向目标发射短时长，高峰值功率的激光脉冲光束，由目标反射的光被激光雷达的接收镜头收集，并记录其到达时间信息，将其与发送脉冲时刻相减，得到激光脉冲往返目标点的时间，进而由光速求取出目标距离信息。

在发射激光峰值功率、接收镜头等其他因素保持不变时，被激光雷达接收到的反射光强将随着目标距离变远迅速降低，导致信噪比降低，进而影响测距精度，提高了虚警率和漏警率。为了补偿该性能恶化，一般采用提高发射激光峰值功率和增大接收镜头的口径进行弥补，然而提高激光峰值功率将使得电功耗也相应的成倍增长，增加了系统负担，且过高的激光峰值功率容易对人眼造成伤害，限制了激光雷达的应用；而增大接收镜头的口径不仅导致设备重量变大，也使得进入接收视场的背景光增强，降低了信噪比。

因此，有必要对现有技术进行改进以克服上述技术缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种解决回波信号中探测器本身暗计数噪声干扰问题且有效降低虚警率的激光雷达回波处理系统与方法。

为实现前述目的，本发明提供一种激光雷达回波信号处理系统，所述激光雷达回波信号处理系统包括：

用以发射脉冲激光的发射模块，包括激光驱动电路、激光器、光束整形模块；

用以接受反射光的接收模块，包括接收光学镜头、光电探测器；

用以进行采样分析的采样模块，包括电压阈值设定电路和电压比较电路；以及

主控和信号处理模块，所述主控和信号处理模块用以为激光发射模块提供触发信号，采集回波时间宽度信号，甄别暗计数噪声和真实回波信号，进行飞行时间测量。

作为本发明的进一步改进，所述激光雷达回波信号处理系统的工作流程包括：

在一次测量开始时，主控和信号处理模块产生触发信号到发射模块，驱使发射模块发射激光，经光束整形模块变成具有方向性的脉冲激光出射到目标点表面，经过目标反射后的反射光由接收模块的光学镜头传输到光电探测器，转变成电信号后与预先设定的若干个电压阈值一起输入到电压比较电路，电压比较电路在信号的电压幅值大于或小于所述某个电压阈值的瞬间将分别输出正向翻转和负向翻转信号，根据正向和负向翻转信号的时间差，判断该信号为暗计数噪声信号还是真实回波信号，如为真实回波信号，则将其正向翻转时刻与激光发射触发信号产生时刻求取差值得到脉冲飞行时间，进而换算成目标距离，如为暗计数噪声信号则不进行处理，以达到排除误计数，减小虚警率的目的。

作为本发明的进一步改进，其中所述激光驱动电路驱使脉冲激光器发射激光，经光束整形模块整形成小发散角的光束后照射到目标点表面。