[发明专利]利用光学测距系统进行自动实时自适应扫描的方法和系统

说明书

利用激光扫描仪进行自动自适应扫描的技术包括：以粗略角度分辨率获得距离测量值，以及形成水平分类的距离门子集和特征距离。基于该特征距离和目标空间分辨率，自动确定精细角度分辨率。如果精细角度分辨率比粗略角度分辨率精细，则自动确定从任一先前水平片段起延伸筐大小的每个水平片段中的最小和最大竖向角度。通过将所有片段的最小和最大竖向角度扩展和插值到第二水平角度分辨率，自动确定自适应的最小和最大竖向角度的集合。发送水平开始角度以及自适应的最小和最大竖向角度的该集合，以使测距系统以第二角度分辨率获得测量值。

相关申请的交叉引用

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求于2016年11月30日提交的临时申请62/428,117的权益，其全部内容通过引用并入本文中，正如本文中充分阐述的。

政府利益声明

本发明是在政府支持下根据陆军部授予的W9132V-14-C-0002完成的。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

通常由助记符LIDAR述及的、用于光检测和测距的光学距离检测用于从测高到成像再到避免碰撞的各种应用。与传统的微波测距系统诸如无线电波检测和测距(RADAR)相比，LIDAR提供具有较小光束大小的更精细的标度距离分辨率。光学距离检测可以利用若干不同的技术来完成，所述技术包括：基于光学脉冲到对象的往返行程行进时间的直接测距，和基于传输的啁啾光学信号与从对象散射的返回信号之间的频率差的啁啾检测，以及基于可与自然信号区分的一系列单频相位变化的相位编码检测。

为了实现可接受的距离准确度和检测灵敏度，直接的长距离LIDAR系统使用具有低脉冲重复率和极高的脉冲峰功率的短脉冲激光器。高脉冲功率可能导致光学部件的快速劣化。啁啾和相位编码的LIDAR系统使用具有相对低的峰光学功率的长光学脉冲。在该配置下，距离准确度随着啁啾带宽或相位码的长度而增加而不是随着脉冲持续时间而增加，因此仍然可以获得优异的距离准确度。

已经使用宽带射频(RF)电信号调制光学载波来实现有用的光学啁啾带宽。啁啾LIDAR的近期进展包括使用相同的调制光学载波作为参考信号，该参考信号与返回信号在光学检测器处组合以在结果的电信号中产生相对低的拍频，该拍频与参考信号和返回光学信号之间的频率或相位差成比例。这种在检测器处对频率差的拍频检测称为外差检测。它具有本领域已知的若干优点，诸如使用现成且便宜可用的RF部件的优点。美国专利号7,742,152中描述的近期的成果示出了一种新颖的较简单的光学部件布置，该布置将从传输的光学信号分离的光学信号作为参考光学信号。该布置在该专利中称为零差检测。

还已使用了具有调制到光学载波上的相位编码微波信号的LIDAR检测。该技术依赖于使返回信号中的一系列特定频率的相位(或相位变化)与传输信号中的相关。与相关峰相关联的时间延迟通过光在介质中的速度与距离有关。该技术的优点包括需要较少的部件，以及使用为相位编码微波和光学通信开发的大规模生产的硬件部件。

发明内容

本发明人已经认识到，为了在比当前方法短的时间内以目标空间分辨率扫描对象，期望作出改变；并且，通过光学测距系统在与期望对象相关联的角度范围内集中扫描，称为自适应扫描，可以实现该目标的进步。提供了利用扫描激光测距系统进行自动或实时自适应扫描的技术。