[发明专利]一种基于扩频技术的激光雷达测距的方法与装置

说明书

本发明公开了一种基于扩频技术的激光雷达测距的方法与装置，属于激光雷达测距领域，包括以下步骤：S1：发送序列的位信息利用一对相邻码元相位差的方式对光源信号进行相位调制，S2：相位调制后的光信号发射经发射光学天线进入待测空间，S3：反射的光信号进入延迟干涉仪，从而实现光信号的解调，S4：对解调后的光信号通过光电平衡检测器进行光电转换，S5：本地序列利用码片比相、码时钟比相二者中至少之一的比相方式来实现距离测量。本发明的激光雷达测距的方法与装置基于扩频技术，抗干外界干扰能力强，距离探测的更远，且价格便宜，同时可根据实际需求进行粗测或精测，提高测量速度。

技术领域

本发明涉及激光雷达测距领域，具体为一种基于扩频技术的激光雷达测距的方法。

本发明涉及激光雷达测距领域，具体为一种基于扩频技术的激光雷达测距的装置。

背景技术

作为一种能够获取物体位置、形状的信息的传感器，激光雷达适用于地形地图测绘。常用于室内建模、道路及设施数据采集、矿山采空区测量，或搭载于飞行器上进行大范围的电力巡线、林业普查、水利勘测等等，应用广泛。目前，激光雷达测量技术应用呈现多样化态势，除了传统测绘，在无人驾驶、智能机器人等新兴行业展现了广阔的市场前景。

市场上的激光雷达公司多数使用的是TOF(飞行时间)技术，即通过光发射和接收的时间差来计算飞行时间，由此确定探测距离。但这种雷达测距方式其存在的一些问题，比如抗干扰，强光条件、恶劣天气下的性能受限，探测距离有限(无法超过200米)。对于TOF技术来说，抗干扰、抗强光能力差主要是其无法实现编码；探测距离有限，与其工作的功率大小有关。理论上而言，功率越大，传输的距离就更远，但功率变大后稳定性较难控制，同时安全隐患也会增加。

市场上还有一种激光雷达的测距技术，是基于相干技术的相干激光雷达。相干激光雷达主要基于FMCW技术，以光学处理模块代替了寻常激光雷达的电子模块，可以在低信噪比的条件下提高探测距离。FMCW的主要缺点是：首先FMCW激光光源体积较大而且很昂贵，其次，它需要更多的计算能力，因此在生成全三维环绕图时速度较慢，而且测量精度对调制时的线性度程度非常敏感。

扩频技术可以有效地减少噪声的影响，能在不牺牲分辨率的前提下提高信噪比。另外，扩频技术还具有非常强的抗干扰能力，如果将扩频技术应用在激光雷达领域就能有效的克服TOF方案所面临的困境。理论上将扩频技术应用在激光雷达领域有很好的前景。但是正如在光通信领域里利用扩频技术一样，在激光雷达用扩频技术同样首先要面临如何实现双极性编码的问题。对比中国专利ZL201410491605.5中提到了一种将扩频技术应用在光纤背向散射测量的方法和装置。但是光纤背向散射的测量无论在应用领域，实时性要求，测试精度要求，以及对器件关键的几何尺寸的要求方面都与激光雷达有很大的不同，不能将专利ZL201410491605.5中的技术方案直接用于激光雷达中，其中，专利ZL201410491605.5中的光DPSK调制方式方案为：即发送序列经过预编码器然后以DPSK方式调制相位调制器，并经过延迟干涉仪解调的方案。

通过分析ZL201410491605.5中的技术方案与激光雷迪技术方案的主要不同点：从应用领域来看，专利ZL201410491605.5的技术方案是针对光纤中的散射或反射进行定位测量，而激光雷达是对开敞外空间中目标物的定位测量；从实时性来看，以自动驾驶所需的激光雷达为例，汽车在高速行驶中因此对周围环境中的目标物体的测量有实时性要求，而光纤中的定位测量一般是静态进行的没有实时性的要求；从测量精度来看，还以车载激光雷达为例，对几百米外的目标物的定位精度会与周边数米内的目标物的定位精度有不同的要求；从器件关键尺寸来看，光纤中使用的光源、连接耦合器、相位调制器等都是为了对耦合进或出直径9或10微米光纤的光信号进行处理，而激光雷达的出射光束直径可以达到若干厘米。光束直径的差异将导致相位调制方式等完全不同，比如，对于光纤相位调制器选到半波电压为几伏的器件非常容易，如果对光束直径达到厘米级别的光束进行相位调制，半波电压将增加数十倍乃至数百上千倍，这将使用于光纤相位调制器中的调制方式不做改变的话在有些情况下很难用于激光雷达中。