[发明专利]一种激光雷达多次回波信息提取装置及方法

权利要求书

1.一种激光雷达多次回波信息提取装置，其特征在于，包括：

主控模块，包括CPU，并由CPU实现控制逻辑，用于控制激光器的发射并产生同步信号；

激光发射模块，包括电控振镜与激光器，所述的激光发射模块与主控模块之间控制连接；

回波接收模块，包括接收光学单元与光电传感器；

多通道触发模块，包括多通道电压阈值设定电路、多通道电压比较电路，所述的多通道触发模块与回波接收模块之间通过接收光学单元通讯连接；

存储模块，包括非掉电易失性存储器，用于存储事先计算好的平均响应脉冲数据与脉冲幅度-阈值时间宽度查找表数据，所述的存储模块与主控模块之间控制连接；

高精度时间测量模块：包括时钟计数电路与延迟链高分辨时间内插电路；

多回波时间戳取模块，发出多回波时间戳组信号，所述的多回波时间戳取模块与高精度时间测量模块之间控制连接；

多次回波信息提取处理模块，用于对接收到多回波时间戳组信号进行匹配与重构，实现多次回波时间信息与幅度信息提取。

2.一种激光雷达多次回波信息提取方法，包括权利要求1所述的激光雷达多次回波信息提取装置，用于实现激光雷达多次回波信息提取，其特征在于，所述的激光雷达多次回波信息提取方法包括以下操作步骤：

S1：通过高采样率数字化装置获采集不同距离或反射率下的回波脉冲集；

S2：对采集到的回波脉冲集进行归一化处理后计算平均响应回波脉冲；

S3：设置多路阈值，通过多路比较器对激光雷达的回波并行触发，对回波脉冲穿越阈值时刻进行高精度测量得到触发时间戳组；

S4：对时间窗口内的触发时间戳组进行处理，定位出多次回波脉冲的触发回波次数，并计算出每次回波的到达时间，利用平均响应回波脉冲，触发时间作为约束对触发时间戳组进行脉冲重构，得到每一次回波脉冲的幅值。

3.根据权利要求2所述的激光雷达多次回波信息提取方法，其特征在于，在步骤S1、S2步骤中，通过高采样率数字化装置获采集不同距离或反射率下的回波脉冲集，对采集到的回波脉冲集进行归一化处理后得出平均响应回波脉冲Pluse_mean。

4.根据权利要求3所述的激光雷达多次回波信息提取方法，其特征在于，在步骤S1、S2步骤中，所述获取高采样率数字化装置是高速比较器或高速ADC，采样率不低于10G。

5.根据权利要求4所述的激光雷达多次回波信息提取方法，其特征在于，在步骤S3中，通过n路比较器设置n个不同的阈值，阈值要求连续递增，对激光回波并行触发，对回波脉冲上升沿和下降沿穿越阈值时刻进行高精度测量得到触发时间戳组[TS_pos(1),TS_neg(1)...,TS_pos(n),TS_neg(n)]；

其中，所述n路比较器按照生产查找表时所用阈值设置；

所述高精度测量通过测时芯片或可编程逻辑器件中的进位链插值实现。

6.根据权利要求5所述的激光雷达多次回波信息提取方法，其特征在于，在步骤S4中，将发射激光后时间设置为TW，设置目标触发间隔时间Δt，发射激光后时间窗口TW内的全部时间戳组作为待处理多次回波数据，对触发时间戳组进行噪声过滤，将触发间隔时间小于Δt的时间戳进行中值滤波。

7.根据权利要求6所述的激光雷达多次回波信息提取方法，其特征在于，在步骤S4中，对降噪后的待处理回波数据进行回波定位，找到可能存在回波的位置；其定位方法在于看数据中是否存在连续存在多个阈值递增触发，若存在则定位疑似回波位置。比较疑似回波位置与其最邻近的多个阈值递减触发，若相邻大于设置范围则认为是有效触发，否则认为是噪声触发；将有效触发次数作为数据中存在的回波次数N。

8.根据权利要求7所述的激光雷达多次回波信息提取方法，其特征在于，在步骤S4中，对每一个有效触发的位置进行多阈值线性拟合，实现对回波脉冲的到达时间定位PT(n)。

9.根据权利要求8所述的激光雷达多次回波信息提取方法，其特征在于，在步骤S4中，利用回波脉冲的到达时间与阈值-时间戳组约束，通过平均响应回波脉冲、触发时间戳组重构多个回波脉冲Pluse_recon(n)，根据重构结果得到回波脉冲的准确到达时间与幅值，完成信息的提取；

其中，所述重构多次脉冲中t为时间偏移，将PT(n)设置为t的粗定位，所需要提取的到达时间采用迭代就近法进行解算：