[发明专利]生成时域回波波形的方法和电磁辐射回波波形生成系统

说明书

本文提供了生成时域回波波形的方法和电磁辐射回波波形生成系统。生成时域回波波形的方法包括：脉冲电磁辐射的触发源发射多个电磁辐射脉冲。多个反射脉冲辐照电磁辐射检测器单元，该检测器响应于此而生成多个存储的电测量。该方法还包括生成时变混合信号，并在检测器生成多个电测量的同时分别将时变混合信号的移相变型应用于该检测器。信号预处理器从检测器读出多个电测量。信号重建单元然后生成关于电测量的频谱和混合信号的频谱。信号重建单元通过使用混合信号的频谱对存储的电测量的频谱去卷积来生成重建信号频谱，然后通过将重建信号频谱转换到时域来生成回波波形。

本发明涉及一种生成时域回波波形的方法，该方法是例如将入射在电磁辐射检测器单元上的反射电磁辐射脉冲转换为电波形的类型。本发明还涉及一种电磁辐射回波波形生成系统，该系统是例如响应于用反射电磁辐射脉冲辐照电磁辐射检测器单元而生成电波形的类型。

在所谓的飞行时间感测系统和其他系统(例如，夜视系统)中，已知采用照明源对在该照明源的视场内的周围环境(有时被称为“场景”)，进行照明并处理由场景的特征反射的光。此类所谓的LiDAR(光检测和测距)系统使用照明源用光来对场景进行照明，并且使用检测设备(例如光电二极管阵列、一些光学元件、以及处理单元)检测从场景中的物体反射的光。从场景中的物体反射的光由检测设备接收并被转换成电信号，该电信号然后由处理单元通过应用飞行时间(ToF)计算来处理，以便确定物体距检测设备的距离。尽管已知不同种类的LiDAR系统基于不同的工作原理，但此类系统基本上对场景进行照明并检测所反射的光。

在这方面，所谓的“闪光LiDAR”技术是一种直接ToF测距技术，其采用发射随后被场景特征反射并由检测器设备检测的光脉冲的光源。在此类技术中，利用针对光脉冲进行到反射特征并返回到检测器设备的往返行程的所测量的时间，直接计算到反射特征的距离。入射在检测器设备上的光脉冲在时域中以非常高的采样率被采样。因此，实现此类技术的处理电路中的信号路径需要信号的高带宽以及大的硅“不动产”，即，此类实现方式需要硅晶片上相对大的面积，这进而限制了集成电路上可支持的信道的数量。因此，此类闪光LiDAR传感器能够支持的实际空间信道数量通常低于100。为了克服该限制，机械扫描系统需要移动组件。

另一已知的LiDAR系统采用所谓的“间接飞行时间”(iToF)测距技术。iTOF系统发射连续波光信号，并且连续波光信号的反射被检测器设备接收并被分析。取得从场景的特征反射的光的多个样本，例如四个样本，每个样本相位阶跃90°。使用该照明和采样方法，可以确定照明与反射之间的相位角，并且所确定的相位角可用于确定到场景反射特征的距离。

在iToF系统中，高频信号处理(解调)在像素级发生，因此在同一芯片上集成大量像素所需的像素后信号带宽较低。因此，与直接ToF系统相比，iToF系统能够支持更大的信道数量，从而支持更高的空间分辨率测量。然而，iToF系统的测量距离能力有限。在该方面，为了实现低随机距离测量误差，iToF系统需要高调制频率，这进而降低可以不模糊地测量的距离范围。例如，100MHz的调制频率得到大约1.5m的不模糊测量距离。同样，常规iToF系统由于多次反射和多个传播路径而易于受误差影响。

根据本发明的第一方面，提供了一种生成时域回波波形的方法，该方法包括：脉冲电磁辐射的触发源响应于触发信号而发射多个电磁辐射脉冲；多个电磁辐射反射回波信号辐照电磁辐射检测器单元，该电磁辐射检测器单元响应于入射在其上的电磁辐射而生成多个存储的电测量；生成时变混合信号；在电磁辐射检测器单元生成多个存储的电测量的同时分别将混合信号的移相变型应用于该电磁辐射检测器单元；信号预处理器从电磁辐射检测器单元读出多个存储的电测量；信号重建单元生成关于多个存储的电测量的频谱并提供混合信号的频谱；信号重建单元通过使用混合信号的频谱对多个存储的电测量的频谱进行去卷积来生成重建信号频谱；以及信号重建单元通过将重建信号频谱转换到时域来生成时域回波波形。

时变函数可以是二元的，但是可以采用更高的逻辑级，例如三态逻辑。时变函数的长度可以是N位。时变混合信号可以是伪随机二进制序列(PRBS)信号。

对多个累积的电测量的频谱进行去卷积可包括用混合信号的频谱对多个存储的电测量的频谱进行逆滤波。