[发明专利]基于调频非线性校正的测距方法及相关装置

说明书

一种基于调频非线性校正的测距方法，包括：获取参考路拍频信号和测量路拍频信号(S501)；根据参考路拍频信号计算得到调频非线性度；并根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ(S502)；当调频非线性度不小于第一预设阈值时，根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间(S503)；根据目标飞行时间计算得到目标距离(S504)。可以提高激光雷达的测距精度与测距范围。

技术领域

本申请涉及激光雷达领域，具体涉及一种基于调频非线性校正的测距方法及相关装置。

背景技术

调频连续波(Frequency Modulated Continuous，FMCW)激光雷达(LightDetection and Ranging，LiDAR)是一种光学遥感技术，它能完成测距、测速、目标探测、跟踪和成像识别等功能，可应用于智能交通、自动驾驶、大气环境监测、地理测绘、无人机等领域。

FMCW LiDAR是通过测量发射光信号与回波信号相干得到拍频信号的频域响应来获取被测目标的位置信息。基本过程如图1所示。通过对拍频信号进行频域分析，估计发射信号与回波信号之间的频率差f_b，进而根据频率差f_b计算飞行时间τ，最后根据飞行时间计算得到被测目标的距离。

图2为典型的FMCW LiDAR系统架构框图。通过向可调谐激光器注入适当驱动电流，驱动激光器发射激光信号，光束经过隔离器后被耦合器分为两束激光，其中一束光束作为参考光，另外一束光束先后经过环形器和镜头出射至被测目标物，称为测量光。测量光经目标表面反射后被镜头收集并经过环形器与参考光经过耦合器，在平衡探测器的光敏面发生相干，产生频率与飞行时间τ成正比的拍频信号；通过对该拍频信号进行频域分析，得到拍频信号频率值f_b，也即发射信号与回波信号的频率差；再根据调频周期和调频带宽等已知参数，便可计算出飞行时间τ，进而估计目标距离。

在理想线性调频情况下，发射信号与回波信号的调频曲线应该是一致的且频率随着时间线性变化，二者只存在飞行延时，故发射信号的调频线性度会很大程度上影响FMCWLiDAR的测距精度。实际情况中，激光器的输出频率是通过改变激光器的驱动电流来控制的，由于半导体激光器本身固有的频率调制效应，激光器的输出频率对于调制电流呈现明显的非线性，如图3所示。对比于线性调频下，当存在调频非线性时，拍频信号不再是单频信号，其拍频频率会随时间变化，频谱会被展宽，导致拍频信号的信噪比下降，进而严重影响到测距精度和测距范围。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于调频非线性校正的测距方法及相关装置，以提高激光雷达的测距精度与测距范围。

第一方面，本申请实施例提供了一种基于调频非线性校正的测距方法，包括：

获取参考路拍频信号和测量路拍频信号，参考路拍频信号和测量路拍频信号是分别基于激光器发射信号得到的；根据参考路拍频信号计算得到调频非线性度；并根据测量路拍频信号计算得到初始飞行时间τ；确定调频非线性度不小于第一预设阈值，根据参考路拍频信号计算得到激光器发射信号的调频非线性项ε(t)，根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间；根据目标飞行时间计算得到目标距离。

通过基于飞行时间τ和所述激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路的拍频信号进行非线性迭代校正，消除了调频非线性对测量路拍频信号的影响，使得最后估计的目标飞行时间与目标实际飞行时间偏差最小，进而可根据目标飞行时间确定目标距离，提高了激光雷达的测距精度。

在一个可行的实施例中，根据初始飞行时间τ和激光器发射信号的调频非线性项ε(t)对测量路拍频信号进行非线性迭代校正，以得到目标飞行时间，包括：