[发明专利]使用激光雷达测量目标物反射率的方法及激光雷达

说明书

本发明提供了一种使用激光雷达测量目标物反射率的方法，包括：S101：所述激光雷达的探测器接收探测光束被所述目标物反射的回波，并转换为电信号，获取回波光电流积分；S102：根据预先设定的反射率标定曲线及所述回波光电流积分，确定所述目标物的反射率。本发明的优选实施例提供了一种通过光电流积分测量目标物反射的方法，基于硅光电倍增管对于光子响应电流的长时累积，相比于现有技术中通过测量脉宽、前沿斜率等短时回波信号测量反射率的方法，本发明所提供的方法准确率高、测量精度高、动态范围大。

技术领域

本发明涉及激光探测技术领域，尤其涉及一种使用激光雷达测量目标物反射率的方法。

背景技术

激光雷达通过激光器发射探测光脉冲，通过光电探测器将目标物反射的回波光脉冲转化为回波电脉冲，基于探测光脉冲的发射时间与回波光脉冲的接收时间计算光的飞行时间(Time of Flight,ToF)，结合光速获知目标物距离。并且，基于回波电脉冲的信号特征表征回波光强度，根据回波光强度与按距离衰减后的等效发射光强度，计算目标物的反射率。

传统的光电探测器为雪崩光电二极管(Avalanche Photon Diode，APD)，APD的光电增益较低，不利于雷达的远距离探测；为了增加探测距离，需要增加接收透镜口径，使得激光雷达的体积增加，而且系统中需要为每一个探测器都配置高带宽的放大电路对电脉冲信号进行放大，导致激光雷达的体积、功耗和成本都增加。

在盖格模式下工作的光电二极管利用雪崩放电机制来获得高增益,称为单光子雪崩二极管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)。当反向偏压超过其额定击穿电压时,会在PN结上产生必要的高电场梯度，当有光子入射到SPAD内，光子激发的载流子会在电场的作用下引发雪崩效应。然而这种电流一旦启动或流动,就应该停止或“熄灭”。通过淬灭电阻将二极管两端的电压降低到击穿电压之下,从而停止雪崩。然后SPAD重新充电到超过击穿电压的反向偏压,并用于检测后续光子。在SPAD产生雪崩至重新恢复到超过击穿电压的反向偏压之前的时间内，SPAD不会响应后续的光子。

为了克服单个SPAD不能同时测量多个光子的不足,硅光电倍增管(SiPM)集成了密集的小型独立SPAD传感器阵列,每个传感器都有自己的淬灭电阻，每个独立工作的SPAD和淬灭电阻称为微单元。当SiPM中的一个微单元对一个被吸收的光子作出响应时,其他的微单元仍具有探测光子的能力。

SiPM具有极高的光电增益(10⁶量级)，可以实现nW级的回波能量探测，而APD需要mW级的回波能量才能进行有效探测。相比于APD，采用SiPM作为光电探测器可以有效降低激光雷达的功耗。并且SiPM可以采用CMOS工艺制备，利于芯片化、集成化，减小雷达体积，同时能够提高装调效率，适合大规模量产。

采用SiPM作为探测器的激光雷达，通常采用回波电脉冲的前沿斜率和脉冲宽度作为信号特征，进行反射率测量。然而，SiPM对光子流的响应信号具有很强的统计涨落和非线性特性，对同样强度的回波能量，其信号特征可能发生随机抖动，使得反射率的测量精准度低；另外，SiPM的微单元数量有限，在强光下，极易出现SiPM的几乎所有微单元在恢复时间(十几纳秒)内全部被触发而使得探测器发生饱和，此时回波电信号特征几乎不再随目标物的反射率发生变化，使得反射率的测量动态范围很小。因此，基于SiPM器件在测量反射率的问题上面临着精准度低、动态范围小的难题，成为SiPM应用在激光雷达产品的主要障碍之一。

背景技术部分的内容仅仅是公开人所知晓的技术，并不当然代表本领域的现有技术。

发明内容

有鉴于现有技术的至少一个缺陷，本发明提供一种使用激光雷达测量目标物反射率的方法，包括：

S101：所述激光雷达的探测器接收探测光束被所述目标物反射的回波，并转换为电信号，获取回波光电流积分；

S102：根据预先设定的反射率标定曲线及所述回波光电流积分，确定所述目标物的反射率。