道路环境中激光雷达互干扰的仿真研究

为解决汽车激光雷达的相互干扰造成目标检测与跟踪性能的严重下降的问题,从空间、时间和调制频率等方面出发,研究脉冲方式和频率调制连续波方式激光雷达在道路环境中可能存在的各种干扰,通过仿真计算干扰发生的概率、分析干扰的特征,以及干扰对测量性能下降的影响。针对可能存在的干扰问题,指出使用伪随机码调制连续波激光器输出幅度的方式可以有效降低干扰发生的概率,保证激光雷达在道路环境中有效可靠地工作。

汽车激光雷达距离速度同时测量方法

智能驾驶汽车在动态场景中完成路径规划需要获取环境目标的距离和速度,然而目前所使用的激光雷达只能测量目标的距离,不能利用多普勒同时测量目标的速度。提出一种脉冲位置调制波形,并在接收端设计数据累加方法和非等间隔傅里叶频谱分析方法,在单检测器上实现目标的距离和速度同时测量。结果表明该方法具有良好的抗噪声性能和测量精度,波形长度满足激光雷达高空间解像度的要求。

基于脉冲位置幅度调制的距离速度同时测量

针对传统波形方法在多普勒激光雷达测量目标距离和速度的应用中不能同时获得高测量精度的问题,提出一种使用位置和幅度同时调制的测量信号波形,以解决距离和速度测量精度之间的矛盾,同时使两个参数测量之间相互独立,并分析了该方法应用于智能驾驶道路环境中目标距离和速度测量的可行性。首先,讨论典型调制方法在同时测量目标距离和速度方面存在的困难,在此基础上,设计一种位置和幅度同时调制发射信号波形的解决方法,结合在线光纤放大器的放大特性给出该方法的物理可实现性;然后,讨论使用位置和幅度调制方法的激光雷达输出外差信号的频率计算方法以及激光雷达接收机输出回波信号的数据累加方法,从而分别测量出目标的速度和距离;最后,在道路移动目标可生成的多普勒频率范围内,通过仿真验证该方法的测量可行性以及两测量参数之间的独立性,并分析测量精度。仿真实验结果表明,位置和幅度同时调制的方法在激光雷达接收机输出信号的信噪比(SNR)低于0 dB时,可以有效测量目标的距离和速度,且这两个待测参数的测量过程完全独立。

基于脉冲位置调制的激光雷达距离速度测量方法

汽车激光雷达根据脉冲飞行时间测量道路环境中障碍物的距离,但受限于脉冲的宽度,不能利用多普勒测量障碍物的相对速度,且不具备抗干扰的性能。针对这些问题,文中开展汽车激光雷达发射波形调制与信号处理关键技术研究,提出了一种能够实现激光雷达同时测量障碍物距离和速度的脉冲位置调制方法,并评价该方法在城市道路环境中的抗干扰性能。综合考虑距离、速度测量精度要求以及空间解像度的要求,限定完成一次测量的脉冲序列长度,并在限定的时间范围内制定随机分配脉冲位置的规则,对比不同分配机制的优劣。在距离测量方面,设计针对脉冲位置调制波形的数据累加方法,提高障碍物的检测灵敏度;在速度测量方面,提出非等间隔采样数据的频谱分析方法,计算多普勒信号的频率;最后,以城市道路为背景,设计干扰波形,分析外部干扰对距离和速度测量性能的影响。

基于FPGA的位置幅度调制脉冲序列生成

将位置幅度随机调制的脉冲序列用作汽车激光雷达发射信号的波形,可以实现目标距离测量的同时利用多普勒测量目标的速度。为产生位置幅度调制的光脉冲序列,需要在光电调制器的RF端口上施加相应的电脉冲序列。本文针对这一需求,利用信号处理状态机在FPGA上设计脉冲位置随机分配、统计脉冲间隔,并根据脉冲间隔使用信号放大模块,完成对脉冲的放大,实现位置幅度调制的电脉冲序列。最后,对所得的电脉冲序列用数值仿真的方法实施多普勒调制,验证多普勒信号的频率计算方法。结果表明,本文所得的电脉冲序列可以用于调制光信号,实现激光雷达距离和速度同时测量。