[發明專利]一種測距裝置和測距方法

有效

• 申請號: 202010250865.9
• 申請日: 2020-04-01
• 公開（公告）號: CN111366944B
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 顧可可;馬寧;陳曉剛;張合勇;白云峰
• 申請（專利權）人: 浙江光珀智能科技有限公司
• 主分類號: G01S17/10
• 分類號: G01S17/10;G01S7/4863;G01S7/487
• 代理公司: 杭州鈐韜知識產權代理事務所(普通合伙) 33329
• 代理人: 唐靈;趙杰香

本發明是一種測距裝置和測距方法，該測距裝置包括主動光源，用于向目標物發射周期性調制的測量光；接收裝置，用于接收從目標物返回的測量光，以及信號處理裝置，用于對接收裝置的測量信號進行處理生成統計結果，所述接收裝置具有至少一個SPAD，所述周期性調制的測量光被配置為具有若干個周期的脈沖序列，每個周期包括脈沖期和空檔期，在一個脈沖期內具有至少兩個光脈沖，且每個周期的長度大于或等于所述SPAD的單次工作時間，單個脈沖期內所述SPAD只響應一次光脈沖觸發事件。本發明能夠克服現有技術中SPAD測距容易被環境噪聲干擾而導致的結果不準確的問題。

技術領域

本發明涉及距離測量技術，特別涉及一種基于單光子雪崩二極管的測距裝置和測距方法。

背景技術

近年來，無人駕駛領域或者說輔助駕駛領域處于蓬勃發展時期，而車載激光雷達技術是攻關環節中舉足輕重的一環。正是大量的需求，促進了激光雷達的大發展，國內外激光雷達技術以及相關公司大量涌現。

現有的激光測距技術中，探測器多采用普通雪崩光電二極管(AvalanchePhotonDiode，APD)，但APD探測到光信號后，其輸出信號是與感光面接收到的光強強度呈正相關的一個模擬量，為了保證不同光強情況下波形上的一致，后端需要作一系列復雜的電路結構對信號進行處理。同時其增益有限，在有限激光能量范圍內探測距離受到較大限制。

而蓋革模式APD，即單光子雪崩二極管(Single Photon Avalanche Diode，SPAD)，其基于內光電響應，具有高增益的特點，單個光子產生的光電子在強電場作用下可以快速(10ps左右)產生一次雪崩響應。故SPAD具備單個光子響應能力，有利于在較低激光能量的條件下進行較遠距離的探測。同時，其后端電路結構簡單，淬滅后的雪崩信號經整形后波形固定，可減少測量誤差。

圖1和圖2給出了利用SPAD進行激光測距的原理。如圖所示，激光發出一段周期性脈沖，當遇到待測物體時，脈沖經物體反射并衰減成光子量級觸發SPAD。根據SPAD器件的工作原理，在一個脈沖周期內，SPAD會被反射回來的光脈沖觸發(概率最高，觸發時間換算為距離即為被測物位置)，也可能被其他噪聲觸發(概率較低，觸發時間分散)。因此經過N個脈沖統計疊加，會產生圖2的統計圖。其中橫坐標為脈沖發出到SPAD觸發的時間差，縱坐標為探測到的光子數。

如果一個脈沖序列包括200個脈沖，在理想情況下，當從被測物返回的激光足夠強，在這個時間點統計到的總光子數最高(比如大于30個)，遠遠大于其他時間點的統計次數(即被環境噪聲觸發的統計次數，比如每個時間點小于10個)，此時將對應明顯的統計峰值涉及的飛行時間換算成距離即可得到被測物位置。

但是在下列幾種情況下，SPAD捕獲的反射激光的光強較弱，無法獲得明顯的統計峰值：

1、出射的激光功率不高

2、被測物體的反射率低

3、物體距離較遠。

此時，圖2中的峰值減弱從而讓測量信號被湮沒在環境干擾信號中，使得測量的準確性下降。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的在于提出一種新的基于SPAD的測距裝置和測距方法，能夠克服現有技術中SPAD測距容易被環境噪聲干擾而導致的結果不準確的問題。

根據本發明的目的提出的一種測距裝置，包括主動光源，用于向目標物發射周期性調制的測量光；接收裝置，用于接收從目標物返回的測量光，以及信號處理裝置，用于對接收裝置的測量信號進行處理生成統計結果，所述接收裝置具有至少一個SPAD，所述周期性調制的測量光被配置為具有若干個周期的脈沖序列，每個周期包括脈沖期和空檔期，在一個脈沖期內具有至少兩個光脈沖，且每個周期的長度大于或等于所述SPAD的單次工作時間，單個脈沖期內所述SPAD只響應一次光脈沖觸發事件。