激光雷达信号降噪装置的制作方法

本实用新型实施例涉及激光雷达技术领域，尤其涉及一种激光雷达信号降噪装置。

背景技术：

激光雷达是通过发射激光束探测目标的速度、位置等特征量的雷达系统。随着激光雷达技术的迅速发展，激光雷达的应用市场和规模也日益扩大。

现有的激光雷达在探测目标时，通常向目标发送探测信号，并将接收到的从目标反射回来的信号(回波信号)与发射信号进行比较和处理，以获得关于探测目标的相关信息，例如：目标的位置、速度、距离、姿态等信息。

然而，激光雷达在探测目标过程中，由于雨雾反射、树荫明暗变化等环境因素会使接收到的回波信号携带有噪声，噪声的存在会使得后续对信号的比较和处理存在误差，影响最终获取的目标信息的准确性，所以如何对回波信号进行降噪处理，以得到去除噪声后的回波信号是亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供一种激光雷达信号降噪装置，用以解决激光雷达技术在探测目标的过程中接收到的回波信号携带有噪声，导致最终获取的目标信息准确性不够高、效果不够好的技术问题。

本实用新型实施例提供一种激光雷达信号降噪装置，包括：

探测器，放大电路和负反馈电路；

所述探测器的输出端与所述放大电路的输入端电连接，所述放大电路的输出端与所述负反馈电路输入端电连接，所述负反馈电路的输出端与所述探测器的输出端电连接；

所述探测器，用于获取激光雷达的回波信号；

所述放大电路，用于对所述回波信号进行放大以得到放大后的信号；

所述负反馈电路，用于获取所述放大后的信号中的噪声信号，对所述噪声信号进行处理，以得到负反馈信号，并将所述负反馈信号加载到所述回波信号中。

进一步地，如上所述的激光雷达信号降噪装置，所述负反馈电路包括：滤波电路，衰减电路及反相电路；

所述滤波电路，所述衰减电路及所述反相电路依次电连接；

所述滤波电路，用于对所述放大后的信号进行滤波，以获取所述噪声信号；

所述衰减电路，用于对所述噪声信号进行衰减处理，以得到衰减后的噪声信号；

所述反相电路，用于对所述衰减后的噪声信号进行反相处理，以得到所述负反馈信号。

进一步地，如上所述的激光雷达信号降噪装置，所述负反馈电路还包括：滤波电路，ad转换模块，主控制器，da转换模块和反相电路；

所述滤波电路，所述ad转换模块，所述主控制器，所述da转换模块和所述反相电路依次电连接；

所述滤波电路，用于对所述放大后的信号进行滤波，以获取所述噪声信号；

所述ad转换模块，用于在所述主控制器的驱动下将所述噪声信号转换为噪声数字信号；

所述主控制器，用于驱动所述ad转换模块产生所述噪声数字信号，并驱动所述da转换模块根据预设条件将所述噪声数字信号转换为噪声模拟信号；

所述da转换模块，用于在所述主控制器的驱动下将所述噪声数字信号转换为噪声模拟信号；

所述反相电路，用于对所述噪声模拟信号进行反相处理，以得到所述负反馈信号。

进一步地，如上所述的激光雷达信号降噪装置，所述滤波电路包括带通滤波器。

本实用新型实施例提供的激光雷达信号降噪装置，包括:探测器，放大电路和负反馈电路；所述探测器的输出端与所述放大电路的输入端电连接，所述放大电路的输出端与所述负反馈电路输入端电连接，所述负反馈电路的输出端与所述探测器的输出端电连接；所述探测器，用于获取激光雷达的回波信号；所述放大电路，用于对所述回波信号进行放大以得到放大后的信号；所述负反馈电路，用于获取所述放大后的信号中的噪声信号，并对所述噪声信号进行处理，以得到负反馈信号，并将所述负反馈信号加载到所述回波信号中。本实用新型实施例通过负反馈电路对探测器获取的回波信号进行降噪处理，具体地，首先对回波信号进行放大处理，接着对放大后的信号提取噪声信号，然后对噪声信号进行处理得到负反馈信号，最后将该负反馈信号加载到回波信号中。由于负反馈信号的相位与噪声信号的相位相反，因此能够消除回波信号携带的噪声信号，提高获取探测目标信息的准确性，取得更好的探测效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例一提供的激光雷达信号降噪装置的结构示意图；

图2为本实用新型实施例二提供的激光雷达信号降噪装置的结构示意图；

图3为本实用新型实施例三提供的激光雷达信号降噪装置的结构示意图；

图4为本实用新型实施例四提供的激光雷达信号降噪方法的流程示意图；

图5为本实用新型实施例五提供的激光雷达信号降噪方法的流程示意图；

图6为本实用新型实施例六提供的激光雷达信号降噪方法的流程示意图。

附图标记说明：

11：探测器；12：放大电路；13：时刻鉴别电路；14：计时电路；15：负反馈电路；151：滤波电路；152：衰减电路；153：反相电路；154a：ad转换模块；154b：主控制器；154c：da转换模块。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

图1为本实用新型实施例一提供的激光雷达信号降噪装置的结构示意图，如图1所示，该激光雷达信号降噪装置包括：探测器11，放大电路12和负反馈电路15。

其中，探测器11的输出端与放大电路12的输入端电连接，放大电路12的输出端与负反馈电路15输入端电连接，负反馈电路15的输出端与探测器11的输出端电连接。

在本实施例中，探测器11，用于获取激光雷达的回波信号。放大电路12，用于对回波信号进行放大，以得到放大后的信号。负反馈电路15，用于获取放大后的信号中的噪声信号，并对噪声信号进行处理，以得到负反馈信号，并将负反馈信号加载到回波信号中。

具体地，本实施例中，探测器11，是一种可将光脉冲转换为电脉冲的器件，其本质为一种光接收机，可以获取探测目标返回的激光器发射的探测信号的反射回来的信号，即回波信号。

放大电路12，是一种对信号进行放大的电路。在接收到回波信号后，该回波信号中的噪声通常很微弱，需要对其进行放大，将光电流信号转变为电压信号以便后续进一步对信号作处理。放大电路12的电路类型主要有三种：低阻抗前置放大电路、高阻抗前置放大电路和跨阻抗前置放大电路，此处不做具体限制。

负反馈电路15，是一种将接收信号进行处理后加载到回波信号以对回波信号进行调整的电路。本实施例中的接收信号是指对回波信号进行放大得到的放大后的信号。本实施例中的处理操作包括对放大后的信号进行滤波、衰减和反相处理，或者处理操作包括对放大后的信号进行滤波、ad转换、da转换和反相处理。

具体地，激光器发射探测信号至探测目标处，该探测信号可以是激光束。探测器11获取探测目标返回的回波信号并将该回波信号输入至放大电路12，此时的回波信号携带有噪声信号。放大电路12对回波信号进行放大得到放大后的信号，并将该放大后的信号输入至负反馈电路15。负反馈电路15首先对放大后的信号进行滤波以提取噪声信号，然后对噪声信号进行处理得到负反馈信号，该负反馈信号的相位与噪声信号的相位相反，将该负反馈信号加载到携带有噪声信号的回波信号中，可以消除噪声对回波信号的影响。

本实用新型实施例提供的激光雷达信号降噪装置，包括:探测器，放大电路和负反馈电路；所述探测器的输出端与所述放大电路的输入端电连接，所述放大电路的输出端与所述负反馈电路输入端电连接，所述负反馈电路的输出端与所述探测器的输出端电连接；所述探测器，用于获取激光雷达的回波信号；所述放大电路，用于对所述回波信号进行放大以得到放大后的信号；所述负反馈电路，用于获取所述放大后的信号中的噪声信号，并对所述噪声信号进行处理，以得到负反馈信号，并将所述负反馈信号加载到所述回波信号中。本实用新型实施例通过负反馈电路对探测器获取的回波信号进行降噪处理，具体地，首先对回波信号进行放大处理，接着对放大后的信号提取噪声信号，然后对噪声信号进行处理得到负反馈信号，最后将该负反馈信号加载到回波信号中。由于负反馈信号的相位与噪声信号的相位相反，因此能够消除回波信号携带的噪声信号，提高获取探测目标信息的准确性，取得更好的探测效果。

图2为本实用新型实施例二提供的激光雷达信号降噪装置的结构示意图，本实施例是在实施例一的基础上，对其进行细化和扩展，与实施例一相同部分的内容，此处不再赘述。如图2所示，本实施例中的激光雷达信号降噪装置还包括：时刻鉴别电路13和计时电路14。

其中，放大电路12的输出端与时刻鉴别电路13的输入端电连接，时刻鉴别电路13的输出端与计时电路14的输入端电连接。

具体地，本实施例中，时刻鉴别电路13是一种对放大电路12的输出信号进行鉴别，确定回波信号的到达时刻，并产生停止信号的电路。时刻鉴别主要有三种方式：前沿时刻鉴别、恒定比值时刻鉴别和高通时刻鉴别，此处不做具体限制。

具体地，本实施例中，计时电路14是一种根据回波信号的到达时刻与激光器发射的探测信号的起始时刻获取回波信号的传输时间的电路。该传输时间的获取方式可以是计算回波信号的到达时刻与激光器发射的探测信号的起始时刻的差值。

进一步地，本实用新型实施例提供的激光雷达信号降噪装置中的负反馈电路15包括：滤波电路151，衰减电路152和反相电路153。

其中，滤波电路151，衰减电路152和反相电路153依次电连接。

具体地，本实施例中，滤波电路151的输出端与衰减电路152的输入端电连接，衰减电路152的输出端与反相电路153的输入端电连接。

进一步地，滤波电路151，用于对放大后的信号进行滤波，以获取噪声信号；衰减电路152，用于对噪声信号进行衰减处理，以得到衰减后的噪声信号；反相电路153，用于对衰减后的噪声信号进行反相处理，以得到负反馈信号。需要说明的是，放大与衰减主要改变的是信号的幅度，且放大系数与衰减系数互为倒数。

进一步地，滤波电路151包括带通滤波器。

具体地，本实施例中，激光器发射探测信号至探测目标处，该探测信号可以是激光束。探测器11获取探测目标返回的激光雷达回波信号并将该回波信号输入至放大电路12，此时的回波信号携带有噪声信号。放大电路12对回波信号进行放大得到放大后的信号，并分别将该放大后的信号输入至时刻鉴别电路13和滤波电路151。

滤波电路151可以通过带通滤波器对放大后的信号进行滤波来提取噪声。该带通滤波器的频带宽度为噪声的频带宽度，通过该带通滤波器将其频带宽度外的放大后的信号中的其他信号滤除，仅保留与其频带宽度相同的噪声信号。

衰减电路152可以通过双极性晶体管(例如：npn型晶体管或pnp型晶体管)或单极性晶体管(例如：场效应管)对噪声信号进行衰减以便于对其进行后续处理。其中，衰减的幅度可预先进行设置，根据预先设置的幅度调整衰减电路中的器件的参数，以对噪声信号进行预设幅度的衰减。

反相电路153可以通过反相器对衰减后的噪声信号进行反相，以得到与噪声信号相位相反的负反馈信号。该负反馈信号的相位与噪声信号的相位相反，将该负反馈信号加载到携带有噪声的回波信号中，可以消除噪声对回波信号的影响。

同时，放大电路12将回波信号(光电流信号)转换为电压信号，将该电压信号输入至时刻鉴别电路13。时刻鉴别电路13对电压信号进行监控和鉴别，确定回波信号的到达时刻tstop，并产生停止信号。计时电路14根据输入的tstop以及激光器中预设的探测信号发射时刻tstart计算差值以得到回波信号的传输时间。

进一步地，激光雷达可根据回波信号的传输时间对回波信号进行后续处理以获得探测目标的相关信息。例如：目标的距离、位置、速度等。此处不对后续处理方式以及目标的相关信息做具体限定。

本实施例提供的激光雷达信号降噪装置，通过负反馈电路对探测器获取的回波信号进行降噪处理，具体地，首先对回波信号进行放大处理，接着通过带通滤波器对放大后的信号进行提取以得到噪声信号，然后对噪声信号进行衰减，并输入至反相器得到负反馈信号，最后将该负反馈信号加载到回波信号中。由于负反馈信号的相位与噪声信号的相位相反，因此能够消除回波信号携带的噪声信号，从而得到回波信号的准确到达时刻，提高获取探测目标信息的准确性，取得更好的探测效果。

图3为本实用新型实施例三提供的激光雷达信号降噪装置的结构示意图，如图3所示，本实施例是在实施例一的基础上，对其进行细化和扩展，与实施例一相同部分的内容，此处不再赘述。如图3所示，本实施例中的激光雷达信号降噪装置还包括：时刻鉴别电路13和计时电路14。

其中，放大电路12的输出端与时刻鉴别电路13的输入端电连接，时刻鉴别电路13的输出端与计时电路14的输入端电连接。

具体地，时刻鉴别电路13和计时电路14在本实施例中的作用与其在实施例二中的作用相同，此处不再赘述。

进一步地，本实用新型实施例提供的激光雷达信号降噪装置中的负反馈电路15包括：滤波电路151，ad转换模块154a，主控制器154b，da转换模块154c和反相电路153。

其中，滤波电路151，ad转换模块154a，主控制器154b，da转换模块154c和反相电路153依次电连接。

具体地，本实施例中，滤波电路151的输出端与ad转换模块154a的输入端电连接，ad转换模块154a的输出端与主控制器154b的输入端电连接，主控制器154b的输出端与da转换模块154c的输入端电连接，da转换模块154c的输出端与反相电路153的输入端电连接。

进一步地，滤波电路151，用于对放大后的信号进行滤波，以获取噪声信号；ad转换模块154a，用于在主控制器154b的驱动下将噪声信号转换为噪声数字信号；主控制器154b，用于驱动ad转换模块154a产生所述噪声数字信号，并驱动所述da转换模块154c根据预设条件将所述噪声数字信号转换为噪声模拟信号；da转换模块154c，用于在主控制器154b的驱动下将噪声数字信号转换为噪声模拟信号；反相电路153，用于对噪声模拟信号进行反相处理，以得到负反馈信号。

具体地，滤波电路151和反相电路153在本实施例中的作用与其在实施例二中的作用相同，此处不再赘述。本实施例中，ad转换模块154a可以在主控制器154b的驱动下通过ad转换芯片或者通过鉴频器和鉴相器的组合来实现对噪声模拟信号进行采集并转化为噪声数字信号。主控制器154b根据预设条件控制da转换模块产生噪声模拟信号，该预设条件为幅度衰减预设条件，即设置对噪声模拟信号的幅度的衰减系数为放大电路的放大系数的倒数。da转换模块154c可以在主控制器154b的驱动下，根据主控制器154b设置的预设条件对应的参数，通过da转换芯片或者通过运算放大器与滤波器等元器件的组合实现将噪声数字信号转换为噪声模拟信号。

进一步地，主控制器154b还可以用于温度补偿，即通过温度补偿算法对噪声数字信号进行温度补偿，以消除温度对噪声的影响。

具体地，本实施例中，由于探测器11的暗电流噪声与其两端电压相关，而其两端的高压与温度正相关，此外，探测器11的输出噪声与输入噪声的比值会随周围环境温度变化，因此，在对放大后的噪声信号进行降噪处理的过程中，通过温度补偿可以进一步消除温度对噪声的影响。

进一步地，主控制器154b，具体用于，获取噪声数字信号的衰减系数，探测器环境温度及探测器的击穿电压温度系数，根据衰减系数，探测器环境温度及探测器的击穿电压温度系数对噪声数字信号进行温度补偿，以获取温度补偿后的噪声信号。

具体地，本实施例中，主控制器154b对噪声数字信号进行温度补偿是通过对噪声数字信号执行温度补偿算法来实现的，该算法如公式(1)所示：

其中，b表示噪声数字信号，c表示温度补偿后的噪声信号，β为噪声数字信号的衰减系数，β的取值范围可以为β∈(1.5,4)；t为探测器的环境温度，可通过温度传感器获得，此处不对温度传感器做具体限定；α为探测器的击穿电压温度系数，α的取值范围可以为α∈(0.5,9)。

本实施例通过负反馈电路对探测器获取的回波信号进行降噪处理。具体地，首先对回波信号进行放大处理，接着通过带通滤波器对放大后的信号进行提取以得到噪声信号，然后在主控制器的驱动下对噪声信号进行ad转换以得到噪声数字信号，根据预设条件对该噪声数字信号进行da转换得到噪声模拟信号，并将其输入至反相器得到负反馈信号，最后将该负反馈信号加载到回波信号中。由于负反馈信号的相位与噪声信号的相位相反，因此能够消除回波信号携带的噪声信号，从而得到回波信号的准确到达时刻。本实施例是对回波信号进行降噪的另一种实现方式。进一步地，主控制器还可以对噪声数字信号进行温度补偿后通过da转换得到噪声模拟信号，并将其输入至反相器得到负反馈信号，最后将该负反馈信号加载到回波信号中。温度补偿算法消除了温度对噪声的影响，从而对放大后的信号滤除噪声的效果更好，因此进一步提高了获取探测目标信息的准确性，取得了更好的探测效果。

图4为本实用新型实施例四提供的激光雷达信号降噪方法的流程示意图，如图4所示，本实施例提供的激光雷达信号降噪方法，包括以下步骤：

步骤101，探测器获取激光雷达的回波信号。

步骤102，放大电路对回波信号进行放大以得到放大后的信号。

步骤103，负反馈电路获取放大后的信号中的噪声信号，对噪声信号进行处理，以得到负反馈信号，并将负反馈信号加载到回波信号中。

具体地，在探测器获取激光雷达的回波信号前，还包括：

激光器发射探测信号至探测目标处，该探测信号可以是激光束。

具体地，探测器获取探测目标返回的回波信号并将该回波信号输入至放大电路，此时的回波信号携带有噪声信号。放大电路对回波信号进行放大得到放大后的信号，将该放大后的信号输入至负反馈电路。负反馈电路首先对放大后的信号进行滤波以提取噪声信号，然后对噪声信号进行处理得到负反馈信号，该负反馈信号的相位与噪声信号的相位相反，将该负反馈信号加载到携带有噪声的回波信号中，可以消除噪声对回波信号的影响。

本实施例提供的激光雷达信号降噪方法与图1所示的激光雷达信号降噪装置相对应，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图5为本实用新型实施例五提供的激光雷达信号降噪方法的流程示意图，本实施例在激光雷达信号降噪方法实施例四的基础上，对其进行细化，本实施例与实施例四相同的步骤此处不再赘述。

进一步地，如图5所示，本实施例提供的激光雷达信号降噪方法，使用该方法的负反馈电路包括：滤波电路，放大电路及反相电路，则本实施例提供的方法包括以下步骤：

步骤200，激光器发射探测信号至探测目标处。

步骤201，探测器获取探测目标返回的激光雷达的回波信号。

步骤202，放大电路对所述回波信号进行放大以得到放大后的信号。

步骤203，滤波电路对放大后的信号进行滤波，以获取噪声信号。

进一步地，本实施例中，滤波电路包括带通滤波器。

步骤204，衰减电路对噪声信号进行衰减处理，以得到衰减后的噪声信号。

步骤205，反相电路对衰减后的噪声信号进行反相处理，以得到负反馈信号，并将负反馈信号加载到回波信号中。

步骤206，时刻鉴别电路对放大后的信号进行监控和鉴别，确定回波信号的到达时刻tstop，并产生停止信号。

步骤207，计时电路根据输入的tstop以及激光器中预设的探测信号发射时刻tstart计算差值以得到回波信号的传输时间。

需要说明的是，步骤206-207与步骤203-205之间没有先后执行顺序，但步骤206-207和步骤203-205内部分别依次执行。

本实施例提供的激光雷达信号降噪方法与图2所示的激光雷达信号降噪装置相对应，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

图6为本实用新型实施例六提供的激光雷达信号降噪方法的流程示意图，本实施例在激光雷达信号降噪方法实施例四的基础上，对其进行细化，本实施例与实施例四相同的步骤此处不再赘述。

进一步地，如图6所示，本实施例提供的激光雷达信号降噪方法，使用该方法的负反馈电路包括：滤波电路，ad转换模块，主控制器，da转换模块和反相电路。则本实施例提供的方法包括以下步骤：

步骤300，激光器发射探测信号至探测目标处。

步骤301，探测器获取探测目标返回的激光雷达的回波信号。

步骤302，放大电路对所述回波信号进行放大以得到放大后的信号。

步骤303，滤波电路对放大后的信号进行滤波，以获取噪声信号。

进一步地，本实施例中，滤波电路包括带通滤波器。

步骤304，ad转换模块在主控制器的驱动下将噪声信号转换为噪声数字信号。

步骤305，主控制器对噪声数字信号进行温度补偿，以获取温度补偿后的噪声信号。

步骤306，da转换模块在主控制器的驱动下根据预设条件将温度补偿后的噪声信号转换为噪声模拟信号。

步骤307，反相电路对噪声模拟信号进行反相处理，以得到负反馈信号，并将负反馈信号加载到回波信号中。

进一步地，主控制器对噪声数字信号进行温度补偿，以获取温度补偿后的噪声信号，包括：获取噪声数字信号的衰减系数，探测器环境温度及探测器的击穿电压温度系数；

根据衰减系数，探测器环境温度及探测器的击穿电压温度系数对噪声数字信号进行温度补偿，以获取温度补偿后的噪声信号。

具体地，本实施例中，温度补偿模块对噪声数字信号进行温度补偿是通过对噪声数字信号执行温度补偿算法来实现，该算法如实施例三中公式(1)所示，此处不再赘述。

步骤308，时刻鉴别电路对放大后的信号进行监控和鉴别，确定回波信号的到达时刻tstop，并产生停止信号。

步骤309，计时电路根据输入的tstop以及激光器中预设的探测信号发射时刻tstart计算差值以得到回波信号的传输时间。

需要说明的是，步骤303-307和步骤308-309之间没有先后执行顺序，但步骤303-307和步骤308-309内部分别依次执行。

本实施例提供的激光雷达信号降噪方法与图3所示的激光雷达信号降噪装置相对应，其实现原理和技术效果类似，此处不再赘述。

在本实用新型所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个模块或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。