具体实施方式

以下详细描述本质上仅是示例性的，并不旨在限制应用和使用。此外，无意受到在先前技术领域、背景技术、发明内容或以下详细描述中提出的任何明示或暗示的理论的约束。如本文所用，术语模块是指任何硬件、软件、固件、电子控制部件、处理逻辑和/或处理器装置，单独地或以任何组合，包括但不限于：专用集成电路(ASIC)、电子电路、处理器(共享、专用或成组的)和执行一个或多个软件或固件程序的存储器、组合逻辑电路和/或提供所描述功能的其他合适部件。

本文可以根据功能和/或逻辑块部件以及各种处理步骤来描述本公开的实施例。应当理解，可以通过被配置为执行指定功能的任何数量的硬件、软件和/或固件部件来实现这样的块部件。例如，本公开的实施例可以采用各种集成电路部件，例如，存储器元件、数字信号处理元件、逻辑元件、查找表等，其可以在一个或多个微处理器或其他控制装置的控制下执行各种功能。另外，本领域技术人员将认识到，可以结合任何数量的系统来实践本公开的实施例，并且本文描述的系统仅仅是本公开的示例性实施例。

为了简洁起见，与信号处理、数据传输、信令、控制和系统的其他功能方面(以及系统的各个操作部件)有关的常规技术在这里可能没有详细描述。此外，本文包含的各个附图中所示的连接线旨在表示各个元件之间的示例性功能关系和/或物理联接。应当注意，在本公开的实施例中可以存在许多替代或附加的功能关系或物理连接。

在本文描述的一个或多个示例性实施例中，能够自主操作的车辆包括多个不同的装置，这些装置从不同的角度生成代表车辆附近的场景或环境的数据。可以改变单个传感器或多个传感器的功率，以便改善传感器数据的范围和/或分辨率。另外，可以实现多个检测器来处理变化功率的传感器返回，以改善传感器数据的范围和/或分辨率。就这一点而言，然后加强或增强的数据集可以被分析并用于确定用于自主操作车辆上的一个或多个致动器的命令。以这种方式，车辆的自主操作受到增强的数据集的影响。

例如，如下面在图1-5的上下文中更详细地描述的，在示例性实施例中，根据各个实施例，总体上以100示出的控制系统与车辆10关联。通常，控制系统100有选择地组合来自至少两个激光雷达脉冲或啁啾脉冲的激光雷达返回数据，一个以高功率生成，一个以低功率生成，以增加由最终数据集提供的分辨率和/或检测范围。

如图1A所示，车辆10通常包括底盘12、车身14、前轮16和后轮18。车身14布置在底盘12上并且基本上包围车辆10的部件。车身14和底盘12可以共同形成框架。车轮16-18分别在车身14的相应拐角附近旋转地联接至底盘12。

在各个实施例中，车辆10是自主车辆，并且控制系统100被并入到自主车辆10(以下称为自主车辆10)中。自主车辆10例如是自动控制以将乘客从一个位置运送到另一位置的车辆。在图示的实施例中，车辆10被描述为乘用车，但是应当理解，任何其他车辆，包括摩托车、卡车、运动型多用途车(SUV)、休闲车(RV)、轮船、飞机等也可以使用。在示例性实施例中，自主车辆10是所谓的四级或五级自动化系统。四级系统表示“高度自动化”，是指自动驾驶系统对动态驾驶任务的所有方面的驾驶模式特定表现(performance)，即使驾驶员没有适当地干预要求也是如此。五级系统表示“完全自动化”，是指自动驾驶系统在可由驾驶员管理的所有道路和环境条件下对动态驾驶任务的各个方面的全时表现。可以理解，在各个实施例中，车辆可以是非自主车辆，并且不限于本示例。

如所示的，车辆10总体上包括：推进系统20、变速器系统22、转向系统24、制动系统26、传感器系统28、致动器系统30、至少一个数据存储装置32、至少一个控制器34和通信系统36。在各个实施例中，推进系统20可以包括内燃机，诸如牵引电动机之类的电机和/或燃料电池推进系统。变速器系统22配置成根据可选择的速比将动力从推进系统20传递至车轮16-18。根据各个实施例，变速器系统22可包括有级传动比的自动变速器、无级变速器或其他合适的变速器。制动系统26配置成向车轮16-18提供制动扭矩。在各个实施例中，制动系统26可以包括摩擦制动、线制动，诸如电动机的再生制动系统和/或其他合适的制动系统。转向系统24影响车轮16-18的位置。尽管出于说明性目的被描绘为包括方向盘，但是在本发明的范围内预期的一些实施例中，转向系统24可以不包括方向盘。

传感器系统28包括一个或多个感测装置40a-40n，其感测自主车辆10的外部环境和/或内部环境的可观察条件。感测装置40a-40n可以包括但不包括仅限于雷达、激光雷达、全球定位系统、光学相机、热像仪、超声传感器和/或其他传感器。

在本文描述的示例性实施例中，一个或多个感测装置40a-40n被实现为激光雷达装置40a。就这一点而言，感测装置40a-40n可包括或并入一个或多个发射器和一个或多个检测器。发射器将可以是连续波、脉冲或调制的光束发射到车辆10的环境中；以及检测器检测传送光束从周围环境中的元件的反射。

在各个实施例中，发射器和检测器被适当地配置成经由具有特定角频率或旋转速度的扫描装置来水平且可旋转地扫描车辆10附近的环境。例如，发射器和/或传送器可以利用MEM装置、旋转镜、微型电动机、光学相控阵(OPA)或其他固态扫描方法来引导，传送，发射和收集光波。如本文中所使用的，激光雷达扫描应被理解为是指激光雷达装置40a的单圈(revolution)，并且扫描速率指示激光雷达装置40a完成单圈的速率。

在各个实施例中，如图1B的示例性图示所示，激光雷达装置40a包括与单个发射器54相关联的至少两个检测器52(或更多个)。单个发射器(E1)被配置为以变化的功率传送光束，或者由于检测器的故意未对准而实现功率衰减变化。例如，第一检测器(D1)配置为接收并处理从高功率光束(例如，宽度小于5ns的大于75W的脉冲，或大于100mW的连续波)反射的长距离返回，而第二检测器(D2)配置为接收并处理从低功率光束(例如，5ns宽度的小于10W的低功率脉冲或小于10mW的连续波)反射的短程返回。在另一个示例中，位置检测器(D1)可以位于高斯光束轮廓的能量小于1％的边缘处，而99％位于与第一检测器(D1)相关的主光束中，使得两种返回均可从一个脉冲或啁啾脉冲获得。对于后向反射器，1％将为第二检测器(D2)提供大的SNR同时第一检测器(D1)饱和并提供无效值，从而在非常高的反射对象(例如标志)和非常低的反射对象(例如路面)上实现更高的距离动态范围，而一个检测器不能够。

在各个实施例中，第一检测器(D1)和第二检测器(D2)可以是相同类型的检测器，或者可以是不同类型的检测器，包括但不限于PIN光电二极管(PD)(最低敏感、短距离、许多光子生成1个电子)、雪崩光电二极管(APD)(中距离)和单光子雪崩二极管(SPAD)(最敏感、长距离、1个光子生成1个电子)。例如，当为两个检测器生成高功率脉冲时，可以实现包括SPAD和PD的一对。在另一示例中，当为一个检测器生成高功率脉冲，并且通过对准或激光控制生成低功率时，可以实现包括SPAD和SPAD的一对，或者可以实现包括APD或PD的一对。

在各个实施例中，第一检测器(D1)和第二检测器(D2)在扫描装置50上彼此相邻定位。第一检测器(D1)和第二检测器(D2)可以位于与发射器(E1)相同的扫描装置或不同的扫描装置上。第一检测器D1和第二检测器D2基于扫描装置50的扫描速率横向地间隔开。如图1B的时间步骤T1，T2所示的，该间隔允许以两个连续的光脉冲或啁啾脉冲对环境中的相同对象进行采样。例如，对于机械自旋(spin)并依靠自旋来对准检测器(D2)，该间隔将与自旋速率和脉冲/啁啾脉冲速率相关。如果脉冲速率为100,000Hz且自旋速率为10Hz(600rpm)，则从脉冲到脉冲的方位角扫描为0.036度(360/(100,000/10))，检测器间隔将为0.036度。

返回参考图1A，致动器系统30包括一个或多个致动器装置42a-42n，其控制一个或多个车辆特征，例如但不限于推进系统20、变速器系统22、转向系统24和制动系统26。在各个实施例中，车辆特征还可以包括内部和/或外部车辆特征，例如但不限于门、行李箱和驾驶室特征，例如空气、音乐、照明等(未编号)。

数据存储装置32存储用于自动控制自主车辆10的数据。在各个实施例中，数据存储装置32存储可导航环境的定义地图。在各个实施例中，定义的地图可以由远程系统预定义并从远程系统获得(关于图2更详细地描述的)。例如，所定义的地图可以由远程系统组装，并且(无线地和/或以有线方式)通信至自主车辆10，并且被存储在数据存储装置32中。如可以理解到的，数据存储装置32可以控制器34可以是控制器34的一部分，与控制器34分开，或者可以是控制器34的一部分以及是单独系统的一部分。

通信系统36被配置为与其他实体48进行无线通信，例如，但不限于，其他车辆(“V2V”通信，)、基础设施(“V2I”通信)、远程系统和/或个人装置(参照图2更详细地描述的)。在示例性实施例中，通信系统36是被配置为使用IEEE 802.11标准经由无线局域网(WLAN)或通过使用蜂窝数据通信进行通信的无线通信系统。然而，在本公开的范围内也考虑了诸如专用短程通信(DSRC)通道之类的附加或替代通信方法。DSRC通道是指专为汽车使用而设计的单向或双向短程到中程无线通信通道，以及一组相应的协议和标准。

控制器34包括至少一个处理器44和计算机可读存储装置或介质46。处理器44可以是任何定制的或可商购的处理器、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、在与控制器34相关联的若干处理器中的辅助处理器、基于半导体的微处理器(以微芯片或芯片组的形式)、宏处理器、其任何组合或通常用于执行指令的任何装置。例如，计算机可读存储装置或介质46可以包括在只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和保持活动存储器(KAM)中的易失性和非易失性存储器。KAM是持久性或非易失性存储器，其可以在处理器44掉电时用于存储各种操作变量。可以使用许多已知的存储器装置中的任何一种来实现计算机可读存储装置或介质46，所述存储器装置为例如PROM(可编程只读存储器)、EPROM(电PROM)、EEPROM(电可擦除PROM)、闪存或能够存储数据的任何其他电、磁、光或组合存储器装置，其中一些代表可执行指令，由控制器34在控制自动车辆10时使用。

指令可以包括一个或多个单独的程序，每个程序包括用于实现逻辑功能的可执行指令的有序列表。指令在由处理器44执行时，接收并处理来自传感器系统28的信号，执行用于自动控制自主车辆10的部件的逻辑、计算、方法和/或算法，并向致动器系统30生成控制信号以基于逻辑、计算、方法和/或算法自动控制自主车辆10的部件。尽管在图1中仅示出了一个控制器34，但是自主车辆10的实施例可以包括任意数量的控制器34，其通过任意合适的通信介质或通信介质的组合进行通信并且协作以处理传感器信号，执行逻辑、计算、方法和/或算法，并生成控制信号以自动控制自主车辆10的特征。

在各个实施例中，控制器34的一个或多个指令在控制系统100中实施，并且当由处理器44执行时，使处理器44执行以下更详细描述的方法和系统。特别地，指令在由处理器执行时，控制发射器54(图1B)、扫描装置50(图1B)和/或来自检测器52(图1B)的处理数据，以组合低传送功率数据和高传送功率数据，从而形成对象的单个距离测量值以用于控制车辆10。

根据各个实施例，控制器34实现如图2所示的自主驾驶系统(ADS)70。即，控制器34的合适软件和/或硬件部件(例如，处理器44和计算机-可读存储装置46)用于提供与车辆10结合使用的自主驾驶系统70，例如以自动控制车辆10上的各种致动器30，从而分别控制车辆的加速、转向和制动，而无需人为干预。

在各个实施例中，可以通过功能或系统来组织自主驾驶系统70的指令。例如，如图2所示，自主驾驶系统70可以包括计算机视觉系统74、定位系统76、引导系统78和车辆控制系统80。如可以理解到的，在各个实施例中，指令因为本公开不限于本示例，所以可以被组织成任何数量的系统(例如，组合的、进一步的划分等)。

在各个实施例中，计算机视觉系统74合成并处理传感器数据，并预测对象存在、位置、分类和/或路径和车辆10的环境的特征。在各个实施例中，计算机视觉系统74可以合并来自多个传感器的信息，这些传感器包括但不限于相机、激光雷达、雷达和/或任何数量的其他类型的传感器。在各个实施例中，计算机视觉系统74实现本文描述的控制系统100。

定位系统76处理车辆传感器数据以及其他数据，以确定车辆10相对于环境的位置(例如，相对于地图的本地位置、相对于道路的车道的准确位置、车辆航向、速度等)。引导系统78处理传感器数据以及其他数据，以确定车辆10要遵循的路径。车辆控制系统80根据确定的路径生成用于控制车辆10的控制信号。

现在参考图3并继续参考图1A，1B和2，图3描绘了控制系统100的控制模块200的实施例，其可以由控制器34、处理器44和/或计算机视觉系统74实现或并入其中。在各个实施例中，控制模块200可以被实现为一个或多个子模块。如可以理解到的，在各个实施例中，示出和描述的子模块可以被组合和/或进一步划分。输入到控制模块200的数据可以直接从感测装置40a-40n接收，从控制器34的其他模块(未示出)接收和/或从其他控制器(未示出)接收。在各个实施例中，控制模块200包括信号控制模块202、数据收集模块204和校准数据存储器206。

在各个实施例中，信号控制模块202生成控制信号208以控制激光雷达装置40a。在各个实施例中，信号控制模块202生成至少两个控制信号。例如，通过激光雷达装置40a生成第一控制信号210以启动第一扫描，并且通过激光雷达装置40a生成第二控制信号212以启动第二扫描。

控制信号210、212的定时基于扫描速率。如上所述的，扫描速率基于第一检测器(D1)相对于第二检测器(D2)的位置。例如，设定扫描速率，使得可以通过两个连续脉冲对同一对象进行采样。在各个实施例中，信号控制模块202基于存储在校准数据存储器206中的校准信息来确定扫描速率。

在各个实施例中，信号控制模块202基于期望功率来生成控制信号210，212。例如，通过激光雷达装置40a基于第一高功率(例如，第一范围内的功率)生成第一控制信号214以控制脉冲，并且通过激光雷达基于第二低功率(例如，第二范围内的功率)或基于第一高功率(例如，基于检测器的实施方式和间隔)生成第二控制信号216以控制脉冲。第一控制信号214对应于第一控制信号210，第二控制信号216对应于第二控制信号212，使得来自第一次扫描的返回信号由第一检测器D1观察到(针对长距离性能进行了优化)，并且来自第二次扫描的返回信号由第二检测器D2观察到(针对短距离性能进行了优化)。在各个实施例中，信号控制模块202基于存储在校准数据存储器206中的校准信息来确定功率(例如，低或高)。

在各个实施例中，信号控制模块生成指示与控制信号210、212有关的位置、定时和信号值的控制数据218。

数据处理模块204接收控制数据218，作为第一信号的结果的激光雷达返回数据220和作为第二信号的结果的激光雷达返回数据222，并基于此生成点云数据224。在各个实施例中，数据处理模块204通过组合激光雷达返回数据220、222的每个点和/或波形来生成点云数据224，从而改善范围和分辨率。

例如，如图4所示，该图示出了沿x轴的距离和沿y轴的强度。组合长范围波形80和短距离波形82以形成针对短距离距离的组合波形84。该组合波形消除了长范围波形的短距离噪声。组合的波形用于生成点云数据224。然后，其他系统可以使用点云数据224进行进一步分析并控制车辆10。

现在参考图5，并继续参考图1-4，流程图示出了根据本公开的过程300的各个实施例，该过程300可以嵌入支持图3的ADS 70和控制模块200的图1的控制系统100中的控制器34内。如根据本公开可以理解到的，该方法内的操作顺序不限于如图5所示的顺序执行，而是可以以适用的且根据本公开的一种或多种变化顺序来执行。在各个实施例中，过程300可以被调度(schedule)为基于一个或多个预定事件运行，和/或可以在车辆10的操作期间连续地运行。

在一个示例中，该方法可以在305处开始。在310处，生成控制信号210以根据第一扫描速率和功率控制激光雷达装置40a。在320处，具有高传送功率的激光雷达波形由具有针对远距离性能进行优化的对准的第一检测器D1收集。可选地，在330处，生成控制信号212以根据第二扫描速率和功率来控制激光雷达装置40a(例如，当实现低功率脉冲或啁啾脉冲时)。在340处，具有低传送功率的激光雷达波形由具有针对短距离性能进行优化的对准的第二检测器D2收集。

此后，在350处，高功率远距离波形和低功率短距离波形被组合为单个激光雷达点，例如，如上面关于图4所讨论的。在360处，将单个激光雷达点组装到激光雷达点云中以用于控制车辆10。此后，该方法可以在370处结束。

尽管在前面的详细描述中已经提出了至少一个示例性实施例，但是应当理解，存在大量的变型。还应当理解，一个或多个示例性实施例仅是示例，并且无意以任何方式限制本公开的范围、适用性或配置。相反，前述详细描述将为本领域技术人员提供用于实施一个或多个示例性实施例的便利路线图。应该理解的是，在不脱离所附权利要求及其合法等同物所阐述的本公开的范围的情况下，可以对元件的功能和布置进行各种改变。