具体实施方式

以下配合图式及本发明的较佳实施例，进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段。

如图1中所示，图1为无消除串扰的激光雷达装置的示意图。该激光雷达装置包括以下硬件模块：激光发射器101、激光接收器102、时序生成模块103、时间数字转换模块104、数字信号处理与存储模块105以及信号输出模块106。时序生成模块103用于根据激光雷达的定时发射策略，发射激光重频时序脉冲，并将该激光重频时序脉冲输出至激光发射器101与时间数字转换模块104。激光发射器101用于接收时序生成模块103发射的激光重频时序脉冲，并根据该激光重频时序脉冲发射激光信号。激光接收器102用于接收激光信号自目标反射的激光回波，并同时产生触发信号，并将该触发信号发送至时间数字转换模块104。时间数字转换模块104接收激光重频时序脉冲作为起始信号，接收激光接收器102产生的触发信号作为终止信号，产生从起始信号到终止信号的时间差值，并将该时间差值传输至数字信号处理与存储模块105。数字信号处理与存储模块105接收并存储该时间差值，并将时间差值转换为包含距离信息的三维点云数据。信号输出模块106用于将该三维点云数据进行输出。

图1中为目前典型的激光雷达装置，其中不包含消除串扰的硬件模块。当多个这样的激光雷达装置在附近一起工作时，从目标反射的激光回波可能会对其他的激光雷达装置造成干扰。图2中为多个无消除串扰的激光雷达装置同时工作时N次测量的积分结果。无消除串扰的激光雷达装置在工作时，激光发射器101在T0时刻发射激光信号，同时时间数字转换模块104也在T0时刻接到激光重频时序脉冲信号，开始计时。每次接收到激光回波时，激光接收器102产生触发信号，使得时间数字转换模块104停止计时。但是激光接收器102并不能判断接收到的回波信号是本机发射的激光信号还是其他激光发射器发射的激光信号，此时，则会产生串扰现象。当串扰信号较大时，将可能出现串扰信号大于真实信号的情况，如图2中虚线所示，在数字信号处理与存储模块105对N次加总的直方图对时间做卷积时，串扰信号的峰值将会大于真实信号，造成寻峰判断错误，进而造成测距的误差。

图3中为当前常见的消除串扰的激光雷达装置。该激光雷达装置包括以下硬件模块：激光发射器101、激光接收器102、时序生成模块103、时间数字转换模块104、数字信号处理与存储模块105、信号输出模块106、调制信号产生模块107、激光重频调变器108以及调变解码器109。该激光雷达装置在工作时，首先时序生成模块103产生激光重频时序脉冲，并将该激光重频时序脉冲输出至时间数字转换模块104和激光重频调变器108，同时，调制信号产生模块107在每次测量时产生一组随机数作为调制信号，并将该组随机数发送给激光重频调变器108和调变解码器109。激光重频调变器108在接收到激光重频时序脉冲和调制信号后，对激光重频时序脉冲进行调变，得到激光发射信号，并将该激光发射信号输出至激光发射器101。激光发射器101在接收到激光发射信号后发射激光信号。激光接收器102用于接收激光信号自目标反射的激光回波，并同时产生触发信号，并将该触发信号发送至时间数字转换模块104。时间数字转换模块104接收激光重频时序脉冲作为起始信号，接收激光接收器102产生的触发信号作为终止信号，产生从起始信号到终止信号的时间差值，并将该时间差值传输至调变解码器109。调变解码器109对时间数字转换模块104输出的时间差值进行解调，将该时间差值减去调制信号产生模块107产生的调制信号，即可以得到激光飞行时间。数字信号处理与存储模块105接收并存储该激光飞行时间，并将激光飞行时间转换为包含距离信息的三维点云数据。信号输出模块106用于将该三维点云数据进行输出。

图3中的激光雷达装置相比于图1中的激光雷达装置而言，其增加了调制信号产生模块107、激光重频调变器108和调变解码器109，此时，激光发射器101根据激光重频调变器108产生的激光发射信号发射激光信号，而非时序生成模块103产生的激光重频时序脉冲，而时间数字转换模块104仍以时序生成模块103产生的激光重频时序脉冲作为起始信号，这样将导致时间数字转换模块104中记录的时间差值不再是激光飞行时间，而是调制信号时间与激光飞行时间的加和。因此，还需要对时间数字转换模块104记录的时间差值进行解调，减去调制信号时间，才能得到激光飞行时间。

图4为图3中激光雷达装置N次测量的积分结果。从图4中我们可以直观地看到，时间数字转换模块（TDC）的起始时间是固定的，但是激光发射时间T0是随机的。在该消除串扰的机制下，激光发射时间是由激光重频调变器108控制，每次测量时，激光重频调变器108都将产生一组不相同的延迟（Δt），因此，可以认为激光发射时间是随机的。在N次积分后，我们可以看到在解调之前的直方图中，串扰信号并未衰减，但是在解调之后，串扰信号的能量将大大降低，并且并不会对真实信号造成干扰。该装置能成功达到消除串扰的目的。但是图3中的激光雷达装置存在以下问题：（1）我们在对时间数字转换模块104记录的时间差值进行解调时，是利用该时间差值减去调制信号时间，因此，调制信号的精度受限于时间数字转换模块的精度。当时间数字转换模块的精度不提升，即使增加调制信号的精度也并不能增加对串扰的抑制能力。因此，在该激光雷达装置中，调制信号精度由时间数字转换模块的精度限制，减少调制信号对串扰的抑制能力。（2）由图4中我们可以看到，时间数字转换模块104的起始时间是固定的，但是激光发射时间T0是随机的，因此，从起始时间到激光发射时间T0这段时间内，时间数字转换模块104并不对激光的飞行时间进行计时，这段时间是浪费的，从而减少了时间数字转换模块104的测量量程，减少了测距范围。（3）在计算得到激光飞行时间时，需要用时间数字转换模块104记录的时间差值减去调制信号时间，这样将增加了额外的数字运算，增加了激光雷达装置的硬件成本及功耗，尤其在多通道运行时，该问题将变得更加严峻。

图5为本发明提供的一种消除激光雷达串扰的激光雷达装置。该激光雷达装置包括以下硬件模块：激光发射器101、激光接收器102、时序生成模块103、时间数字转换模块104、数字信号处理与存储模块105、信号输出模块106、调制信号产生模块107和激光重频调变器108。该激光雷达装置在工作时，首先时序生成模块103产生激光重频时序脉冲，并将该激光重频时序脉冲输出至激光重频调变器108，同时，调制信号产生模块107在每次测量时产生一组随机数序列作为调制信号，并将该组随机数发送给激光重频调变器108。调制信号产生模块107可以为真随机数发生器或者伪随机数发生器，在此不作限制。在实际应用中，当多个激光雷达同时使用时，不同的激光雷达装置产生的随机数序列不同。激光重频调变器108在接收到激光重频时序脉冲和调制信号后，对激光重频时序脉冲进行调变，得到激光发射信号，并将该激光发射信号输出至激光发射器101和时间数字转换模块104。激光发射器101在接收到激光发射信号后发射激光信号。激光接收器102用于接收激光信号从目标反射的激光回波，并同时产生触发信号，并将该触发信号发送至时间数字转换模块104。时间数字转换模块104接收激光发射信号作为起始信号，接收激光接收器102产生的触发信号作为终止信号，产生从起始信号到终止信号的时间差值，并将该时间差值传输至数字信号处理与存储模块105。根据上述工作流程可知，该时间差值即为激光飞行时间。数字信号处理与存储模块105接收并存储该时间差值，并将时间差值转换为包含距离信息的三维点云数据。信号输出模块106用于将该三维点云数据进行输出。

具体而言，激光发射器101包含激光驱动器和激光二极管，激光驱动器负责根据所指定的调变方式，令激光二极管发出激光信号至探测目标。该激光二极管可以是垂直腔面发射激光器(VCSEL, vertical cavity surface emitting laser)、面射型激光(SEL)二极管、边射型激光(EEL, edge emitting laser)二极管或其他种类的激光二极管。本发明并不限定激光二极管的种类。上述的激光驱动器可以对该激光二极管的发射进行调变，例如是可调脉冲宽度(pulse width)的脉冲模式，或是以三角波、弦波或方波发射的连续波(CW,continuous wave)模式等。本发明并不限定激光二极管所发出的激光信号的调变与相应的解调变模式。激光接收器102包含单光子检测器像素阵列与像素控制电路，单光子检测器像素阵列与像素控制电路包含多个像素所组成的阵列，每个像素包含单光子检测器与其像素控制电路。像素控制电路可以将相应的单光子检测器的增益值调低，以便减少来自背景强光的干扰。在另外的实施例中，可以将多个单光子检测器组成较大的逻辑像素。每个逻辑像素可以对应至逻辑像素控制电路。这些像素或逻辑像素所组成的阵列可以用于获得目标的细节。当像素控制电路或逻辑像素控制电路侦测到有背景强光的干扰时，例如来自阳光或其他激光光源的干扰时，可以控制相应的单光子侦测器的增益值来减少干扰现象。其中该像素控制电路或逻辑像素控制电路可以包含阳光背景光屏蔽电路，用于滤除由于背景强光所触发该单光子检测器所导致的量测误差和系统信噪比的衰减。每个单光子检测器在接收单一光子之后，需要淬灭（Quench）和复位（reset）操作才具备探测下一个光子的能力。因此，每一个单光子检测器更包含高速淬灭和复位电路，以便减少单光子检测器接收单一光子之后的死锁时间，提升探测效率。时间数字转换模块104包含多个时间数字转换器，每个时间数字转换器用于连接到上述的单光子检测器像素或逻辑像素，以及接受来自激光重频调变器108的激光发射信号。数字信号处理与存储模块用于对接收到的时间差值进行存储，其中，这些时间差值以直方图的形式进行存储，然后对直方图进行寻峰运算，找到最高峰值对应的bin即可以计算出对应的距离信息。

图5中的激光雷达装置相对于图3中的激光雷达装置，其区别在于：时间数字转换模块104以激光重频调变器108发出的激光发射信号作为起始信号，而不是时序生成模块103产生的激光重频时序脉冲，因此，时间数字转换模块104记录的时间差值即为激光飞行时间，不再需要在后端添加调变解码器对时间数字转换模块104记录的时间差值进行解调。因此，本发明中的激光雷达装置只需要在前端电路进行架构调整，不需要后端硬件和算法的配合，减少了硬件成本。同时，在该激光雷达装置中，时间数字转换模块104记录的是激光飞行时间，不会减小其量程和测距范围。

图6为图5中激光雷达装置N次测量的积分结果。从图5中我们可以直观地看到，激光发射时间T0是随机的，同时，时间数字转换模块104的起始时间与激光发射时间T0同步也是随机的。 在该激光雷达装置中，激光发射时间和时间数字转换模块的起始时间均是由激光重频调变器108控制，每次测量时，激光重频调变器108都将产生一组不相同的延迟（Δt），因此，可以认为激光发射时间是随机的。在N次积分后，我们可以看到，直方图中的串扰信号能量大幅降低，同时真实信号的能量并不会因为降低。

采用本发明中的激光雷达装置具有如下优点：（1）本发明中的激光雷达装置只需要在前端电路中进行架构调整，即可以达到消除激光雷达串扰的目的，装置系统更加简单；（2）时间数字转换模块104记录的就是激光飞行时间，因此，调制信号的精度将不再受时间数字转换模块精度的限制；（3）时间数字转换模块104记录的就是激光飞行时间，因此，不需要对时间数字转换模块记录的时间差值进行解调，从而不需要再增加额外的调变解码器和计算量来得到激光飞行时间，进而减少了硬件成本和功耗；（4）本发明中的激光雷达装置中，激光发射器与时间数字转换模块的信号是同步的，不影响时间数字转换模块的量程。

如图7所示，本发明还提供一种消除激光雷达串扰的方法，用于配合本发明中的激光雷达装置使用。该方法包含以下步骤：产生激光重频时序脉冲和调制信号；对激光重频时序脉冲进行调制，产生激光发射信号；将激光发射信号输送至激光发射器和时间数字转换模块；令激光发射器按照激光发射信号发射激光信号，令时间数字转换模块按照激光发射信号开始计时；激光接收器接收激光回波，产生触发信号，并将触发信号发送给时间数字转换模块；时间数字转换模块根据接收到的触发信号停止计时，并将从开始计时到停止计时的时间差值传输至数字信号处理与存储模块。数字信号处理与存储模块接收并存储该时间差值，并将时间差值转换为包含距离信息的三维点云数据，并将该三维点云数据传输至信号输出模块。信号输出模块用于将该三维点云数据进行输出。

采用本发明中的消除激光雷达串扰的方法，能有效解决多个激光雷达在同一场景中使用导致串扰的情形；除此之外，本方法中，激光发射器和时间数字转换模块开始信号同步，不需要再通过额外的计算得到激光飞行时间，减少计算量；且时间数字转换模块测量的时间差值即为激光飞行时间，不会因为消除激光雷达串扰而减少时间数字转换模块的量程和测距范围。

以上所述仅是本发明的优选实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以优选实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。