本公开总体上涉及光检测和测距（lidar）。
背景技术：
1、调频连续波（fmcw）lidar通过将被调频的、被准直的光束对准目标直接地测量物体的距离和速度。目标的距离和速度信息这两者能够从fmcw lidar信号中导出。期望提高lidar信号精度的设计和技术。
2、汽车工业目前正在开发用于在某些情况下控制车辆的自主特征。根据sae国际标准j3016，有6个级别的自主性，从0级（无自主性）到5级（车辆无需操作者输入能够在所有条件下运行）。具有自主特征的车辆利用传感器来感测车辆导航经过的环境。从传感器获取和处理数据允许车辆导航通过其环境。自主驾驶车辆可以包括一个或多个fmcw lidar设备以感测其环境。
技术实现思路
1、本公开的实施方式包括光检测和测距（lidar）系统，该系统包括lidar测量单元、参考测量单元和相位消除单元。lidar测量单元被配置为估计激光束在激光源与目标之间行进的时间。参考测量单元被配置为确定激光源的相位。相位消除单元被配置为至少部分地基于激光源的相位和激光束行进的时间从表示激光束的信号中消除相位噪声。
2、在实施方式中，lidar系统还包括自由空间干涉仪和固定长度干涉仪。表示激光束的信号是从自由空间干涉仪接收的第一拍频信号。激光源的相位是根据从固定长度干涉仪接收的第二拍频信号计算的。激光源同时地馈送自由空间干涉仪和固定长度干涉仪。
3、在实施方式中，自由空间干涉仪将第一本地振荡器信号与目标反射信号组合以生成第一拍频信号，并且固定长度干涉仪将第二本地振荡器信号与由固定长度光学延迟线延迟的固定长度信号组合以生成第二拍频信号。
4、在实施方式中，相位消除单元利用延迟操作生成激光源的延迟相位，该延迟操作被配置为将激光源的相位延迟由lidar测量单元估计的激光束行进的时间。
5、在实施方式中，相位消除单元从激光源的相位中减去激光源的延迟相位以生成激光源的变量相位。激光源的变量相位表示：表示激光束的信号内的相位噪声。
6、在实施方式中，相位消除单元将变量相位的复共轭乘以表示激光束的信号以消除相位噪声。
7、在实施方式中，lidar系统还包括距离计算单元，其被配置为根据去噪信号来计算激光源与目标之间的距离，去噪信号是消除相位噪声之后的表示激光束的信号。
8、在实施方式中，距离计算单元确定去噪信号的频率，并且去噪信号的频率是基于去噪信号的频率表示的峰值振幅来确定的。
9、在实施方式中，lidar系统是调频连续波（fmcw）lidar系统。
10、在实施方式中，参考测量单元至少部分地基于来自固定长度干涉仪的同相信号和正交信号来确定激光源的相位。
11、在实施方式中，为了确定激光源的相位，参考测量单元被配置为对被除以同相信号的正交信号应用反正切运算，并且被配置为对反正切运算的输出应用积分运算。
12、在实施方式中，为了估计激光束行进的时间，lidar测量单元被配置为确定来自自由空间干涉仪的拍频信号的频率，并且拍频信号的频率是基于拍频信号的频率表示的至少一个峰值振幅来确定的。
13、本公开的实施方式包括自主车辆控制系统，该系统包括光检测和测距（lidar）系统。lidar系统包括lidar测量单元、参考测量单元和相位消除单元。lidar测量单元被配置为估计激光束在激光源与目标之间行进的时间。参考测量单元被配置为确定激光源的相位。相位消除单元被配置为至少部分地基于激光源的相位和激光束行进的时间来从表示激光束的信号中消除相位噪声。自主车辆的控制系统包括一个或多个处理器以响应于由相位消除单元输出的信号来控制自主车辆控制系统。
14、在实施方式中，lidar系统还包括自由空间干涉仪和固定长度干涉仪。表示激光束的信号是从自由空间干涉仪接收的第一拍频信号。激光源的相位是根据从固定长度干涉仪接收的第二拍频信号计算的。激光源同时地馈送自由空间干涉仪和固定长度干涉仪。
15、在实施方式中，相位消除单元被配置为利用延迟操作生成激光源的延迟相位，该延迟操作被配置为将激光源的相位延迟由lidar测量单元估计的激光束行进的时间。
16、在实施方式中，相位消除单元从激光源的相位中减去激光源的延迟相位以生成激光源的变量相位。激光源的变量相位表示：表示激光束的信号内的相位噪声。相位消除单元被配置为将变量相位的复共轭乘以表示激光束的信号以消除相位噪声。
17、本公开的实施方式包括用于自主车辆的自主车辆系统，其包括光检测和测距（lidar）系统。lidar系统包括lidar测量单元、参考测量单元和相位消除单元。lidar测量单元被配置为估计激光束在激光源与目标之间行进的时间。参考测量单元被配置为确定激光源的相位。相位消除单元被配置为至少部分地基于激光源的相位和激光束行进的时间从表示激光束的信号中消除相位噪声。自主车辆包括一个或多个处理器以响应于由相位消除单元输出的信号来控制自主车辆。
18、在实施方式中，lidar系统还包括自由空间干涉仪和固定长度干涉仪。表示激光束的信号是从自由空间干涉仪接收的第一拍频信号。激光源的相位是根据从固定长度干涉仪接收的第二拍频信号计算的。激光源同时地馈送自由空间干涉仪和固定长度干涉仪。
19、在实施方式中，相位消除单元被配置为利用延迟操作生成激光源的延迟相位，该延迟操作被配置为将激光源的相位延迟由lidar测量单元估计的激光束行进的时间。
20、在实施方式中，相位消除单元被配置为从激光源的相位中减去激光源的延迟相位以生成激光源的变量相位。激光源的变量相位表示：表示激光束的信号内的相位噪声。相位消除单元被配置为将变量相位的复共轭乘以表示激光束的信号以消除相位噪声。
21、本公开的实施方式包括光检测和测距（lidar）系统，该系统包括激光波形函数、参数集和校准单元。激光波形函数定义激光波形。参数集至少部分地定义激光波形。校准单元被配置为估计相对于参数集中的每个参数的频率响应的偏导数。频率响应是根据由激光波形驱动的激光输出测量的。校准单元被配置为更新参数集以使激光器的频率响应满足由激光波形函数定义的条件。
22、在实施方式中，lidar系统还包括固定长度干涉仪。校准单元被配置为从固定长度干涉仪接收同相信号和正交信号。校准单元被配置为基于同相信号和正交信号来确定激光器的频率响应。
23、在实施方式中，校准单元被配置为基于激光波形函数和参数集迭代地构建激光波形。参数集包括被参数集的一个或多个更新版本取代的参数集的初始版本。
24、在实施方式中，校准单元被配置为利用参数集的更新版本迭代地评估激光器的频率响应。
25、在实施方式中，为了迭代地评估激光器的频率响应，校准单元被配置为将激光波形加载到数模转换器中、等待激光器稳定、测量干涉仪的输出，并且根据干涉仪的输出来计算频率响应。
26、在实施方式中，校准单元被配置为估计激光波形函数的梯度。
27、在实施方式中，为了估计激光波形函数的梯度，校准单元被配置为计算激光波形的扰动版本、将激光波形的扰动版本加载到数模转换器中、测量激光器的输出，并且评估激光波形函数的扰动版本。
28、在实施方式中，激光波形的扰动版本包括参数集中的第一参数与参数集中的第二参数之间的差。
29、在实施方式中，校准单元被配置为基于频率响应相对于参数集中的每个参数的偏导数来更新参数集。
30、在实施方式中，校准单元被配置为更新参数集以补偿激光器的失真特性。
31、本公开的实施方式包括自主车辆控制系统，其包括光检测和测距（lidar）系统。lidar系统包括定义激光波形的激光波形函数、至少部分定义激光波形的参数集，以及被配置为估计频率响应相对于参数集中的每个参数的偏导数的校准单元。频率响应是根据由激光波形驱动的激光输出测量的。校准单元被配置为更新参数集以使激光器的频率响应满足由激光波形函数定义的条件。自主车辆控制系统包括一个或多个处理器以响应于至少部分地由校准单元定义的激光波形来控制自主车辆控制系统。
32、在实施方式中，自主车辆控制系统还包括固定长度干涉仪。校准单元被配置为从固定长度干涉仪接收同相信号和正交信号。校准单元被配置为基于同相信号和正交信号来确定激光器的频率响应。
33、在实施方式中，校准单元被配置为基于激光波形函数和参数集迭代地构造激光波形。参数集包括由参数集的一个或多个更新版本取代的参数集的初始版本。
34、在实施方式中，校准单元被配置为利用参数集的更新版本迭代地评估激光器的频率响应。
35、在实施方式中，为了迭代地评估激光器的频率响应，校准单元被配置为将激光波形加载到数模转换器中、等待激光稳定、测量干涉仪的输出，并且根据干涉仪的输出来计算频率响应。
36、在实施方式中，校准单元被配置为估计激光波形函数的梯度。
37、在实施方式中，为了估计激光波形函数的梯度，校准单元被配置为计算激光波形的扰动版本、将激光波形的扰动版本加载到数模转换器中、测量激光的输出，并且评估激光波形函数的扰动版本。
38、在实施方式中，自主车辆包括光检测和测距（lidar）系统。lidar系统包括定义激光波形的激光波形函数、至少部分定义激光波形的参数集，以及校准单元，该校准单元被配置为估计频率响应相对于参数集中的每个参数的偏导数。频率响应是根据由激光波形驱动的激光输出测量的。校准单元被配置为更新参数集以使激光器的频率响应满足由激光波形函数定义的条件。自主车辆包括一个或多个处理器以响应于至少部分地由校准单元定义的激光波形来控制自主车辆。
39、在实施方式中，校准单元被配置为利用参数集的更新版本迭代地评估激光器的频率响应。
40、在实施方式中，校准单元被配置为估计激光波形函数的梯度。
41、本公开的实施方式包括光检测和测距（lidar）系统，该系统包括参考测量单元和lidar测量单元。参考测量单元被配置为确定来自由激光源驱动的固定长度干涉仪的参考拍频信号的相位。lidar测量单元被配置为至少部分地基于来自激光源的向上频率啁啾（chirp）的第一频谱峰值与来自激光源的向下频率啁啾的第二频谱峰值配对来对多个目标进行测距。lidar测量单元被配置为至少部分地基于参考拍频信号的相位来对多个目标进行测距。
42、在实施方式中，lidar测量单元被配置为使用第一频谱峰值与第二频谱峰值之间的顺序配对峰值来估计自由空间激光信号到多个目标的行进时间。第一峰值对包括第一频谱峰值中的第一个和第二频谱峰值中的第一个。
43、在实施方式中，lidar测量单元被配置为迭代地测距多个目标。多个目标中的每一个与根据第一频谱峰值之一和第二频谱峰值之一的峰值对确定的行进时间估计相关联。
44、在实施方式中，lidar测量单元被配置为将参考拍频信号的相位延迟等于行进时间估计的持续时间，以识别激光源的相位噪声。
45、在实施方式中，lidar测量单元被配置为将相位噪声的复共轭乘以自由空间拍频信号以消除自由空间拍频信号中的相位噪声以生成去噪自由空间拍频信号。
46、在实施方式中，lidar测量单元被配置为消除在向上频率啁啾期间出现的相位噪声。参考测量单元被配置为消除在向下频率啁啾期间出现的相位噪声。
47、在实施方式中，第一频谱峰值是从来自自由空间干涉仪的第一拍频信号生成的。第二频谱峰值是从来自自由空间干涉仪的第二拍频信号生成的。
48、在实施方式中，自由空间干涉仪将第一本地振荡器信号与第一目标反射信号组合以从向上频率啁啾中生成第一拍频信号。自由空间干涉仪将第二本地振荡器信号与第二目标反射信号组合以从下行频率啁啾中生成第二拍频信号。
49、在实施方式中，lidar系统是调频连续波（fmcw）lidar系统。
50、在实施方式中，参考测量单元至少部分地基于来自固定长度干涉仪的同相信号和正交信号来确定参考拍频信号的相位。
51、在实施方式中，为了确定参考拍频信号的相位，参考测量单元被配置为对被除以同相信号的正交信号应用反正切运算，并且被配置为对反正切运算的输出应用积分运算。
52、在实施方式中，参考拍频信号是第一参考拍频信号。第一参考拍频信号的相位由向上频率啁啾生成。参考测量单元被配置为估计从向下频率啁啾生成的第二参考拍频信号的相位。
53、本公开的实施方式包括自主车辆控制系统，该系统包括光检测和测距（lidar）系统。lidar系统包括lidar测量单元和参考测量单元。参考测量单元被配置为确定来自由激光源驱动的固定长度干涉仪的参考拍频信号的相位。lidar测量单元被配置为至少部分地基于来自激光源的向上频率啁啾的第一频谱峰值与来自激光源的向下频率啁啾的第二频谱峰值配对来对多个目标进行测距。lidar测量单元被配置为至少部分地基于参考拍频信号的相位来对多个目标进行测距。自主车辆控制系统包括一个或多个处理器以响应于由lidar测量单元和参考测量单元中的至少一个输出的信号来控制自主车辆控制系统。
54、在实施方式中，lidar测量单元被配置为使用第一频谱峰值与第二频谱峰值之间的顺序配对峰值来估计自由空间激光信号到多个目标的行进时间。第一峰值对包括第一频谱峰值中的第一个和第二频谱峰值中的第一个。
55、在实施方式中，lidar测量单元被配置为迭代地测距多个目标。多个目标中的每一个与根据第一频谱峰值之一和第二频谱峰值之一的峰值对确定的行进时间估计相关联。
56、在实施方式中，lidar测量单元被配置为将参考拍频信号的相位延迟等于行进时间估计的持续时间，以识别激光源的相位噪声。lidar测量单元被配置为将相位噪声的复共轭与自由空间拍频信号相乘以消除自由空间拍频信号中的相位噪声以生成去噪自由空间拍频信号。
57、本公开的实施方式包括具有光检测和测距（lidar）系统的自主车辆。lidar系统包括lidar测量单元和参考测量单元。参考测量单元被配置为确定来自由激光源驱动的固定长度干涉仪的参考拍频信号的相位。lidar测量单元被配置为至少部分地基于来自激光源的向上频率啁啾的第一频谱峰值与来自激光源的向下频率啁啾的第二频谱峰值配对来对多个目标进行测距。lidar测量单元被配置为至少部分地基于参考拍频信号的相位来对多个目标进行测距。自主车辆包括一个或多个处理器以响应于由lidar测量单元或参考测量单元中的至少一个输出的信号来控制自主车辆。
58、在实施方式中，lidar测量单元被配置为使用第一频谱峰值与第二频谱峰值之间的顺序配对峰值来估计自由空间激光信号到多个目标的行进时间。第一峰值对包括第一频谱峰值中的第一个和第二频谱峰值中的第一个。
59、在实施方式中，lidar测量单元被配置为迭代地测距多个目标。多个目标中的每一个与根据第一频谱峰值之一和第二频谱峰值之一的峰值对确定的行进时间估计相关联。
60、在实施方式中，lidar测量单元被配置为将参考拍频信号的相位延迟等于行进时间估计的持续时间，以识别激光源的相位噪声。lidar测量单元被配置为将相位噪声的复共轭与自由空间拍频信号相乘以消除自由空间拍频信号中的相位噪声以生成去噪自由空间拍频信号。
1.一种光检测和测距（lidar）系统，包括：
2.根据权利要求1所述的lidar系统，还包括：
3.根据权利要求1所述的lidar系统，还包括：
4.根据权利要求1所述的lidar系统，其中，对失真特性的补偿包括减少所述激光器的失真特性，其中，所述激光器的失真特征基于所述特定激光波形和所述激光器的输出频率之间的差。
5.根据权利要求1所述的lidar系统，其中，所述多个参数具有初始值，其中，所述校准单元被配置为用一个或多个更新值替换一个或多个初始值。
6.根据权利要求1所述的lidar系统，还包括：
7.一种自主车辆控制系统，包括：
8.根据权利要求7所述的自主车辆控制系统，还包括：
9.根据权利要求7所述的自主车辆控制系统，还包括：
10.根据权利要求7所述的自主车辆控制系统，其中，对失真特性的补偿包括减少所述激光器的失真特性，其中所述激光器的失真特征基于所述特定激光波形和所述激光器的输出频率之间的差。
11.根据权利要求7所述的自主车辆控制系统，其中，所述多个参数具有初始值，其中，所述校准单元被配置为用一个或多个更新值替换一个或多个初始值。
12.根据权利要求11所述的自主车辆控制系统，还包括：
13.根据权利要求7所述的自主车辆控制系统，还包括：
14.一种自主车辆，包括：
15.根据权利要求14所述的自主车辆，其中，所述校准单元被配置为在集成在所述自主车辆中时校准所述激光器。
16.根据权利要求14所述的自主车辆，其中，对失真特性的补偿包括减少所述激光器的失真特性，其中所述激光器的失真特征基于所述特定激光波形和所述激光器的输出频率之间的差。
17.根据权利要求14所述的自主车辆，还包括：
18.根据权利要求14所述的自主车辆控制系统，还包括：
