[go: up one dir, main page]

DE102024115600A1 - Method for operating a lidar device - Google Patents

Method for operating a lidar device

Info

Publication number
DE102024115600A1
DE102024115600A1 DE102024115600.7A DE102024115600A DE102024115600A1 DE 102024115600 A1 DE102024115600 A1 DE 102024115600A1 DE 102024115600 A DE102024115600 A DE 102024115600A DE 102024115600 A1 DE102024115600 A1 DE 102024115600A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
sequence
received
period
sequences
lidar device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102024115600.7A
Other languages
German (de)
Inventor
Fabian Hauske
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
Priority to DE102024115600.7A priority Critical patent/DE102024115600A1/en
Publication of DE102024115600A1 publication Critical patent/DE102024115600A1/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/93Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S17/931Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06Systems determining position data of a target
    • G01S17/08Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G01S17/26Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein the transmitted pulses use a frequency-modulated or phase-modulated carrier wave, e.g. for pulse compression of received signals
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483Details of pulse systems
    • G01S7/486Receivers
    • G01S7/487Extracting wanted echo signals, e.g. pulse detection

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung, wobei im Zuge des Verfahrens die Lidar-Vorrichtung (12) optische Signale (18) aussendet, von Objekten in einer Umgebung zurückreflektierte optische Signale (20) empfängt, und aus Laufzeiten (22) der empfangenen Signale (20) Distanzen zwischen der Lidar-Vorrichtung (12) und den Objekten ermittelt werden.
Erfindungsgemäß werden die auszusendenden optischen Signale (18) erzeugt, indem digitale Sequenzen (24) einer ersten Periodendauer (T1) generiert werden, die jeweils einen Header mit einer Sender ID und einen Zeitstempel aufweisen. Die digitalen Sequenzen (24) werden mit einer digitalen Spreizsequenz (26) kombiniert, um kombinierte digitale Sequenzen (42) zu erhalten. Mittels der kombinierten digitalen Sequenzen (42) wird ein analoges optisches Trägersignal moduliert, um die resultierenden optischen Signale (18) zu erhalten, welche mit der ersten Periodendauer (T1) ausgesendet werden. Die empfangenen zurückreflektierten optischen Signale (20) werden demoduliert und mittels der inversen Spreizsequenz separiert, um Sender ID und den Zeitstempel zu ermitteln. Mittels jeder empfangenen Sequenz wird mindestens eine Kanalschätzung durchgeführt wird.
The present invention relates to a method for operating a lidar device, wherein in the course of the method the lidar device (12) emits optical signals (18), receives optical signals (20) reflected back from objects in an environment, and distances between the lidar device (12) and the objects are determined from the transit times (22) of the received signals (20).
According to the invention, the optical signals (18) to be transmitted are generated by creating digital sequences (24) of a first period (T1), each containing a header with a transmitter ID and a timestamp. The digital sequences (24) are combined with a digital spreading sequence (26) to obtain combined digital sequences (42). An analog optical carrier signal is modulated using the combined digital sequences (42) to obtain the resulting optical signals (18), which are transmitted with the first period (T1). The received back-reflected optical signals (20) are demodulated and separated using the inverse spreading sequence to determine the transmitter ID and the timestamp. At least one channel estimation is performed using each received sequence.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.The present invention relates to a method for operating a lidar device according to the preamble of claim 1.

Bei einem gattungsgemäßen Verfahren zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung sendet im Zuge des Verfahrens die Lidar-Vorrichtung optische Signale aus, und empfängt von Objekten in einer Umgebung zurückreflektierte optische Signale. Aus den Laufzeiten der Signale werden Distanzen zwischen der Lidar-Vorrichtung und den Objekten ermittelt.In a generic method for operating a lidar device, the lidar device emits optical signals and receives optical signals reflected back from objects in its environment. Distances between the lidar device and the objects are determined from the signal travel times.

Es kann dabei ein Front-End eines Fahrzeugs, in welchem die Lidar-Vorrichtung verbaut ist, vorgesehen sein, welches einen Erfassungsbereich der Lidar-Vorrichtung abtastet und in diesen Bereich die optischen Signale aussendet. Von Objekten in einer Umgebung des Fahrzeugs reflektierte Laserstrahlen werden ebenfalls durch das Front-End des Fahrzeugs empfangen und durch eine Verarbeitungseinheit ausgewertet.This system can include a front end of the vehicle, in which the lidar device is installed, that scans a detection area defined by the lidar device and emits optical signals into this area. Laser beams reflected from objects in the vehicle's vicinity are also received by the vehicle's front end and evaluated by a processing unit.

Anstatt der Laufzeitmessung einzelner Pulse, kann auch ein kontinuierliches, periodisches Signal mit einer Trainingsfolge ausgesendet werden. Aus der zeitlichen Verschiebung des gesendeten Signals und des empfangenen Signals kann ebenfalls die Signallaufzeit ermittelt werden. Zusätzlich können mit Hilfe von klassischen, digitalen Kanalschätzverfahren die Kanaleigenschaften bezüglich Amplitude, Phase und Polarisation ermittelt werden, die wiederum Aufschlüsse bezüglich der Umfeldbedingungen erlauben (z.B. Regen oder Nebel, Eigenschaften des reflektierten Objekts, z.B. Stoff oder Metall).Instead of measuring the transit time of individual pulses, a continuous, periodic signal with a training sequence can also be transmitted. The signal transit time can then be determined from the time difference between the transmitted and received signals. Additionally, classical digital channel estimation methods can be used to determine the channel characteristics with respect to amplitude, phase, and polarization, which in turn provide information about the environmental conditions (e.g., rain or fog, properties of the reflected object, e.g., fabric or metal).

Bei bekannten Verfahren zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung können bei der Ermittlung von Distanzen verschiedene Probleme auftreten.Various problems can arise when determining distances using known methods for operating a lidar device.

Werden periodische optischen Signale mit einer Sequenzlänge ausgesendet, die einer Periodendauer entspricht, so kann bei Laufzeiten, die größer sind als eine Sequenzlänge, die Laufzeit des Signals (und dementsprechend die Distanz zu dem Objekt in der Umgebung) nicht mehr eindeutig ermittelt werden. Diese Problemstellung wird weiter unten anhand der 1 noch näher erläutert. Es müssen daher entweder sehr lange Sequenzen mit langer Periodendauer gesendet werden, was mit einem Mehraufwand in der Signalverarbeitung verbunden ist und zu sehr langsamen Schätzungen von Distanzen führt. Alternativ kann eine Obergrenze für die Bestimmung von Laufzeiten und somit für die Abstandsmessung festgelegt werden, was den Erfassungsbereich der Lidar-Vorrichtung verkürzt.If periodic optical signals with a sequence length corresponding to one period are emitted, then for propagation times greater than one sequence length, the propagation time of the signal (and consequently the distance to the object in the vicinity) can no longer be uniquely determined. This problem will be further addressed below using the following examples: 1 This will be explained in more detail later. Therefore, either very long sequences with long periods must be transmitted, which involves additional signal processing and leads to very slow distance estimates. Alternatively, an upper limit can be set for determining travel times and thus for distance measurement, which reduces the detection range of the lidar device.

Probleme können auch auftreten, wenn ein weiteres Lidar zeitgleich denselben Erfassungsbereich abtastet. Eine solche weitere Lidar-Vorrichtung kann beispielsweise an demselben Fahrzeug oder einem anderen Fahrzeug verbaut sein. Von einer der ersten Lidar-Vorrichtungen empfangenen optischen Signale können dann nicht zuverlässig separiert werden. Ein „fremdes“ Lidar-Signal kann empfangen und detektiert werden, was zu einer falschen Laufzeitberechnung führt.Problems can also arise if another lidar system is simultaneously scanning the same detection area. Such an additional lidar device might be installed on the same vehicle or a different vehicle. Optical signals received from one of the first lidar systems cannot then be reliably separated. A "foreign" lidar signal can be received and detected, leading to an incorrect propagation delay calculation.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zu schaffen, mittels welchem diese Probleme zuverlässig gelöst werden.It is therefore the object of the present invention to provide a method by which these problems can be reliably solved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß dem Kennzeichen von Anspruch 1 gelöst.This problem is solved according to the invention by a method according to the characterizing feature of claim 1.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren werden digitalen Sequenzen mit einer ersten Periodendauer generiert, die jeweils einen Header mit einer Sender-ID und einen Zeitstempel aufweisen. Das Vorsehen einer Sender-ID bietet den Vorteil, dass zurückreflektierte Signale der „eigenen“ Lidar-Vorrichtung identifiziert und von Signalen anderer Lidar-Vorrichtungen separiert werden können. Auch das Vorsehen eines Zeitstempels kann dazu dienen, eigene von fremden Signalen zu unterscheiden, da innerhalb der Lidar-Vorrichtung bekannt ist, wann tatsächlich ein optisches Signal ausgesendet wurde, sodass empfangene optische Signale mit einem unbekannten Zeitstempel unberücksichtigt bleiben können. Das Vorsehen eines Zeitstempels bildet aber weiterhin den Vorteil, dass auch optische Signale mit einer langen Laufzeit, also insbesondere einer Laufzeit, die größer ist als eine Periodendauer eines ausgesendeten optischen Signals, zuverlässig ausgewertet werden können. Aus einem Zeitstempel kann so ermittelt werden, ob eine Laufzeit vorliegt, die beispielsweise ein Mehrfaches einer Periodendauer eines ausgesendeten optischen Signals aufweist, da der Zeitpunkt des Aussendens bekannt ist.In a method according to the invention, digital sequences with a first period are generated, each containing a header with a sender ID and a timestamp. Providing a sender ID offers the advantage that reflected signals from the "own" lidar device can be identified and separated from signals from other lidar devices. Providing a timestamp can also serve to distinguish one's own signals from those of other devices, since the lidar device knows when an optical signal was actually transmitted, allowing received optical signals with an unknown timestamp to be disregarded. Furthermore, providing a timestamp offers the advantage that even optical signals with a long propagation delay, particularly delays greater than the period of a transmitted optical signal, can be reliably evaluated. A timestamp thus allows determination of whether a propagation delay is present that is, for example, several times the period of a transmitted optical signal, since the transmission time is known.

Das Senden eines digital modulierten optischen Signals bestehend aus Sequenzen mit ID und Zeitstempel allein eignet sich aber nicht besonders für digitale Kanalschätzungen oder präzise Laufzeitermittlungen. Daher wird erfindungsgemäß die digitale Sequenz wie folgt mit einem periodischen Signal verknüpft.However, simply sending a digitally modulated optical signal consisting of sequences with ID and timestamp is not particularly suitable for digital channel estimation or precise transit-time determinations. Therefore, according to the invention, the digital sequence is combined with a periodic signal as follows.

Erfindungsgemäß werden die digitalen Sequenzen mit einer digitalen Spreizsequenz kombiniert, um kombinierte digitale Sequenzen zu erhalten. Diese kombinierten digitalen Sequenzen entsprechen einem Basisbandsignal. Mittels der kombinierten digitalen Sequenzen wird dann ein analoges optisches Trägersignal moduliert, um die optischen Signale zu erhalten, welche mit der ersten Periodendauer ausgesendet werden.According to the invention, the digital sequences are combined with a digital spreading sequence to obtain combined digital sequences. These combined digital sequences correspond to a baseband signal. An analog optical carrier signal is then modulated using the combined digital sequences to... to obtain optical signals which are emitted with the first period.

Die empfangenen zurückreflektierten optischen Signale werden wieder demoduliert und separiert, um Sender ID und den Zeitstempel zu ermitteln.The received reflected optical signals are demodulated and separated to determine the transmitter ID and timestamp.

Mittels jeder empfangenen Sequenz wird mindestens eine Kanalschätzung durchgeführt. So wird die Information über die Sender-ID und den Zeitstempel auswertbar.At least one channel estimate is performed for each received sequence. This allows the information about the transmitter ID and the timestamp to be evaluated.

Somit wird jedes Bit mit Bitdauer TB1 mit einer digitalen, periodischen Spreizsequenz kombiniert, beispielsweise multipliziert. Die Spreizsequenz besteht aus einer Anzahl von Chips mit Chipdauer TB2. Die Summe aller Chips einer Spreizsequenz kann genau einer Bitdauer TB1 entsprechen. Diese Multiplikation kann sendeseitig digital berechnet werden. Das resultierende Signal wird dann optisch moduliert und ausgesendet.Thus, each bit with a duration of TB1 is combined with a digital, periodic spreading sequence, for example, by multiplication. The spreading sequence consists of a number of chips with a duration of TB2. The sum of all chips in a spreading sequence can correspond exactly to one bit duration of TB1. This multiplication can be calculated digitally at the transmitter. The resulting signal is then optically modulated and transmitted.

Die periodische Chipsequenz kann vorteilhafterweise in ihrer Eigenschaft so gestaltet sein, dass am Empfänger diese Sequenz optimal detektiert werden kann, um das empfangene Signal mit der entsprechenden Entspreiz-Sequenz wieder synchron zu kombinieren, beispielsweise zu multiplizieren. Die Chipsequenz kann auch optimiert werden, um bei einer gleichzeitigen Erfassung verschiedener Signale mit verschiedenen Chipsequenzen fremde Signale bei der Entspreizung möglichst zu unterdrücken. Die Chipsequenz kann auch auf die Eigenschaften zu periodischen Kanalschätzung hin optimiert werden. Es kann auch eine Optimierung bezüglich zwei oder drei dieser Eigenschaften erfolgen.The periodic chip sequence can advantageously be designed such that it can be optimally detected at the receiver in order to synchronously recombine the received signal with the corresponding spread sequence, for example, by multiplying it. The chip sequence can also be optimized to suppress foreign signals during spread estimation when multiple signals are simultaneously acquired using different chip sequences. Furthermore, the chip sequence can be optimized for periodic channel estimation. Optimization with respect to two or three of these properties is also possible.

Am Empfänger erfolgt eine Demodulation des optischen Signals und eine digitale Detektion, gefolgt von einer Synchronisation der Takte für die Bit- und Chipsequenzen. Unter einer „Detektion“ ist hier nicht die Umwandlung eines optischen Signals durch einen Sensor in ein elektrisches Signal zu verstehen. Die Detektion bedeutet hier vielmehr eine Entfaltung oder Separation von Sequenz und Spreizsequenz. Aus dem Versatz der gesendeten Chipsequenz und der Empfangenen Chipsequenz kann eine detaillierter Laufzeitunterschied ΔT ermittelt werden. Zunächst wird das empfangene Signal mit der entsprechenden Chipsequenz entspreizt, um die gesendete Information aus ID und Zeitstempel zu ermitteln. Über den Zeitstempel kann die Laufzeit um ganzzahlige Vielfache der Bitdauer TB1 korrigiert werden.At the receiver, the optical signal is demodulated and digitally detected, followed by synchronization of the clocks for the bit and chip sequences. "Detection" here does not refer to the conversion of an optical signal into an electrical signal by a sensor. Rather, detection here means the unfolding or separation of the sequence and the spread sequence. A detailed propagation delay difference ΔT can be determined from the offset between the transmitted and received chip sequences. First, the received signal is unfolded with the corresponding chip sequence to determine the transmitted information from the ID and timestamp. The propagation delay can then be corrected using the timestamp by integer multiples of the bit duration TB1.

Weiterhin wird erfindungsgemäß mittels jeder empfangenen Sequenz mindestens eine Kanalschätzung durchgeführt. Bei einer Kanalschätzung werden - wie beispielsweise aus der drahtlosen Kommunikation bekannt - die Kanaleigenschaften einer Verbindung ermittelt. Hierbei wird ein bekanntes Signal ausgesendet und Veränderungen im empfangenen Signal in Kenntnis des ausgesendeten Signals analysiert. Im Falle einer Lidar-Vorrichtung handelt es sich hier um den Ausbreitungskanal der optischen Signale von der Lidar-Vorrichtung zu dem Objekt in der Umgebung und nach einer Reflexion am Objekt wieder zurück zur Lidar-Vorrichtung. Der Header und der Zeitstempel entsprechen vorzugsweise der übertragenen Information vom „Sender zum Empfänger“. Da der Sender und der Empfänger in der Lidar-Vorrichtung nebeneinander integriert sind, ist die Senderinformation am Empfänger bereits bekannt, was im Rahmen der Erfindung genutzt wird. Der Zeitversatz des ausgesendeten Signals und des empfangenen Signals kann so gegenüber einer Systemzeit ermittelt werden. Zusätzlich können dadurch Störungen und Laufzeiten der Signalverarbeitung und der Modulation an Sender und Empfänger herauskalibriert werden.Furthermore, according to the invention, at least one channel estimation is performed using each received sequence. Channel estimation—as is known, for example, from wireless communication—determines the channel characteristics of a connection. Here, a known signal is transmitted, and changes in the received signal are analyzed with knowledge of the transmitted signal. In the case of a lidar device, this is the propagation channel of the optical signals from the lidar device to the object in the environment and, after reflection from the object, back to the lidar device. The header and the timestamp preferably correspond to the transmitted information from the "sender to the receiver." Since the transmitter and the receiver are integrated side-by-side in the lidar device, the transmitter information is already known at the receiver, which is utilized within the scope of the invention. The time offset of the transmitted signal and the received signal can thus be determined relative to a system time. Additionally, this allows interference and propagation delays in signal processing and modulation at the transmitter and receiver to be calibrated out.

Verschiedene Kanaleigenschaften können so ermittelt werden, wie zum Beispiel der Phasengang und die Dämpfung eines Signals. Auch Änderungen eines optischen Signals bezüglich der Polarisation können ermittelt werden. Die Kanalschätzung enthält daher alle Kanalinformationen aus Dämpfung, Phase (Dispersion), Polarisation und Laufzeit. Ein für das vorliegende Verfahren besonders wichtiger Parameter ist aber genau die Laufzeit des Signals. So kann alternativ zur Verwendung des Zeitstempels oder besonders bevorzugt zusätzlich zur Verwendung des Zeitstempels die aus der Kanalschätzung erhaltene Laufzeit verwendet werden, um die Distanzen von Objekten zu ermitteln.Various channel properties can be determined in this way, such as the phase response and attenuation of a signal. Changes in the polarization of an optical signal can also be determined. The channel estimation therefore contains all channel information, including attenuation, phase (dispersion), polarization, and propagation time. However, a particularly important parameter for the present method is precisely the propagation time of the signal. Thus, as an alternative to using the timestamp, or preferably in addition to using the timestamp, the propagation time obtained from the channel estimation can be used to determine the distances between objects.

Da weiterhin mittels jeder empfangenen Sequenz mindestens eine Kanalschätzung durchgeführt wird, werden Informationen, die mittels der Kanalschätzung erhalten werden, kontinuierlich aufgefrischt. Erfolgt die Aussendung der Kanalschätzsequenzen deutlich schneller als die zeitvarianten Änderungen des Kanals oder der Ortsabtastung, können über die Mittelung aufeinanderfolgender Kanalschätzungen Störungen wie zum Beispiel Rauschen unterdrückt werden.Since at least one channel estimate is performed for each received sequence, the information obtained through channel estimation is continuously updated. If the transmission of the channel estimation sequences occurs significantly faster than the time-varying changes in the channel or the spatial sampling, disturbances such as noise can be suppressed by averaging successive channel estimates.

Dadurch, dass das Signal vorzugsweise kontinuierlich ausgesendet und empfangen werden kann, ergeben sich keine Unterbrechungen bei der Kanalschätzung (Distanzbestimmung) und der Raumabtastung.Because the signal can preferably be transmitted and received continuously, there are no interruptions in channel estimation (distance determination) and spatial scanning.

Bevorzugte Ausgestaltungen des erfinderischen Verfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.Preferred embodiments of the inventive process are set out in the dependent claims.

Vorzugsweise bestehen die auszusendenden Sequenzen aus einer ersten Abfolge von digitalen Bits mit einer ersten Bitlänge. Die Spreizsequenz besteht aus einer zweiten Abfolge von digitalen Bits und weist eine zweite Periodendauer auf.Preferably, the sequences to be transmitted consist of a first sequence of digits. The first bit has a certain length. The spreading sequence consists of a second sequence of digital bits and has a second period.

Weiter vorzugsweise besteht die Periodendauer der Spreizsequenz der Bitlänge der Sequenz. Die bedeutet, dass jedes Bit der Sequenz mit der kompletten Spreizsequenz kombiniert wird.Preferably, the period of the spreading sequence is equal to the bit length of the sequence. This means that each bit of the sequence is combined with the complete spreading sequence.

Weiter vorzugsweise wird mit jedem Bit, d.h. mit jeder empfangenen Chipsequenz, eine Kanalschätzung durchgeführt. Dies erhöht wesentlich die Anzahl der Kanalschätzungen, die in einem Zeitintervall durchgeführt werden, da nun nicht nur mit jeder empfangenen Sequenz eine Kanalschätzung durchgeführt wird, sondern mit jedem empfangenen Bit einer empfangenen Sequenz. Je nach Anzahl der verwendeten Bits je Sequenz wird somit die Anzahl der Kanalschätzungen vervielfacht, was beispielsweise dazu verwendet werden kann, dass auch eine Mittelung über verschiedene Kanalschätzungen durchgeführt werden kann. So können die Laufzeiten von Signalen noch zuverlässiger bestimmt werden. Wenn mehrere Empfangssequenzen bei einer hochbitratiger Übertragung gemittelt werden, wird der Signal-Rausch-Abstand verbessert. Ein kohärenter Empfang (notwendige Voraussetzung bei einer Lidar-Vorrichtung) erhöht den Signal-Rausch-Abstand ferner inhärent gegenüber einer reinen LeistungsdetektionPreferably, a channel estimate is performed with each bit, i.e., with each received chip sequence. This significantly increases the number of channel estimates performed within a given time interval, since a channel estimate is now performed not just with each received sequence, but with each received bit of a received sequence. Depending on the number of bits used per sequence, the number of channel estimates is thus multiplied, which can be used, for example, to perform averaging over different channel estimates. This allows signal propagation times to be determined even more reliably. When multiple received sequences are averaged during high-bit-rate transmission, the signal-to-noise ratio is improved. Coherent reception (a necessary requirement for a lidar device) also inherently increases the signal-to-noise ratio compared to pure power detection.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verfahrens beinhaltet die Kombination eine Multiplikation jeder Sequenz mit der Spreizsequenz. Eine entsprechende inverse Spreizsequenz kann verwendet werden, um ein empfangenes Signal zu detektieren. Es kann dabei auch vorgesehen sein, dass Multiplikation einer empfangenen Sequenz mit der ursprünglichen Spreizsequenz vorgenommen wird, um eine Detektion durchzuführen.In a further advantageous embodiment of a method according to the invention, the combination includes multiplying each sequence by the spreading sequence. A corresponding inverse spreading sequence can be used to detect a received signal. It can also be provided that a received sequence is multiplied by the original spreading sequence to perform a detection.

Besonders bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei welchem sowohl die Kanalschätzung als auch der Zeitstempel für die Ermittlung der Laufzeit des empfangenen optischen Signals verwendet wird. So ist vorzugsweise vorgesehen, dass der Zeitstempel verwendet wird, um zu bestimmen, wie viele ganzzahlige Periodendauern einer Sequenz die Laufzeit beinhaltet. Die Kanalschätzung kann verwendet werden, um zu ermitteln, welchen Zeitversatz (+/-) kleiner einer Periodendauer einer Sequenz die Laufzeit zusätzlich beinhaltet. Bildhaft gesprochen wird also der Zeitstempel dazu verwendet, um in Abständen von einer Periodendauer den Abstand zu einem Objekt in ganzzahligen Vielfachen der Periodendauer „grob“ zu ermitteln. Die Kanalschätzungen können in viel kürzeren zeitlichen Abständen vorgenommen werden, beispielsweise mit jedem Bit einer empfangenen Sequenz, und somit viel öfter als die Auswertung des Zeitstempels, die den Empfang einer kompletten Sequenz erfordert. Da die Kanalschätzung verwendet wird, um zu ermitteln welcher Zeitversatz kleiner einer Periodendauer einer Sequenz die Laufzeit zusätzlich beinhaltet, wird also mit jedem Bit einer empfangenen Sequenz die Laufzeit dahingehend neu bestimmt, wie sie sich gegenüber der aus dem letzten Zeitstempel (quasi als grobe Abschätzung im Vielfachen der Periodendauer) ermittelten Laufzeit inzwischen verändert hat.A particularly preferred method according to the invention is one in which both channel estimation and timestamp are used to determine the propagation time of the received optical signal. Preferably, the timestamp is used to determine how many integer periods of a sequence the propagation time comprises. The channel estimation can be used to determine the additional time offset (+/-) less than one period of a sequence that the propagation time includes. In other words, the timestamp is used to roughly estimate the distance to an object at intervals of one period, in integer multiples of that period. The channel estimations can be performed at much shorter intervals, for example, with each bit of a received sequence, and thus much more frequently than the evaluation of the timestamp, which requires receiving a complete sequence. Since channel estimation is used to determine the time offset smaller than a period of a sequence that additionally includes the propagation delay, the propagation delay is recalculated with each bit of a received sequence in terms of how it has changed compared to the propagation delay determined from the last timestamp (as a rough estimate in multiples of the period).

Weiter bevorzugt ist ein erfindungsgemäßes Verfahren, bei welchem die Spreizsequenz eine CAZAC-Sequenz beinhaltet. Solche CAZAC-Frequenzen oder Signalformen (Constant Amplitude Zero Auto Correlation) sind aus der Nachrichtentechnik bekannt und sind insbesondere für die Durchführung von Kanalschätzungen optimiert.A further preferred method according to the invention is one in which the spreading sequence includes a CAZAC sequence. Such CAZAC frequencies or signal shapes (Constant Amplitude Zero Auto Correlation) are known from communications engineering and are particularly optimized for performing channel estimation.

Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden für unterschiedliche Lidar-Vorrichtungen verschiedene Spreizsequenz verwendet, wobei jede Spreizsequenz eine individuelle Goldsequenz beinhalten kann. Solche Goldsequenzen werden in der Telekommunikation und in der Satellitennavigation verwendet. Goldsequenzen sind zwar etwas weniger gut für die Kanalschätzung geeignet, aber die Durchführung einer Kanalschätzung ist immer noch möglich. Der besondere Vorteil der Verwendung von Goldsequenzen ist die Tatsache, dass solche Goldfrequenzen untereinander nicht korreliert sind, sodass Signale von verschiedenen Lidar-Vorrichtungen mit unterschiedlichen Goldsequenzen zuverlässig voneinander separiert werden können.In a further preferred embodiment of the method according to the invention, different spreading sequences are used for different lidar devices, each spreading sequence potentially including an individual gold sequence. Such gold sequences are used in telecommunications and satellite navigation. While gold sequences are somewhat less suitable for channel estimation, performing channel estimation is still possible. The particular advantage of using gold sequences is the fact that such gold frequencies are uncorrelated, allowing signals from different lidar devices with different gold sequences to be reliably separated.

Insgesamt kann daher die Spreizsequenz bezüglich der Eigenschaften zur Schätzung des Kanals in digital-kohärenten Empfängern von Lidar-Vorrichtungen oder bezüglich Mehrnutzer-Interferenzen optimiert werden. Die Spreizsequenz oder Kanalschätzsequenz kann alternativ auch systematisch oder statistisch über die Zeit verändert werden, um Mehrnutzer-Interferenzen beim Vorhandensein von mehreren Lidar-Vorrichtungen zu vermeiden, sodass dann keine systematische Koordination der Sequenzen aller Nutzer notwendig ist.Overall, the spreading sequence can therefore be optimized with respect to its properties for channel estimation in digitally coherent lidar receivers or with respect to multi-user interference. Alternatively, the spreading or channel estimation sequence can also be systematically or statistically modified over time to avoid multi-user interference when multiple lidar devices are present, thus eliminating the need for systematic coordination of the sequences of all users.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft näher erläutert.The invention will be explained in more detail below using the figures as examples.

Dabei zeigt:

  • 1 ein Fahrzeug mit einer Lidar-Vorrichtung;
  • 2 und 3 vereinfacht dargestellte Beispiele für ausgesendete und empfangene optische Signale; und
  • 4 die erfindungsgemäße Kombination eines digitalen Signals mit einer Spreizsequenz.
This shows:
  • 1 a vehicle equipped with a lidar device;
  • 2 and 3 Simplified examples of transmitted and received optical signals; and
  • 4 the inventive combination of a digital signal with a spreading sequence.

1 zeigt ein Fahrzeug 10 mit einer Lidar-Vorrichtung 12, welche ein Front-End 14 und eine Verarbeitungseinheit 16 aufweist. Das Front-End 14 der Lidar-Vorrichtung 12 weist eine nicht näher dargestellte Sendeeinheit auf, welche optische Signale 18 aussendet. Diese optischen Signale 18 werden von einem ebenfalls nicht näher dargestellten Objekt in einer Umgebung des Fahrzeugs 10 reflektiert, und gelangen als empfangene optische Signale 20 in das Front-End 14 der Lidar-Vorrichtung 12 zurück, beispielsweise in eine Empfangseinheit der Lidar-Vorrichtung 12, welche sie in elektrische Signale umwandelt. Die Verarbeitungseinheit 16 wertet die elektrischen Signale aus. 1 Figure 1 shows a vehicle 10 equipped with a lidar device 12, which has a front end 14 and a processing unit 16. The front end 14 of the lidar device 12 has a transmitter unit (not shown) that emits optical signals 18. These optical signals 18 are reflected by an object (also not shown) in the vicinity of the vehicle 10 and return as received optical signals 20 to the front end 14 of the lidar device 12, for example, to a receiver unit of the lidar device 12, which converts them into electrical signals. The processing unit 16 evaluates the electrical signals.

Anhand der 2 und 3 werden sehr vereinfacht ausgesendete optische Signale 18 und empfangene optische Signale 20 in ihrer zeitlichen Abfolge jeweils übereinander dargestellt. Die vereinfachte Darstellung zeigt die Signale 18 und 20 jeweils als modulierte Analogsignale in Form eines sich wiederholenden Sägezahns. Tatsächlich wird bei einem erfindungsgemäßen Verfahren als ausgesendetes optisches Signal 18 (und ähnlich als empfangenes optisches Signal 20) eine digitale Sequenz verwendet, wie dies weiter unten anhand der 4 detaillierter erläutert werden wird.Based on the 2 and 3 In a highly simplified representation, transmitted optical signals 18 and received optical signals 20 are shown superimposed in their temporal sequence. The simplified representation depicts signals 18 and 20 as modulated analog signals in the form of a repeating sawtooth wave. In reality, in a method according to the invention, a digital sequence is used as the transmitted optical signal 18 (and similarly as the received optical signal 20), as will be shown below. 4 will be explained in more detail.

Die 2 zeigt ein ausgesendetes optisches Signal 18 dargestellt als Signalstärke s(t) mit einer Periodendauer T1 über die Zeit t. Ein empfangenes optische Signal 20 ist als Signalstärke r(t) ebenfalls über die Zeitachse t dargestellt. Das optische Signal benötigt eine gewisse Laufzeit ΔT (Bezugszeichen 22), um vom Fahrzeug 10 zum reflektierenden Objekt und von diesem wieder zur Lidar-Vorrichtung 12 des Fahrzeugs 10 zurück zu gelangen. Diese Laufzeit 22 ist beim empfangenen optischen Signal 20 der 2 als eine Verschiebung der Sägezähne gegenüber dem ausgesendeten optischen Signal 18 dargestellt. Die Laufzeit 22 und somit die Verschiebung um ΔT ist in der Situation der 2 so klein, dass sie insbesondere kleiner ist als die Periodendauer T1 des ausgesendeten optischen Signals 18. Die entsprechende Weglänge kann über die Laufzeit 22 und die Lichtgeschwindigkeit berechnet werden. In der Lidar-Vorrichtung kann in der Situation der 2 einfach davon ausgegangen werden, dass der erste Sägezahn des empfangenen optischen Signals 20 dem ersten Sägezahn des ausgesendeten optischen Signals 18 entspricht, sodass die Verschiebung ΔT die gesamte Laufzeit 22 und tatsächlich die korrekte Entfernung zu einem Objekt widerspiegelt.The 2 Figure 1 shows an emitted optical signal 18 represented as signal strength s(t) with a period T1 over time t. A received optical signal 20 is also represented as signal strength r(t) over time t. The optical signal requires a certain travel time ΔT (reference symbol 22) to travel from the vehicle 10 to the reflecting object and back to the lidar device 12 of the vehicle 10. This travel time 22 is represented by the received optical signal 20. 2 represented as a displacement of the sawtooth pattern relative to the emitted optical signal 18. The propagation time 22, and thus the displacement by ΔT, is in the situation of 2 so small that it is, in particular, smaller than the period T1 of the emitted optical signal 18. The corresponding path length can be calculated via the travel time 22 and the speed of light. In the lidar device, in the situation of 2 It can simply be assumed that the first sawtooth of the received optical signal 20 corresponds to the first sawtooth of the emitted optical signal 18, so that the displacement ΔT reflects the entire travel time 22 and actually the correct distance to an object.

3 zeigt eine Situation wie sie einerseits entstehen kann, wenn größere Laufzeiten 22 auftreten als bei der Situation der 2 oder wenn eine andere Lidar-Vorrichtung ebenfalls Signale aussendet, die von der ersten Lidar-Vorrichtung, welche das optische Signal 18 ausgesendet hat, empfangen werden könnten. Stammt das empfangene optische Signal 20 von derselben Lidar-Vorrichtung, so ist dennoch nicht eindeutig, welchem Sägezahn des ausgesendeten optischen Signals 18 der erste Sägezahn des empfangenen Signals entspricht. Die Auswertung eines entsprechenden empfangenen optischen Signals 20 kann somit Fehler bei der Bestimmung der Laufzeit 22 beinhalten, die ein Mehrfaches der Periodendauer T1 darstellen. Selbstverständlich ist eine resultierende nicht eindeutige Abstandsbestimmung sehr problematisch. Auch wenn das empfangene optische Signal 20 von einer anderen Lidar-Vorrichtung stammt, kann dies natürlich zu Problemen führen, wenn ein Abstand zu einem Objekt in einer Umgebung eines Fahrzeugs bestimmt werden soll. 3 This illustrates a situation that can arise when longer runtimes 22 occur than in the situation of 2 or if another lidar device also transmits signals that could be received by the first lidar device that transmitted the optical signal 18. If the received optical signal 20 originates from the same lidar device, it is still not clear which sawtooth of the transmitted optical signal 18 corresponds to the first sawtooth of the received signal. The evaluation of a corresponding received optical signal 20 can therefore contain errors in determining the propagation time 22, which are several times the period T1. Naturally, a resulting ambiguous distance determination is very problematic. Even if the received optical signal 20 originates from a different lidar device, this can of course lead to problems if a distance to an object in the vicinity of a vehicle is to be determined.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird im Folgenden anhand der 4 beispielhaft näher erläutert. 4 zeigt eine digitale Sequenz 24 mit +1 Bits 30 und -1 Bits 32. Die Sequenz 24 weist einen Header mit einer Sender-ID sowie einen Zeitstempel auf, die aber nicht näher dargestellt sind. Selbstverständlich können der Header und Zeitstempel mehr Bits 30 und 32 als abgebildet beinhalten, oder andere Bitfolgen. Alle Bits 30 und 32 haben hier eine identische Bitdauer TB1, was aber auch nicht zwingend der Falls sein muss.A method according to the invention is described below with reference to the 4 An example will be explained in more detail. 4 This shows a digital sequence 24 with +1 bits 30 and -1 bits 32. Sequence 24 includes a header with a sender ID and a timestamp, which are not shown in detail. Naturally, the header and timestamp could contain more bits 30 and 32 than shown, or other bit sequences. All bits 30 and 32 have an identical bit duration TB1, but this is not necessarily the case.

Die auszusendende digitale Sequenz 24 wird vor dem Aussenden mit einer Spreizsequenz 26 kombiniert. In der Darstellung der 4 ist eine (vereinfacht ausgestaltete) komplette auszusendende Sequenz 24 dargestellt zusammen mit zwei aufeinanderfolgenden Spreizsequenzen 26. Auch jede Spreizsequenz 26 besteht aus +1 Bits 34 und -1 Bits 36. Die entsprechenden Bits 30 und 32 der Spreizsequenz 26 werden auch als Chips 28 bezeichnet. Jedes Bit 30 und 32 bzw. jeder Chip 28 der Spreizsequenz 26 hat bei der dargestellten Ausführung des Verfahrens jeweils eine identische Chipdauer TB2. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich, sodass die Chips 28 auch unterschiedliche Breiten aufweisen können. Vorteilhaft ist jedoch die Ausgestaltung der Spreizsequenz 26 mit einer Periodendauer T2, die wie dargestellt der Bitdauer TB1 der auszusendenden Sequenz 24 entspricht. So kann jede der mit der Periode T1 kontinuierlich generierten Spreizsequenzen 26 mit einem Bit 30 oder 32 der Sequenz 24 kombiniert werden und diese modulieren. Dabei ist zu berücksichtigen, dass in der 2 nur zwei Spreizsequenzen 26 dargestellt sind, mit denen die beiden schraffiert dargestellten Bits 30 und 32 kombiniert werden, um die ebenfalls schraffiert dargestellte kombinierte digitale Sequenz 42 zu erzeugen. Selbstverständlich sind weitere Spreizsequenzen 26 vorgesehen, um auch die anderen Bits der Sequenz 24 zu kombinieren.The digital sequence 24 to be transmitted is combined with a spreading sequence 26 before transmission. In the representation of the 4 A (simplified) complete sequence 24 to be transmitted is shown together with two consecutive spreading sequences 26. Each spreading sequence 26 also consists of +1 bits 34 and -1 bits 36. The corresponding bits 30 and 32 of the spreading sequence 26 are also referred to as chips 28. In the depicted implementation of the method, each bit 30 and 32, or each chip 28, of the spreading sequence 26 has an identical chip duration TB2. However, this is not strictly necessary, so the chips 28 can also have different widths. It is advantageous, however, to design the spreading sequence 26 with a period T2, which, as shown, corresponds to the bit duration TB1 of the sequence 24 to be transmitted. Thus, each of the spreading sequences 26 continuously generated with period T1 can be combined with a bit 30 or 32 of the sequence 24 and modulate it. It should be taken into account that in the 2 Only two spreading sequences 26 are shown, which combine the two hatched bits 30 and 32 to generate the combined digital sequence 42, also hatched. Of course, further spreading sequences 26 are provided to combine the other bits of sequence 24 as well.

Weiter schematisch angedeutet ist in der 4 ein Kombinationsverfahren, welches hier Verwendung findet. Im Fall der 4 findet die Kombination dergestalt statt, dass die auszusendende Sequenz 24 mit der Spreizsequenz 26 multipliziert wird (x-Zeichen). Dementsprechend resultiert die Multiplikation eines +1 Bits 30 der Sequenz 24 mit der Spreizsequenz 26 zu einem identischen Abbild der Spreizsequenz 26 im ausgesendeten optischen Signal 18. Umgekehrt führt die Modulation eines -1 Bits 32 der Sequenz 24 mit der Spreizsequenz 26 zu einer invertierten Spreizsequenz 26 in der kombinierten auszusendenden Sequenz 42. Weitere Details oder Sequenzen des ausgesendeten optischen Signals 18 sind in der 4 zur Vereinfachung nicht dargestellt.Further schematically indicated in the 4 a combination method is used here. In the case of the 4 The combination takes place such that the transmitted sequence 24 is multiplied by the spreading sequence 26 (x-character). Accordingly, the multiplication of a +1 bit 30 of sequence 24 with the spreading sequence 26 results in an identical representation of the spreading sequence 26 in the transmitted optical signal 18. Conversely, the modulation of a -1 bit 32 of sequence 24 with the spreading sequence 26 leads to an inverted spreading sequence 26 in the combined transmitted sequence 42. Further details or sequences of the transmitted optical signal 18 are described in the 4 Not shown for the sake of simplicity.

Die kombinierte (hier multiplizierte) Sequenz 42 stellt ein digitales Basisbandsignal dar, und wird in einem nicht näher dargestellten Modulator verwendet, um ein analoges Signal eines Lasers (Trägersignal) zu modulieren, um das ausgesendete optische Signal 18 der 1 zu erhalten.The combined (here multiplied) sequence 42 represents a digital baseband signal and is used in a modulator not shown in detail to modulate an analog signal of a laser (carrier signal) in order to produce the emitted optical signal 18 of the 1 to obtain.

Entsprechend der 1 wird es nach der Reflexion an einem Objekt in einer Umgebung der Lidar-Vorrichtung 12 als reflektiertes, empfangenes optisches Signal 20 von der Lidar-Vorrichtung 12 wieder empfangen und ausgewertet. Selbstverständlich muss das modulierte ausgesendete optische Signal 18 nach der Reflexion wieder zuerst demoduliert und dann detektiert werden, indem es in diesem Ausführungsbeispiel wieder mit der Spreizsequenz 26 multipliziert wird. Ein Signal mit den Bits 30 und 32, der Periodendauer T1 und der sonstigen Form der Sequenz 24 steht dann zur weiteren Verarbeitung bereit.According to the 1 After reflection from an object in the vicinity of the lidar device 12, the reflected optical signal 20 is received and evaluated by the lidar device 12. Naturally, the modulated transmitted optical signal 18 must first be demodulated and then detected after reflection, in this embodiment by multiplying it again by the spreading sequence 26. A signal with bits 30 and 32, period T1, and the other form of the sequence 24 is then available for further processing.

Da die Sequenz 24 einen Header mit einer Sender-ID und einen Zeitstempel beinhaltet, kann die Verarbeitungseinheit 16 der Lidar-Vorrichtung 12 sehr einfach ermitteln, wann das Signal ausgesendet wurde, und entsprechende Laufzeiten 22 bestimmen. Die Sender-ID wird dabei dazu benutzt, um zu verifizieren, dass ein empfangenes optisches Signal 20 tatsächlich von derselben Lidar-Vorrichtung 12 stammt. Andernfalls kann vorgesehen sein, dass ein empfangenes optisches Signal 20 erst gar nicht zu einer Entfernungsmessung verwendet wird (die fehlerhaft sein würde). Mittels des Zeitstempels kann die Verarbeitungseinheit 16 aber auch mit Ablauf jeder Periodendauer T1 eine Laufzeit 22 ermittelt. Da der Zeitstempel festlegt, wann genau das optische Signal 18 ausgesendet wurde, treten die anhand der 3 erläuterten Probleme bei langen Laufzeiten 22 nicht auf. Im Bilde der 3 vereinfacht ausgedrückt ist immer klar, welcher Sägezahn des empfangenen optischen Signals 20 welchem Sägezahn des ausgesendeten optischen Signals 18 entspricht.Since sequence 24 contains a header with a transmitter ID and a timestamp, the processing unit 16 of the lidar device 12 can easily determine when the signal was transmitted and calculate corresponding propagation times 22. The transmitter ID is used to verify that a received optical signal 20 actually originates from the same lidar device 12. Otherwise, it may be intended that a received optical signal 20 is not used for a distance measurement at all (which would be inaccurate). Using the timestamp, the processing unit 16 can also determine a propagation time 22 at the end of each period T1. Since the timestamp specifies exactly when the optical signal 18 was transmitted, the propagation times 22 are calculated based on the 3 Problems with long runtimes were not explained in section 22. In the image of the 3 Put simply, it is always clear which sawtooth of the received optical signal 20 corresponds to which sawtooth of the emitted optical signal 18.

Da das ausgesendete optische Signal 18 aber auch die Chipdauer TB2 der Chips28 der Spreizsequenz 26 beinhaltet, weist es eine wesentlich höhere Bandbreite auf (~1/TB2) als die ursprünglich nicht modulierte Sequenz 24 mit der wesentlich größeren Bitdauer TB1. Gleichermaßen ist die Periodendauer T1 der Bitsequenz 24 deutlich länger als die Periodendauer T2 der Chipsequenz 26. Die Frequenzen verhalten sich reziprok dazu. Diese höhere Frequenz der Spreizsequenz 26 kann nun dazu verwendet werden, dass mit dem Empfang von jeder Spreizsequenz 26 eine Kanalschätzung durchgeführt wird. So kann mit jedem Bit 30, 32 der Sequenz 24 nach der Modulation mit der Spreizsequenz 26 jeweils eine Kanalschätzung durchgeführt werden und aufgrund der kurzen Zeitabstände der Kanalschätzungen kann auch über mehrere Kanalschätzungen gemittelt werden, um zu einem zuverlässigeren Ergebnis zu gelangen.Since the transmitted optical signal 18 also includes the chip duration TB2 of the chips 28 of the spreading sequence 26, it has a significantly higher bandwidth (~1/TB2) than the originally unmodulated sequence 24 with its much longer bit duration TB1. Likewise, the period T1 of the bit sequence 24 is considerably longer than the period T2 of the chip sequence 26. The frequencies are inversely proportional to this. This higher frequency of the spreading sequence 26 can now be used to perform a channel estimation upon reception of each spreading sequence 26. Thus, a channel estimation can be performed for each bit 30, 32 of the sequence 24 after modulation with the spreading sequence 26, and due to the short time intervals of the channel estimations, averaging over several channel estimations is possible to obtain a more reliable result.

Insbesondere kann eine solche Kanalschätzung und gegebenenfalls eine Mittelung über mehrere Kanalschätzungen dazu verwendet werden, um abzuleiten, welchen Zeitversatz +/- ΔT kleiner einer Periodendauer T1 einer Sequenz die Laufzeit 22 zusätzlich zu mehreren ganzzahligen Periodendauern T1 der Sequenz beinhaltet. Mit anderen Worten wird daher der Zeitstempel insbesondere dazu verwendet, zu ermitteln wie viele ganzzahlige Periodendauern T1 einer Sequenz die Laufzeit 22 beinhaltet und dies mit jeder Periode T1. Innerhalb einer Periode T1 können mehrere Kanalschätzungen durchgeführt werden, um zwischendurch aktualisierte Zeitversätze ΔT zu ermitteln und so Distanzänderungen schneller und genauer ermitteln zu können. In particular, such a channel estimate, and optionally an averaging of several channel estimates, can be used to derive the time offset +/- ΔT smaller than a period T1 of a sequence that the runtime 22 includes in addition to several integer periods T1 of the sequence. In other words, the timestamp is used specifically to determine how many integer periods T1 of a sequence the runtime 22 includes, and this for each period T1. Within a period T1, multiple channel estimates can be performed to determine updated time offsets ΔT in between, thus enabling faster and more accurate determination of distance changes.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010
Fahrzeugvehicle
1212
Lidar-VorrichtungLidar device
1414
Front-EndFront-End
1616
VerarbeitungseinheitProcessing unit
1818
ausgesendete optische Signaleemitted optical signals
2020
empfangene optische Signalereceived optical signals
2222
LaufzeitDuration
T1T1
Periodendauer SequenzPeriod sequence
2424
digitale Sequenz (Header +Zeitstempel)digital sequence (header + timestamp)
2626
SpreizsequenzSpreading sequence
2828
ChipsChips
T2T2
Periodendauer SpreizsequenzPeriod Spreading sequence
3030
+1 Bit+1 bit
3232
-1 Bit-1 bit
3434
+1 Chip Spreizsequenz+1 Chip Spread Sequence
3636
-1 Chip Spreizsequenz-1 Chip Spread Sequence
TB2TB2
ChipdauerChip duration
TB1TB1
BitdauerBit duration
4242
kombinierte Sequenzcombined sequence

Claims (10)

Verfahren zum Betreiben einer Lidar-Vorrichtung (12), wobei im Zuge des Verfahrens: die Lidar-Vorrichtung (12) optische Signale (18) aussendet, von Objekten in einer Umgebung zurückreflektierte optische Signale (20) empfängt, und aus Laufzeiten (22) der empfangenen Signale (20) Distanzen zwischen der Lidar-Vorrichtung (12) und den Objekten ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die auszusendenden optischen Signale (18) erzeugt werden, indem: digitale Sequenzen (24) einer ersten Periodendauer (T1) generiert werden, die jeweils einen Header mit einer Sender ID und einen Zeitstempel aufweisen, die digitalen Sequenzen (24) mit einer digitalen Spreizsequenz (26) kombiniert werden, um kombinierte digitale Sequenzen (42) zu erhalten, mittels der kombinierten digitalen Sequenzen (42) ein optisches Trägersignal moduliert wird, um die optischen Signale (18) zu erhalten, welche mit der ersten Periodendauer (T1) ausgesendet werden, die empfangenen zurückreflektierten optischen Signale (20) demoduliert und separiert werden, um Sender ID und den Zeitstempel zu ermitteln, und mittels jeder empfangenen Sequenz mindestens eine Kanalschätzung durchgeführt wird.A method for operating a lidar device (12), wherein, in the course of the method: the lidar device (12) emits optical signals (18), receives optical signals (20) reflected from objects in an environment, and distances between the lidar device (12) and the objects are determined from the transit times (22) of the received signals (20), characterized in that the optical signals (18) to be emitted are generated by: generating digital sequences (24) of a first period (T1), each of which has a header with a transmitter ID and a timestamp, combining the digital sequences (24) with a digital spreading sequence (26) to obtain combined digital sequences (42), modulating an optical carrier signal by means of the combined digital sequences (42) to obtain the optical signals (18) which are emitted with the first period (T1), the received reflected optical Signals (20) are demodulated and separated to determine the transmitter ID and timestamp, and at least one channel estimation is performed using each received sequence. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die digitalen Sequenzen (24) aus einer ersten Abfolge von digitalen Bits (30, 32) bestehen und eine erste Bitlänge (TB1) aufweisen, und die Spreizsequenz (26) aus einer zweiten Abfolge von digitalen Bits (34, 36) besteht und eine zweite Periodendauer (T2) aufweist.Procedure according to Claim 1 , characterized in that the digital sequences (24) consist of a first sequence of digital bits (30, 32) and have a first bit length (TB1), and the spreading sequence (26) consists of a second sequence of digital bits (34, 36) and has a second period (T2). Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Periodendauer (T2) der Spreizsequenz der Bitlänge (TB1) der Sequenz (24) entspricht.Procedure according to Claim 2 , characterized in that the period (T2) of the spreading sequence corresponds to the bit length (TB1) of the sequence (24). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit jeder empfangenen Spreizsequenz eine Kanalschätzung durchgeführt wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that a channel estimation is performed with each received spreading sequence. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kombination eine Multiplikation jeder digitalen Sequenz (24) mit der Spreizsequenz (26) beinhaltet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the combination includes a multiplication of each digital sequence (24) with the spreading sequence (26). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalschätzung und der Zeitstempel für die Ermittlung der Laufzeit (22) des empfangenen, demodulierten optischen Signals (20) verwendet werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the channel estimation and the timestamp are used to determine the transit time (22) of the received, demodulated optical signal (20). Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Zeitstempel verwendet wird, um zu ermitteln, wie viele ganzzahlige Periodendauern (T1) einer Sequenz (24) die Laufzeit (22) beinhaltet.Procedure according to Claim 6 , characterized in that the timestamp is used to determine how many integer period durations (T1) of a sequence (24) the runtime (22) contains. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kanalschätzung verwendet wird, um zu ermitteln, welchen Zeitversatz (+/- ΔT) kleiner der Periodendauer (T1) einer Sequenz (24) die Laufzeit zusätzlich beinhaltet.Procedure according to Claim 7 , characterized in that the channel estimation is used to determine what time offset (+/- ΔT) smaller than the period (T1) of a sequence (24) the runtime additionally includes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spreizsequenz (26) eine CAZAC Sequenz beinhaltet.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the spreading sequence (26) includes a CAZAC sequence. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass verschiedene Spreizsequenzen (26) für unterschiedliche Lidar-Vorrichtungen (12) verwendet werden, jede Spreizsequenz (26) eine individuelle Goldsequenz beinhaltet, und eine Lidar-Vorrichtung (12) nur solche empfangenen Sequenzen demoduliert, die mit der ihr zugeordneten Goldsequenz moduliert wurden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that different spreading sequences (26) are used for different lidar devices (12), each spreading sequence (26) includes an individual gold sequence, and a lidar device (12) only demodulates such received sequences that were modulated with the gold sequence assigned to it.
DE102024115600.7A 2024-06-05 2024-06-05 Method for operating a lidar device Pending DE102024115600A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024115600.7A DE102024115600A1 (en) 2024-06-05 2024-06-05 Method for operating a lidar device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102024115600.7A DE102024115600A1 (en) 2024-06-05 2024-06-05 Method for operating a lidar device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102024115600A1 true DE102024115600A1 (en) 2025-12-11

Family

ID=97753323

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102024115600.7A Pending DE102024115600A1 (en) 2024-06-05 2024-06-05 Method for operating a lidar device

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102024115600A1 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180239000A1 (en) * 2017-02-17 2018-08-23 Aeye, Inc. Method and System for Ladar Pulse Deconfliction Using Delay Code Selection
KR20240032270A (en) * 2022-09-01 2024-03-12 주식회사 나노플러스 Optical orthogonal code light detection and ranging sensor device with improved resolution for autonomous vehicles

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180239000A1 (en) * 2017-02-17 2018-08-23 Aeye, Inc. Method and System for Ladar Pulse Deconfliction Using Delay Code Selection
KR20240032270A (en) * 2022-09-01 2024-03-12 주식회사 나노플러스 Optical orthogonal code light detection and ranging sensor device with improved resolution for autonomous vehicles

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009000468B4 (en) Radar methods and systems with ramp sequences
DE60214692T2 (en) A HIGH-RESOLUTION PROCESSOR / RECEIVER FOR THE DISTINCTION OF OVERLOADED ANSWERS AND SQUITTERS OF A SECONDARY MONITORING RADAR
EP1395846B1 (en) Method and device for self-calibration of a radar sensor arrangement
DE102012103085B4 (en) radar device
WO2019233645A1 (en) Radar sensor system
AT511310A1 (en) PROCESS FOR REMOTE MEASUREMENT
DE19705740B4 (en) Positioning system using GPS satellites
DE102006016776A1 (en) Process to overlay radar interference to vehicle receiver system by overlain application of broadband signal to incoming signal
EP3368916A1 (en) Method and device for tracking objects, in particular moving objects, in the three-dimensional space of imaging radar sensors
DE2905023A1 (en) DIGITAL PHASE DETECTOR AND METHOD FOR DETECTING A PHASE DIFFERENCE
EP3714287A1 (en) Travel time measurement based on frequency switching
DE102016205227A1 (en) Method and device for tracking objects, in particular moving objects, in the three-dimensional space of imaging radar sensors
DE60002358T2 (en) PROCESS AND POSITIONING SYSTEM OF A TRANSMITTER
DE19841154C2 (en) Method and device for measuring the transit time of sound waves
EP3589976A1 (en) Radar system and method for operating a radar system
DE102009047931B4 (en) Method and device for determining the distance and relative speed of at least one distant object
DE19743132C2 (en) Distance measuring method and device
EP3736601B1 (en) Opto-electric determiniation of the distance of an object taking into account edge hits
AT506707B1 (en) DEVICE FOR CONTACTLESS DISTANCE MEASUREMENT BETWEEN TWO MEASUREMENT SITES
EP0676650A2 (en) Method of distance measurement using a radio link and apparatus for carrying out the method
DE102024115600A1 (en) Method for operating a lidar device
EP2312333A1 (en) Method and device for locating an object by detecting the reflection of pulsed waves
WO2014016027A1 (en) Method for operating a surroundings-sensing system of a vehicle and surroundings-sensing system
DE102005021882A1 (en) Method and device for determining a distance to a target object
DE19644791C2 (en) Method and device for determining the light propagation time over a measuring section arranged between a measuring device and a reflecting object

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified