DE102024115600A1 - Method for operating a lidar device - Google Patents
Method for operating a lidar deviceInfo
- 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
Links
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
- G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
- G01S17/931—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
- G01S17/26—Systems 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
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO 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
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
- G01S7/483—Details of pulse systems
- G01S7/486—Receivers
- G01S7/487—Extracting 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
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 und3 vereinfacht dargestellte Beispiele für ausgesendete und empfangene optische Signale; und -
4 die erfindungsgemäße Kombination eines digitalen Signals mit einer Spreizsequenz.
-
1 a vehicle equipped with a lidar device; -
2 and3 Simplified examples of transmitted and received optical signals; and -
4 the inventive combination of a digital signal with a spreading sequence.
Anhand der
Die
Ein erfindungsgemäßes Verfahren wird im Folgenden anhand der
Die auszusendende digitale Sequenz 24 wird vor dem Aussenden mit einer Spreizsequenz 26 kombiniert. In der Darstellung der
Weiter schematisch angedeutet ist in der
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
Entsprechend der
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
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)
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)
| 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 |
-
2024
- 2024-06-05 DE DE102024115600.7A patent/DE102024115600A1/en active Pending
Patent Citations (2)
| 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 |