特表 2023-545411 ＬＩＤＡＲシステムにおける位相障害を補償する技術

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-10-30

(54)【発明の名称】ＬＩＤＡＲシステムにおける位相障害を補償する技術

(51)【国際特許分類】

   G01S 7/493 20060101AFI20231023BHJP

【ＦＩ】

G01S7/493

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023520488

(86)(22)【出願日】2021-09-29

(85)【翻訳文提出日】2023-05-19

(86)【国際出願番号】 US2021052700

(87)【国際公開番号】W WO2022076225

(87)【国際公開日】2022-04-14

(31)【優先権主張番号】63/087,432

(32)【優先日】2020-10-05

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(31)【優先権主張番号】17/234,460

(32)【優先日】2021-04-19

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】521095112

【氏名又は名称】エヴァ インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100119792

【弁理士】

【氏名又は名称】熊崎 陽一

(72)【発明者】

【氏名】ビスワナサ クマール バルガブ

(72)【発明者】

【氏名】クラウス ペリン ホセ

(72)【発明者】

【氏名】ムートリ ラジェンドラ ツシャール

(72)【発明者】

【氏名】レズク ミナ

【テーマコード（参考）】

5J084

【Ｆターム（参考）】

5J084AA05

5J084AA07

5J084AA10

5J084AC02

5J084BA03

5J084BA48

5J084BB04

5J084BB14

5J084BB16

5J084BB20

5J084BB28

5J084BB31

5J084CA08

5J084CA27

5J084CA29

5J084CA31

5J084CA48

5J084CA49

5J084DA01

5J084DA08

5J084DA09

5J084EA13

5J084FA01

(57)【要約】

【課題】
【解決手段】ターゲットに向けて第１の光ビームを送信し、ターゲットから第２の光ビームを受信して受信光ビームを生成し、局部発振器（ＬＯ）信号、第１の光検出器および受信光ビームを用いてデジタル的にサンプリングしたターゲット信号を生成し、ファイバ遅延装置および第２の光検出器を介して伝送される基準ビームを用いてデジタル的にサンプリングされた基準信号を生成し、デジタル的にサンプリングされた基準信号を用いてＬＩＤＡＲシステムにおける１つ以上の位相障害を推定して１つ以上の推定位相障害を生成し、局部発振器（ＬＯ）信号によってデジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた第１の位相障害に対して第１の補正を行い、受信光ビームによってデジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた第２の位相障害に対して第２の補正を行う。
【選択図】図１４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムにおける位相障害を補正する方法であって、
ターゲットに向けて第１の光ビームを送信するステップと、
前記ターゲットからの第２の光ビームを受信して受信光ビームを生成するステップと、
局部発振器（ＬＯ）信号、第１の光検出器、および前記受信光ビームを用いて、デジタル的にサンプリングされたターゲット信号を生成するステップと、
ファイバ遅延装置および第２の光検出器を介して伝送される基準ビームを用いて、デジタルサンプリングされた基準信号を生成するステップと、
前記デジタルサンプリングされた基準信号を用いて、ＬＩＤＡＲシステムの１つ以上の位相障害を推定し、１つ以上の推定位相障害を生成するステップと、
第１の位相障害は、前記局部発振器（ＬＯ）信号によって前記デジタル的にサンプリングされたターゲット信号に生じており、前記１つ以上の推定位相障害を用いて、前記デジタル的にサンプリングされたターゲット信号における前記１つ以上の位相障害からの前記第１の位相障害に対して第１の補正を行うステップと、
第２の位相障害は、前記受信光ビームによって前記デジタル的にサンプリングされたターゲット信号に生じており、前記１つ以上の推定位相障害を用いて、前記デジタル的にサンプリングされたターゲット信号における１つ以上の位相障害からの前記第２の位相障害に対して第２の補正を行うステップと、
前記第１および第２の補正を処理して、ポイントクラウドに送信するための補正されたターゲット信号を生成するステップと、
を含む方法。

【請求項2】

請求項１に記載の方法であって、
ゼロフォース推定器、ＭＭＳＥ推定器、最尤推定器、およびマップ推定器のうちの少なくとも１つを用いて前記１つ以上の位相障害を推定する方法。

【請求項3】

請求項１に記載の方法であって、
前記第１の位相障害の推定に少なくとも部分的に基づいて形成された１つ以上のフィルタを用いて前記第１の補正を行う方法。

【請求項4】

請求項１に記載の方法であって、
前記受信光ビームを複数のデジタル遅延器を通して遅延させ、かつ、最適な遅延を選択するブルートフォース遅延補正フィルタを用いて前記第２の補正を行う方法。

【請求項5】

請求項４に記載の方法であって、
前記複数のデジタル遅延の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、最も高いピークを持つ遅延を選択することにより、最適な遅延を選択する方法。

【請求項6】

請求項１に記載の方法であって、
前記受信光ビームを異なるデジタル遅延で繰り返し遅延させる反復遅延補正フィルタを用いてピークが収束するまで補正することにより前記第２の補正を行う方法。

【請求項7】

請求項１に記載の方法であって、
デスキュー補償補正フィルタを用いることにより前記第２の補正を行う方法。

【請求項8】

請求項１に記載の方法であって、
複数の異なるファイバ遅延装置を介して伝送される基準ビームを用いて、複数のデジタルサンプリングされた基準信号を生成し、各ファイバ遅延装置は、それぞれの光検出器と接続されていることを、さらに含む方法。

【請求項9】

光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムは、
ターゲットに対して第１の光ビームを照射する光ビーム源と、
前記ターゲットからの受信光ビームおよび局部発振器（ＬＯ）信号を受信し、デジタルサンプリングされたターゲット信号を生成する第１の検出器と、
既知の長さを有し、前記光ビーム源に結合されたファイバ遅延装置と、
前記ファイバ遅延装置に結合されており、前記ファイバ遅延装置を介して伝送される基準ビームを用いてデジタルサンプリングされた基準信号を生成する第２の検出器と、
前記デジタルサンプリングされた基準信号を用いて前記ＬＩＤＡＲシステムの１つ以上の位相障害を推定し、１つ以上の推定位相障害を生成する位相障害推定器と、
前記局部発振器（ＬＯ）信号によってデジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた第１の位相障害を補正する第１の位相障害補正器と、
前記受信光ビームによって前記デジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた第２の位相障害を補正する第２の位相障害補正器と、を備えているシステム。

【請求項10】

請求項９に記載のシステムであって、
前記１つ以上の位相障害を推定するためのゼロフォース推定器、ＭＭＳＥ推定器、最尤推定器、およびマップ推定器のうちの少なくとも1つをさらに備えているシステム。

【請求項11】

請求項９に記載のシステムであって、
前記第１の位相障害補正器は、前記第１の位相障害の推定に少なくとも部分的に基づいて形成された１つ以上のフィルタを備えているシステム。

【請求項12】

請求項９に記載のシステムであって、
前記第２の位相障害補正器は、前記受信光ビームを複数のデジタル遅延で遅延させ、かつ、最適な遅延を選択するブルートフォース遅延補正フィルタを備えているシステム。

【請求項13】

請求項１２に記載のシステムであって、
前記複数のデジタル遅延の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、最も高いピークを有する遅延を選択することにより、最適な遅延を選択することを含むシステム。

【請求項14】

請求項９に記載のシステムであって、
前記第２の位相障害補正器は、ピークが収束するまで、異なるデジタル遅延を介して前記受信光ビームを繰り返し遅延させる反復遅延補正フィルタを備えているシステム。

【請求項15】

請求項９に記載のシステムであって、
前記第２の位相障害補正器は、デスキュー補償補正フィルタを備えているシステム。

【請求項16】

請求項９に記載のシステムであって、
前記ファイバ遅延装置は、距離が遠いターゲットからの反射がより遅延し、距離が近いターゲットからの反射がより遅延しないように、受信光ビームの周波数に比例した遅延を生成するシステム。

【請求項17】

請求項９に記載のシステムであって、
デジタルサンプリングされた複数の基準信号を生成するための複数の異なるファイバ遅延素子および光検出器をさらに備えているシステム。

【請求項18】

光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムにおける位相障害を補正する方法であって、該方法は、
局部発振器（ＬＯ）信号、第１の光検出器、およびターゲットから反射された受信光ビームを用いて、デジタル的にサンプリングされたターゲット信号を生成するステップと、
ファイバ遅延装置および第２の光検出器を介して伝送される基準ビームを用いて、デジタルサンプリングされた基準信号を生成するステップと、
前記局部発振器（ＬＯ）信号によってデジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた第１の位相障害を推定するステップと、
前記受信光ビームによってデジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた第２の位相障害を推定するステップと、
前記第１の位相障害を補正する第１の補正を行うステップと、
前記第２の位相障害を補正する第２の補正を行うステップと、
を含む方法。

【請求項19】

請求項１８に記載の方法であって、
前記第２の位相障害を推定するステップは、
ゼロフォース推定器、ＭＭＳＥ推定器、最尤推定器、およびマップ推定器のうちの少なくとも1つを用いる方法。

【請求項20】

請求項１８に記載の方法であって、
前記第２の補正を行うステップは、
前記受信光ビームを複数のデジタル遅延で遅延させ、かつ、最適な遅延を選択するブルートフォース遅延補正フィルタを用いることと、
前記受信光ビームを異なるデジタル遅延を介して繰り返し遅延させる反復遅延補正フィルタを用いて、ピークが収束するまで補正することと、あるいは、デスキュー補償補正フィルタを用いることと、
を含む方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、米国特許法第１１９条（ｅ）に基づき、２０２１年４月１９日に出願された米国特許出願第１６／９９４，３２５号および２０２０年１０月５日に出願された米国仮特許出願第６３／０８７，４３２号の優先権を主張するものであり、それら全内容は参照により本明細書に組み込まれている。

【背景技術】

【0002】

本開示は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムに関する。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

従来の周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）ＬＩＤＡＲシステムには、レーザの位相ノイズ、回路の位相ノイズ、レーザの駆動用電子部品が発するフリッカノイズ、温度／天候によるドリフト、チャープレートオフセットなどの位相障害が含まれている。これらの障害は、検出確率の低下、誤警報および距離／速度のバイアスの増加を引き起こし、さらに、推定ターゲット距離／速度の誤差の増加を引き起こす。

【0004】

本開示は、特に、システムに基準チャンネルを追加して予め決められた距離のターゲットをエミュレートし、基準チャネルに基づいて位相障害を推定し、推定された位相障害に基づいて信号を補正するＬＩＤＡＲシステムおよび方法の様々な実施形態ついて説明する。
本発明の実施形態は、位相障害を推定する機能と、リターン信号における位相障害を補償する機能とを含む。
このような障害には、例えば、レーザ位相ノイズ、回路位相ノイズ、フリッカノイズ、温度や天候によるドリフト、チャープレートオフセットなどに基づくものがあり、検出確率の低下、誤報の増加、さらに、距離・速度の偏りや距離・速度誤差の増大を招くような距離・速度の誤推定を招くことがある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一側面によれば、本開示は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムにおける位相障害を補正する方法に関する。
該方法は、ターゲットに向けて第１の光ビームを送信するステップと、前記ターゲットからの第２の光ビームを受信して受信光ビームを生成するステップと、局部発振器（ＬＯ）信号、第１の光検出器、および前記受信光ビームを用いて、デジタル的にサンプリングされたターゲット信号を生成するステップと、さらに、ファイバ遅延装置および第２の光検出器を介して伝送される基準ビームを用いて、デジタルサンプリングされた基準信号を生成するステップと、を含む。
該方法はまた、デジタルサンプリングされた基準信号を用いて、ＬＩＤＡＲシステムの１つ以上の位相障害を推定し、１つ以上の推定位相障害を生成するステップを含む。該方法はまた、第１の位相障害は、前記局部発振器（ＬＯ）信号によって前記デジタル的にサンプリングされたターゲット信号に生じており、前記１つ以上の推定位相障害を用いて、前記デジタル的にサンプリングされたターゲット信号における前記１つ以上の位相障害からの前記第１の位相障害に対して第１の補正を行うステップを含む。該方法はまた、第２の位相障害は、前記受信光ビームによって前記デジタル的にサンプリングされたターゲット信号に生じており、前記１つ以上の推定位相障害を用いて、前記デジタル的にサンプリングされたターゲット信号における１つ以上の位相障害からの前記第２の位相障害に対して第２の補正を行うステップを含む。当該方法はまた、前記第１および第２の補正を処理して、ポイントクラウドに送信するための補正されたターゲット信号を生成するステップを含む。
一実施形態では、ゼロフォース推定器、ＭＭＳＥ推定器、最尤推定器、およびマップ推定器のうちの少なくとも１つを用いることにより、前記１つ以上の位相障害を推定することを含む。一実施形態では、前記第１の位相障害の推定に少なくとも部分的に基づいて形成された１つ以上のフィルタを用いることにより、前記第１の補正を行うことを含む。一実施形態では、前記受信光ビームを複数のデジタル遅延器を通して遅延させ、かつ、最適な遅延を選択するブルートフォース遅延補正フィルタを用いることにより、前記第２の補正を行うことを含む。一実施形態では、前記複数のデジタル遅延の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、最も高いピークを持つ遅延を選択することにより、最適な遅延を選択することを含む。一実施形態では、前記受信光ビームを異なるデジタル遅延で繰り返し遅延させる反復遅延補正フィルタを用いて、ピークが収束するまで補正することにより、前記第２の補正を行うことを含む。一実施形態では、デスキュー補償補正フィルタを用いることにより、前記第２の補正を行うことを含む。
一実施形態では、当該方法はまた、複数の異なるファイバ遅延装置を介して伝送される基準ビームを用いて複数のデジタルサンプリングされた基準信号を生成し、各ファイバ遅延装置はそれぞれの光検出器と接続されていることを含む。

【0006】

別の側面によれば、本開示は、以下を含む光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムに関する。
当該システムは、ターゲットに対して第１の光ビームを照射する光ビーム源と、前記ターゲットからの受信光ビームおよび局部発振器（ＬＯ）信号を受信し、デジタルサンプリングされたターゲット信号を生成する第１の検出器と、既知の長さを有し、前記光ビーム源に結合されたファイバ遅延装置と、前記ファイバ遅延装置に結合されており、前記ファイバ遅延装置を介して伝送される基準ビームを用いてデジタルサンプリングされた基準信号を生成する第２の検出器と、前記デジタルサンプリングされた基準信号を用いて前記ＬＩＤＡＲシステムの１つ以上の位相障害を推定し、１つ以上の推定位相障害を生成する位相障害推定器と、前記局部発振器（ＬＯ）信号によってデジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた第１の位相障害を補正する第１の位相障害補正器と、前記受信光ビームによって前記デジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた第２の位相障害を補正する第２の位相障害補正器と、を備えている。
一実施形態では、当該システムは、前記１つ以上の位相障害を推定するためのゼロフォース推定器、ＭＭＳＥ推定器、最尤推定器、およびマップ推定器のうちの少なくとも１つをさらに備えている。一実施形態では、前記第１の位相障害補正器は、前記第１の位相障害の推定に少なくとも部分的に基づいて形成された１つ以上のフィルタを備えている。一実施形態では、前記第２の位相障害補正器は、前記受信光ビームを複数のデジタル遅延で遅延させ、かつ、最適な遅延を選択するブルートフォース遅延補正フィルタを備えている。一実施形態では、最適な遅延を選択することは、前記複数のデジタル遅延の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、最も高いピークを有する遅延を選択することを含む。一実施形態では、前記第２の位相障害補正器は、ピークが収束するまで、異なるデジタル遅延を介して受信光ビームを繰り返し遅延させる反復遅延補正フィルタを備えている。一実施形態では、前記第２の位相障害補正器は、デスキュー補償補正フィルタを備えている。一実施形態では、ファイバ遅延装置は、距離が遠いターゲットからの反射がより遅延し、距離が近いターゲットからの反射がより遅延しないように、受信光ビームの周波数に比例した遅延を生成する。一実施形態では、当該システムはまた、デジタルサンプリングされた複数の基準信号を生成するための複数の異なるファイバ遅延素子および光検出器を備える。

【0007】

別の側面によれば、本開示は、光検出および測距（ＬＩＤＡＲ）システムにおける位相障害を補正するための方法に関するものである。
該方法は、局部発振器（ＬＯ）信号、第１の光検出器、およびターゲットから反射された受信光ビームを用いて、デジタル的にサンプリングされたターゲット信号を生成するステップと、ファイバ遅延装置および第２の光検出器を介して伝送される基準ビームを用いて、デジタルサンプリングされた基準信号を生成するステップと、前記局部発振器（ＬＯ）信号によってデジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた第１の位相障害を推定するステップと、前記受信光ビームによってデジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた第２の位相障害を推定するステップと、前記第１の位相障害を補正する第１の補正を行うステップと、前記第２の位相障害を補正する第２の補正を行うステップと、を含む。
一実施形態では、前記第２の位相障害を推定するステップは、ゼロフォース推定器、ＭＭＳＥ推定器、最尤推定器、およびマップ推定器のうちの少なくとも1つを用いることを含む。
一実施形態では、前記第２の補正を行うステップは、前記受信光ビームを複数のデジタル遅延で遅延させ、かつ、最適な遅延を選択するブルートフォース遅延補正フィルタを用いることと、前記受信光ビームを異なるデジタル遅延を介して繰り返し遅延させる反復遅延補正フィルタを用いて、ピークが収束するまで補正することと、あるいは、デスキュー補償補正フィルタを用いることと、を含む。

【図面の簡単な説明】

【0008】

本発明の種々の態様を明確にするために、後述の詳細な説明（実施形態）で参照される図面を示す。なお、図中の同一の符号は同一の要素である。

【0009】

【図1】本開示の実施形態に従った例示的なＬＩＤＡＲシステムを示す。

【0010】

【図2】本開示の実施形態によるＬＩＤＡＲ波形が検出および処理される方法を示す時間周波数図である。

【0011】

【図3】本開示の実施形態によって検出可能な位相の様々な高速変動を示す。

【0012】

【図4】本開示の実施形態によって検出可能な位相の様々な低速変動を示す。

【0013】

【図5】本開示の実施形態によって検出可能な様々なチャープレートオフセットを示す。

【0014】

【図6】本開示の実施形態による基準アームを備えた例示的なＬＩＤＡＲシステムのブロック図である。

【0015】

【図7】本開示の実施形態によるデジタル信号処理アーキテクチャを示す。

【0016】

【図8】本開示のいくつかの実施形態によるリターン信号からの障害を補正するための例示的なシステムを示す。

【0017】

【図9】本開示のいくつかの実施形態による複数の遅延を用いて位相障害を補正するための例示的なシステムを示す。

【0018】

【図10】本開示のいくつかの実施形態による反復遅延補正フィルタを用いて位相障害を修正するための例示的なシステムを示す。

【0019】

【図11】本開示のいくつかの実施形態によるデスキュー補償補正フィルタを用いて位相障害を補正するための例示的なシステムを示す。

【0020】

【図12】本開示のいくつかの実施形態によるジョイント障害補正器およびピーク検出器を用いて位相障害を補正するための例示的なシステムを示す。

【0021】

【図13】本開示のいくつかの実施形態による複数の基準チャネルを用いて位相障害を補正するための例示的なシステムを示す。

【0022】

【図14】本開示の一実施形態によるＬＩＤＡＲシステム内の位相障害を補正するための例示的な方法を示す流れ図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明の実施形態による、位相障害を補償するＬＩＤＡＲシステムおよびその方法について説明する。
本発明の実施形態におけるＬＩＤＡＲシステムは、輸送、製造、計測、医療、拡張現実（ＡＲ）、仮想現実（バーチャル・リアリティ）、セキュリティシステムなど、任意のセンシング市場において実施することができるが、これらに限定されるものではない。
その他、実施形態で説明されるＬＩＤＡＲシステムは、自動運転支援システムや自動運転車の空間認識を支援する周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）デバイスのフロントエンドの一部として実装される。

【0024】

図１は、一実施態様によるＬＩＤＡＲシステム１００を示している。
ＬＩＤＡＲシステム１００は、複数の構成要素のいずれか１つまたは複数を含むが、図１に示すよりも少ない構成要素または追加の構成要素を含んでもよい。いくつかの実施形態によれば、図１に示された構成要素の１つ以上は、フォトニクスチップ上に実装することができる。光学回路１０１には、能動光学的構成要素と受動光学的構成要素との組み合わせが含まれている。いくつかの例では、能動光学的構成要素は、異なる波長の光ビームを有し、１つ以上の光増幅器、１つ以上の光検出器などを含んでいる。

【0025】

自由空間光学系１１５には、光信号を伝送し、能動光回路の適切な入力／出力ポートに光信号をルーティングして操作するための１つ以上の光導波路が含まれている。
自由空間光学系１１５には、タップ、波長分割マルチプレクサ（ＷＤＭ）、スプリッタ／コンバイナ、偏光ビームスプリッタ（ＰＢＳ）、コリメータ、カプラなどの１以上の光学的構成要素が含まれている。
一態様では、自由空間光学系１１５には、偏光状態を変換し、受信した偏光を、例えば、ＰＢＳを用いて光検出器に導くための構成要素が含まれている。また、自由空間光学系１１５には、異なる周波数を有する光ビームを軸（例えば、高速軸）に沿って異なる角度で偏向させる回折素子がさらに含まれる場合がある。

【0026】

本実施形態のＬＩＤＡＲシステム１００は、１つ以上のスキャニングミラーを有する光スキャナ１０２を備えている。これらのスキャニングミラーは、スキャニングパターンに従って環境をスキャンする光信号を誘導するために、回折素子の速軸に直交または実質的に直交する軸（例．低速軸）に沿って回転可能になっている。例えば、スキャニングミラーは、１つ以上のガルバノメータによって回転可能である。ターゲット環境内の物体は、入射光を散乱させてリターン光ビームやターゲットリターン信号にすることがある。
また、光スキャナ１０２は、リターン光ビームまたはターゲットリターン信号を収集し、これは光学回路１０１の光回路構成要素に戻される場合がある。例えば、リターン光ビームは、偏光ビームスプリッタによって光検出器に向けられる。なお、光スキャナ１０２には、ミラーやガルバノメータに加えて、１／４波長板、レンズ、反射防止コーティングされた光学窓などが含まれる場合がある。

【0027】

ＬＩＤＡＲシステム１００には、光学回路１０１および光スキャナ１０２を制御およびサポートするために、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０が設けられている。ＬＩＤＡＲ制御装置１１０には、ＬＩＤＡＲシステム１００に必要な処理装置が含まれている。
一態様では、処理装置は、マイクロプロセッサ、中央処理装置などの１つ以上の汎用処理装置であり、具体的には、複合命令セットコンピューティング（ＣＩＳＣ）マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング（ＲＩＳＣ）マイクロプロセッサ、超長命令語（ＶＬＩＷ）マイクロプロセッサ、または他の命令セットを実装するプロセッサ、または命令セットの組み合わせを実装するプロセッサである。
また、上記処理装置は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ：現場プログラム可能ゲートアレイ）、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）、ネットワークプロセッサ等の特殊用途処理装置の１つ以上であってもよい。

【0028】

一態様では、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０には、ＤＳＰなどの信号処理ユニット１１２が設けられる。これにより、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０は、光学ドライバ１０３を制御するためのデジタル制御信号を出力する。そのデジタル制御信号は、信号変換ユニット１０６を介してアナログ信号に変換される。たとえば、信号変換ユニット１０６には、デジタル／アナログ変換器が含まれる。
光学ドライバ１０３は、光学回路１０１の能動光学的構成要素に駆動信号を供給し、レーザや増幅器などの光源を駆動する。一態様では、複数の光源を駆動するために、複数の光学ドライバ１０３および信号変換ユニット１０６を設けてもよい。

【0029】

ＬＩＤＡＲ制御装置１１０はまた、光スキャナ１０２に対してデジタル制御信号を出力するように構成されている。モーション制御装置１０５は、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０から受信した制御信号に基づいて、光スキャナ１０２のガルバノメータを制御することができる。具体的には、デジタル／アナログ変換器を用いて、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０からの座標ルーティング情報を、光スキャナ１０２のガルバノメータによって処理可能な信号に変換することができる。
一態様では、モーション制御装置１０５は、光スキャナ１０２の構成要素の位置または動作に関する情報をＬＩＤＡＲ制御装置１１０に送り返すこともできる。具体的には、アナログ／デジタル変換器を用いて、ガルバノメータの位置に関する情報をＬＩＤＡＲ制御装置１１０が処理可能な信号に変換することができる。

【0030】

ＬＩＤＡＲ制御装置１１０は、さらに、入力されたデジタル信号を解析するように構成されている。これに関連して、ＬＩＤＡＲシステム１００には、光学回路１０１によって受信された１つ以上のビームを測定するための光受信器１０４が設けられている。具体的には、光受信器１０４としての基準ビーム受信器は、能動光学的構成要素からの基準ビームの振幅を測定し、アナログ／デジタル変換器により、同基準ビーム受信器からの信号を、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０によって処理可能な信号に変換する。
また、光受信器１０４としてのターゲット受信器は、ビート周波数変調光信号の形でターゲットの距離と速度に関する情報を搬送する光信号を計測する。この場合、光信号の反射ビームは、局部発振器からの信号と混合されてもよい。光受信器１０４には、ターゲット受信器からの信号をＬＩＤＡＲ制御装置１１０によって処理可能な信号に変換する高速アナログ／デジタル変換器を設けることができる。
一態様では、光受信器１０４からの信号は、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０に受信される前に、信号調整ユニット１０７による信号調整の対象となり得る。たとえば、光受信器１０４からの信号は、リターン信号の増幅のために信号調整ユニット１０７のオペアンプに供給され、そのオペアンプによって増幅された信号がＬＩＤＡＲ制御装置１１０に供給されるようにしてもよい。

【0031】

一部のアプリケーションでは、ＬＩＤＡＲシステム１００には、環境の画像をキャプチャするように構成された１つ以上の撮像装置１０８、同システムの地理的位置を提供するように構成された全地球測位システム（ＧＰＳ）１０９、または他のセンサ入力を追加的に設けることもできる。
また、ＬＩＤＡＲシステム１００には画像処理装置１１４を設けることができる。この場合、同画像処理装置１１４は、撮像装置１０８および全地球測位システム（ＧＰＳ）１０９から画像および地理的位置を受信し、画像および位置またはそれに関連する情報を、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０またはそれに接続された他のシステムに送信するように構成することができる。

【0032】

いくつかの実施例による動作では、ＬＩＤＡＲシステム１００は、非縮退光学光源を用いて２次元で距離および速度を同時に測定するように構成される。この機能により、周囲環境の距離、速度、方位角および高さ（標高）について遠距離測定がリアルタイムで可能になる。

【0033】

いくつかの例では、スキャニングプロセスは、光学ドライバ１０３およびＬＩＤＡＲ制御装置１１０から開始される。ＬＩＤＡＲ制御装置１１０は、光学ドライバ１０３に１つ以上の光ビームをそれぞれ変調するように指示し、これらの変調信号は光学回路１０１の受動光学回路を通って自由空間光学系１１５のコリメータに伝送される。同コリメータは、上記変調信号を光スキャナ１０２に誘導し、光スキャナ１０２はモーション制御装置１０５で事前にプログラムされたパターンで環境をスキャンする。
光学回路１０１には、光が光学回路１０１を出る際に光の偏光状態を変換する偏光波長板（ＰＷＰ）を設けてもよい。偏光された光ビームの一部は、光学回路１０１に戻るように反射される場合もある。たとえば、ＬＩＤＡＲシステム１００で用いられるレンズ系またはコリメート系は、自然な反射特性または反射コーティングを有する場合があり、これにより光ビームの一部が光学回路１０１に反射される。

【0034】

環境から反射された光信号は、光学回路１０１を通して受信器（光受信器１０４）に送られる。このとき、光の偏光状態は変換されているため、光学回路１０１に反射して戻ってきた偏光光の一部とともに偏光ビームスプリッタで反射される。その結果、反射された光信号は、光源と同じ光ファイバまたは導波路には戻らず、それぞれ別の光受信器に反射される。これらの信号は互いに干渉し、合成された信号を生成する。
ターゲットから戻ってくる各ビーム信号は、時間シフトされた波形を生成し、これら２つの波形間の時間的位相差によって光受信器（光検出器）で計測されるビート周波数が生成される。そして、その合成された信号は光受信器１０４に反射させることができる。

【0035】

光受信器１０４で受信したアナログ信号は、ＡＤＣ（アナログ／デジタル変換器）によりデジタル信号に変換される。次いで、同デジタル信号は、ＬＩＤＡＲ制御装置１１０に送信される。同装置の信号処理ユニット１１２は、同デジタル信号を受信しそれらを処理する。
一態様では、信号処理ユニット１１２は、モーション制御装置１０５およびガルバノメータ（図示されない）から位置データを受信し、画像処理装置１１４から画像データを受信する。これにより、信号処理ユニット１１２は、光スキャナ１０２が追加ポイントをスキャンする際に、環境内のポイントの距離と速度に関する情報を有する３Ｄポイントクラウドを生成することができる。
信号処理ユニット１１２はまた、３Ｄポイントクラウドを画像データと重ね合わせて、周囲の物体の速度および距離を決定する場合もある。
このシステムはさらに衛星ベースのナビゲーション位置データを処理して正確な全地球的位置情報を提供する場合もある。

【0036】

図２は、一実施形態において、ＬＩＤＡＲシステム１００のようなＬＩＤＡＲシステムがターゲット環境をスキャンするために使用可能なＦＭＣＷスキャニング信号２０１の時間－周波数図２００である。この例において、ｆＦＭ（ｔ）と表示されたＦＭＣＷスキャニング信号２０１は、チャープ帯域幅ΔｆＣおよびチャープ周期ＴＣを持つ鋸歯状波形（鋸歯「チャープ」）である。鋸歯の傾きは、ｋ＝（ΔｆＣ／ ＴＣ）である。
図２にはまた、一実施形態におけるターゲットリターン信号２０２が示される。ｆＦＭ（ｔ－Δｔ）で示されるターゲットリターン信号２０２は、ＦＭＣＷスキャニング信号２０１の時間遅延バージョンであり、Δｔは、ＦＭＣＷスキャニング信号２０１によって照射されたターゲットとの間の往復時間である。この往復時間はΔｔ＝２Ｒ／ｖ で与えられる。ここで、Ｒはターゲットの距離、ｖは光ビームの速度である光速ｃである。
したがって、同ターゲットの距離Ｒは、Ｒ＝ｃ（Δｔ／２） として計算できる。
ターゲットリターン信号２０２がＦＭＣＷスキャニング信号と光学的に混合されると、距離依存の差周波数（「ビート周波数」）ΔｆＲ（ｔ）が生成される。ビート周波数ΔｆＲ（ｔ）は、鋸歯の傾きｋによって時間遅延Δｔと線形の関係にある。
つまり、ΔｆＲ（ｔ）＝ｋΔｔとなる。ターゲットの距離ＲはΔｔに比例するので、ターゲットの距離ＲはＲ＝（ｃ／２）（ΔｆＲ（ｔ）／ｋ）として算出することができる。つまり、距離Ｒはビート周波数ΔｆＲ（ｔ）と線形の関係にある。
ビート周波数ΔｆＲ（ｔ）は、たとえば、ＬＩＤＡＲシステム１００の光受信器１０４でアナログ信号として生成される。このビート周波数は、たとえば、ＬＩＤＡＲシステム１００の信号調整ユニット１０７内のアナログ／デジタル変換器（ＡＤＣ）によってデジタル化される。このようにしてデジタル化されたビート周波数信号は、ＬＩＤＡＲシステム１００内の信号処理ユニット（例えば、信号処理ユニット１１２）でデジタル処理される。
ただし、ターゲットがＬＩＤＡＲシステム１００に対して相対速度を有する場合、ターゲットリターン信号２０２には一般に周波数オフセット（ドップラーシフト）が含まれることに注意する必要がある。ドップラーシフトは別途検出されてリターン信号の周波数を補正するために使用されるため、図２では簡略化と説明の容易化のためドップラーシフトは表示されていない。
また、ＡＤＣのサンプリング周波数は、エイリアシングを発生させずにシステムで処理可能な最高のビート周波数に決定されることに注意する必要がある。一般的に処理可能な最高周波数はサンプリング周波数の半分（すなわち「ナイキスト限界」）である。
例えば、限定はしないが、ＡＤＣのサンプリング周波数が１ギガヘルツである場合、エイリアシングなしで処理できる最高ビート周波数（ΔｆＲｍａｘ）は５００メガヘルツである。この限界は、システムの最大ターゲット距離Ｒｍａｘ＝（ｃ／２）（ΔｆＲｍａｘ／ｋ）で決まり、これは鋸歯の傾きｋを変更することによって調整することができる。
一例では、ＡＤＣからのデータサンプルは連続的であってもよいが、後述する後続のデジタル処理は、ＬＩＤＡＲシステム１００の所定の周期性に関連付けることができる「時間セグメント」に分割することができる。たとえば、限定はしないが、時間セグメントは、チャープ周期ＴＣの数、または前述の光スキャナによる方位角方向の回転数に対応する。

【0037】

図３は、本発明の実施形態によって検出することができる位相の様々な高速変動、すなわち位相障害を例示するグラフである。
本実施形態では、スキャニング信号Ｔｘの変動が３０１で示され、リターン信号Ｒｘの変動が３０３で示されている。図３に示すように、とりわけ、レーザ位相ノイズ、回路位相ノイズ、およびフリッカノイズの変動は、図１に示されているような構成要素を用いて、本発明の実施形態によって説明されるＬＩＤＡＲシステムによって検出することができる。

【0038】

図４は、本発明の実施形態によって検出することができる位相の様々な低速変動を示す。
本実施形態では、スキャニング信号Ｔｘの変動が４０１で示され、リターン信号Ｒｘの変動が４０３で示されている。図４に示すように、とりわけ、温度の変動は、図１に描かれているような構成要素を用いて、本発明の実施形態によって説明されるＬＩＤＡＲシステムによって検出することができる。

【0039】

図５は、本発明の実施形態によって検出できる様々なチャープレートオフセットを示す。
本実施形態では、スキャニング信号Ｔｘの変動が５０１で示され、リターン信号Ｒｘの変動が５０３で示されている。図５に示すように、とりわけ、レーザーキャリブレーションおよび／または構成要素の経時劣化によって引き起こされるオフセットは、図１に示されるような構成要素を用いて、本発明の実施形態によって説明されるＬＩＤＡＲシステムによって検出することができる。

【0040】

図６は、本開示の実施形態による、基準アーム６２７を有する例示的なＬＩＤＡＲシステムのブロック図である。
図６に示すように、いくつかの実施形態によれば、１つ以上の基準アーム６２７をＬＩＤＡＲシステムに追加して、本明細書で説明する送信信号における位相障害を推定するために使用することができるデジタル的にサンプルされた基準信号６２６を生成することができる。
この態様では、基準アーム６２７は、ターゲット（例えば、ターゲット６０７）に対応するデジタル的にサンプリングされた基準信号６２６を、ターゲットからの受信信号上の位相障害と同様の位相障害を有する既知の遅延で作成する。デジタル的にサンプリングされた基準信号６２６は、その後の補正のために位相障害の推定に用いられる。
例えば、一態様では、システムは、ＦＭＣＷレーザ源などのビーム源６０１を含む。ターゲットアーム６０５は、スキャニング信号６０３がターゲット６０７に向かう途中で通過する複数の光学的構成要素（例えば、レンズまたはフィルタ）を含む。
リターン信号６０９は、ターゲット６０７から反射され、光検出器６１１に導かれる。本実施形態では、スキャニング信号６０３の一部である局部発振器（ＬＯ）信号６１３は、ターゲット６０７に送出される前に光検出器６１１に導かれる。光検出器６１１から、デジタル的にサンプリングされたターゲット信号６１６は、その後、ターゲットＡＤＣ６１５を経て、ＤＳＰ６１７に至る。

【0041】

この実施形態で示されているように、基準アーム６２７は、スキャニング信号６０３の信号部分６１９を受信し、これは光検出器６２１に直接提供され、あるいは、既知の長さおよび／または遅延を持つ遅延装置６２３を通過した後に提供される。
一態様では、信号部分６１９は、スキャニング信号６０３がターゲットアーム６０５の光学的構成要素を介して同時に送信されると、光検出器６２１によって受信される。一態様では、信号部分６１９は、スキャニング信号６０３がターゲットアーム６０５の光学的構成要素を介して送信された後に光検出器６２１によって受信される。一態様では、遅延装置６２３は、ファイバ遅延装置などとすることができる。一態様では、遅延装置６２３は、既知の距離で仮想ターゲット（例えば、ファイバ－ターゲット）を作成することができる既知の長さを有するファイバ－コイルを含む。

【0042】

シナリオによっては、仮想ターゲットの距離を予め決めておくことができる。基準遅延の出力における光信号は、図２に描かれたターゲットリターン信号２０２と同じ特性を有する。一態様では、図２で説明したのと同様の方法で、本明細書で説明する仮想ターゲットは、スキャニング信号６０３の時間遅延バージョンであるリターン信号６０９を生成する。リターン信号６０９がスキャニング信号６０３と光学的に混合されると、基準距離依存の差周波数（「基準ビート周波数」）が生成される。一態様では、基準ビート周波数は、次に、例えば図１において本明細書に記載された手順を用いてデジタル化および条件付けされる。このデジタルサンプリングされた基準信号６２６は、ターゲットからの受信信号と同じ位相障害の特徴を有する。
基準アーム６２７によって生成されたデジタル的にサンプリングされた基準信号６２６と、本開示の実施形態によって説明される位相障害補正器（以下でより詳細に説明する）とに少なくとも部分的に基づく位相障害推定器は、ターゲットに向かって送信された信号（すなわち、「ターゲット」信号）およびそこから受信した信号（すなわち、「受信」信号）における位相障害を補償することができる。

【0043】

光検出器６２１から、基準信号６２６は、その後、基準ＡＤＣ６２５を経て、ＤＳＰ６１７に至る。図６に示すように、本発明の実施形態は、リターン信号６０９、局部発振器（ＬＯ）信号６１３、デジタルサンプリングされたターゲット信号６１６、およびデジタルサンプリングされた基準信号６２６を含む様々な信号の送受信に基づいてポイントクラウドデータ６２９を生成する。

【0044】

上述したように、デジタルサンプリングされたターゲット信号６１６の位相障害は、局部発振器（ＬＯ）信号６１３から取り入れられる障害と、リターン信号６０９から取り入れられる障害という２つの成分を含む。これらの障害の両方は、以下でより詳細に説明するように、本明細書で説明する実施形態によって様々な方法で補正される。
例えば、図１４は、両方のタイプの位相障害を補正するための技術を説明し、図７～８は、本開示の実施形態に従って、局部発振器（ＬＯ）信号６１３から生じた位相障害を補正するための技術を説明し、図９～１２は、リターン信号６０９から生じた位相障害を補正する技術を説明する。

【0045】

図７は、本発明の実施形態に係るデジタル信号処理アーキテクチャを示す。
一態様では、図７に記載される信号処理アーキテクチャは、図１に示される信号処理ユニット１１２内の構成要素に対応している。図７に示すように、いくつかの実施形態によれば、デジタル信号処理アーキテクチャは、１つ以上の基準ＡＤＣ７０１およびターゲットＡＤＣ７０５とともに、位相障害推定器７０３および位相障害補正器７０７を備えている。図７に示すように、デジタル信号処理アーキテクチャはまた、時間領域フィルタ７０９、時間－周波数領域変換器７１１（たとえば、ＦＦＴ）、周波数領域フィルタ７１３、およびピーク検出部７１５を備えている。このアーキテクチャで処理される位相障害には、先に述べたものを含め、様々な位相障害がある。
図７に描かれているように、いくつかの実施形態によれば、デジタル信号処理アーキテクチャは、ポイントクラウドデータ７１７のようなデータを生成し、処理する。図７に描かれているように、いくつかのシナリオでは、時間領域フィルタ７０９、時間－周波数領域変換器７１１、周波数領域フィルタ７１３、およびピーク検出部７１５によって実行されるものなど、１つ以上のデジタル信号処理手順が実行される前に補正を実行することができる。

【0046】

いくつかの実施形態によれば、位相障害推定器７０３は、いくつかの異なるアプローチを用いて位相障害を推定することができる。たとえば、いくつかの実施形態では、位相障害推定器７０３は、実施形態によって説明される基準アームの逆周波数応答に等しい周波数応答を有するフィルタに基準位相を通す「ゼロフォーシング」推定を使用することができる。いくつかの実施形態では、位相障害推定器７０３は、基準アームの周波数応答が一般に弱い周波数の付近で、ゼロフォーシング推定に起因するノイズ増幅を軽減することができる最小平均二乗推定（ＭＭＳＥ）を用いることができる。一態様では、位相障害推定器７０３は、所定期間にわたって収集された位相障害に関連する統計データに少なくとも部分的に基づくことができる最尤／ＭＡＰ推定を用いることができる。

【0047】

いくつかの実施形態によれば、位相障害補正器７０７は、いくつかの異なるアプローチを用いてリターン信号の位相障害を補正することができる。リターン信号の位相障害は、リターン信号だけでなく、局部発振器（ＬＯ）信号からも生じている障害で構成されている。例えば、いくつかの実施形態では、位相障害補正器７０７は、リターン信号経路だけでなく、局部発振器（ＬＯ）信号に起因して生じる位相障害成分を補正することができ、これについては、以下でより詳細に説明する。

【0048】

図８は、本開示のいくつかの実施形態による、局部発振器（ＬＯ）信号から生じる障害を補正するための例示的なシステムを示す。
一態様では、位相障害推定器８０１は、本明細書に開示されるように、位相障害を推定することができ、これらの障害は、推定された位相障害に基づいて成形されたフィルタタップを有する補正フィルタ８０７を用いて補正することができる。一態様では、フィルタタップの形状は、位相障害推定器８０１に基づいてフィルタタップ計算モジュール８０３を用いて計算することができる。

【0049】

一態様では、フィルタタップは、位相ノイズの障害をキャンセルまたは均等化し、および／または推定の不正確さによるノイズ増幅を軽減するように形成することができる。いくつかのシナリオでは、位相障害の瞬時推定値が利用できない場合、実施形態は、位相障害の平均パワースペクトル密度（ＰＳＤ）に従って形成されるマッチドフィルタタップ８０５を用いることができる。あるシナリオでは、位相障害の瞬時推定値が利用できない場合、実施形態では、周波数間の位相障害帯域幅の変動を考慮するために、異なる周波数で異なるタップおよび／または形状を有する補正用マッチドフィルタを用いることができる。

【0050】

一態様では、補正フィルタ８０７は、リターン信号を受信することができ、また、位相障害推定器８０１によって計算されたフィルタタップ計算モジュール８０３によって提供される入力、および／または平均ＰＳＤにマッチングされたマッチドフィルタタップ８０５によって提供される入力を受け取ることができる。これらの入力に基づき、補正フィルタ８０７は、補正されたリターン信号を生成することができる。

【0051】

一態様では、本明細書に記載のシステムおよび構成要素は、ターゲットからの受信信号から生じたリターン信号上の障害を補正することができる。あるシナリオでは、受信信号は、ターゲット遅延に等しい遅延を有する。一態様では、受信信号からの位相障害を補正することは、補正フィルタを実行する前に遅延を補償することを含む。様々な実施形態によって使用されるアプローチは、複数の遅延を用いるブルートフォース遅延補正フィルタ、反復遅延補正フィルタ、およびデスキュー補償補正フィルタを含むことができるが、これらに限定されない。
一態様では、位相障害推定器８０１およびフィルタタップ計算モジュール８０３は、図１で説明した信号処理ユニット１１２内の構成要素に対応することができ、マッチドフィルタタップ８０５および補正フィルタ８０７は、図１における光学回路１０１内の構成要素に対応することができる。

【0052】

図９は、本開示のいくつかの実施形態による、複数の遅延を用いて位相障害を補正するための例示的なシステムを示す。
一態様では、位相障害補正器は、複数のデジタル遅延を介して受信光ビームを遅延させ、かつ、最適な遅延を選択することができるブルートフォース遅延補正フィルタを用いて構成することができる。最適な遅延を選択することは、例えば、デジタル遅延のＦＦＴを実行し、最も高いピークを有する遅延を選択することを含むことができる。
図９に示されるように、この技術は、位相障害推定器９０１、計算されたフィルタタップ９０３、１つ以上の補正フィルタ９０９～９１１、時間領域フィルタ９１５、時間から周波数領域への変換器９１７（例えば、ＦＦＴ）、周波数領域フィルタ９１９、およびピーク検出部９２１を用いることができるが、これに限定されない。

【0053】

一態様では、ターゲットアーム信号は、Ｎ個の異なる遅延９０５～９０７を通して送信され、補正フィルタ９０９～９１１は、可能性のあるターゲット遅延９０５～９０７のそれぞれについて適用することができる。複数の遅延がターゲットアーム信号に適用されると、最適な遅延９１３を選択することができる。一態様では、最良の一致は、例えば、最も強いピーク、より高いＳＮＲ、または信号検出に使用される他の指標に基づいて定義することができるが、これらに限定されない。一態様では、最適な遅延を選ぶことは、複数の遅延光ビームの高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、最も高いピークを有する遅延を選択することを含む。一態様では、図９に記載された構成要素は、図１に記載された信号処理ユニット１１２または光学回路１０１内の構成要素に対応することができる。

【0054】

図１０は、本開示の一態様による、反復遅延補正フィルタを用いて位相障害を補正するための例示的なシステムを示す。
図１０に示されるように、この技術は、位相障害推定器１００１、計算されたフィルタタップ１００３、１つ以上の補正フィルタ１００７、時間領域フィルタ１００９、時間から周波数領域への変換器１０１１（例えば、ＦＦＴ）、周波数領域フィルタ１０１３、およびピーク検出部１０１５を用いることができるが、これらには限定されない。一態様では、ターゲットアーム信号は、遅延部１００５を通過し、その後、補正フィルタ１００７および他の信号処理構成要素を通過する。ピーク検出部１０１５の後、信号は遅延部１００５に戻され、収束するまで、最適な遅延とピーク周波数との間でプロセスを繰り返す。
一態様では、遅延部１００５のための初期化は、例えば、現在のフレームにおける隣接する検出ポイント、および／または前のフレームからの検出ポイントに基づくことができる。一態様では、図１０に記載された構成要素は、図１に記載された信号処理ユニット１１２または光学回路１０１内の構成要素に対応している。

【0055】

図１１は、本開示の一態様による、デスキュー補償補正フィルタを用いて位相障害を補正するための例示的なシステムを示す。
図１１に示されるように、この技術は、位相障害推定器１１０１、計算されたフィルタタップ１１０３、１つ以上の補正フィルタ１１０７、時間領域フィルタ１１０９、時間から周波数領域への変換器１１１１（例えば、ＦＦＴ）、周波数領域フィルタ１１１３、およびピーク検出部１１１５を用いることができるが、これらに限定はしない。一態様では、信号の周波数に基づいて異なる遅延を適用するために、ターゲットアーム信号は、デスキューフィルタ１１０５を通過させることができる。実施形態では、ピークの周波数と遅延とが線形の関係にあることを利用することができる。

【0056】

一態様では、デスキューフィルタ１１０５は、ピーク周波数に基づいて、位相障害推定値をシフトすることができる。一態様では、デスキューフィルタ１１０５は、ターゲットアーム信号の周波数コンテンツに比例するグループ遅延を信号に適用するために用いることができる。一態様では、リターン信号（Ｒｘ）にドップラーシフトがない場合に、正しいグループ遅延を適用するために１つ以上のデスキューフィルタを用いることができる。一態様では、図１１に記載された構成要素は、図１に記載された信号処理ユニット１１２または光学回路１０１内の構成要素に対応することができる。

【0057】

図１２は、本開示の一態様による、ジョイント障害補正器およびピーク検出器１２１３を用いて位相障害を補正するための例示的なシステムを示す。
図１２に示されるように、この技術は、１つ以上の基準ＡＤＣ１２０１およびターゲットＡＤＣ１２０５とともに、位相障害推定器１２０３、ジョイント障害補正器およびピーク検出器１２１３、時間領域フィルタ１２０７、時間－周波数領域変換器１２０９（例えば、ＦＦＴ）、周波数領域フィルタ１２１１を用いることができるが、これに限定されない。本発明の実施形態は、これらの記載されたアーキテクチャからポイントクラウドデータ１２１５を生成することができる。一態様では、位相障害を前もって補正するのではなく、位相障害補正器をピーク検出器の一部として統合することにより、共同で最適なピークを推定することができる。一態様では、図１２に記載された構成要素は、図１に記載された信号処理ユニット１１２または光学回路１０１内の構成要素に対応する。

【0058】

図１３は、本開示の一態様による、複数の基準チャネルを用いて位相障害を補正するための例示的なシステムを示す。
図１３に示すように、ＬＩＤＡＲシステムは、ＦＭＷＣレーザ光源などのビーム源１３０１を備えている。ターゲットアームは、スキャニング信号１３０３がターゲット１３０７に向かう途中で通過することができる所定数の光学的構成要素１３０５を備えている。リターン信号１３０９は、ターゲット１３０７から反射され、光検出器１３１１に向かう。本実施形態では、局部発振器（ＬＯ）信号１３１３は、ターゲット１３０７に送られる前に、光検出器１３１１に向かう。光検出器１３１１から、ターゲットアーム信号は、その後、ターゲットＡＤＣ１３１５へ、そして、ＤＳＰ１３１７を通過する。

【0059】

図１３に示す実施形態では、スキャニング信号１３０３の一部１３１９が複数の基準アームに流用される。
一態様では、基準アームの各々は、光検出器と、既知の長さを有するファイバ遅延とを含むことができる。例えば、基準アームは、光検出器１３２１、ファイバ遅延１３２３、および基準ＡＤＣ１３２５を備えている。同様に、Ｎ番目の基準アームは、それ自身の光検出器１３２７、ファイバ遅延１３２９、およびＡＤＣ１３３１を備えている。

【0060】

一態様では、位相障害の推定値を改善するために、複数の基準チャンネルを異なる基準アーム遅延で追加することができる。一態様では、システムは、ターゲット環境からの信号および局部発振器（ＬＯ）信号を含む様々な信号の送受信に基づいて、ポイントクラウドデータ１３３３を生成することができる。一態様では、図１３に記載されたコンポーネントは、図１に記載された信号処理ユニット１１２または光学回路１０１内の構成要素に対応することができる。

【0061】

図１４は、本開示の実施形態による、ＬＩＤＡＲシステム内の位相障害を補償するための例示的な方法を示すフロー図である。本方法は、動作１４０１において、光ビーム（第１の光ビーム）をターゲットに送信することによって始まる。光ビーム（第１の光ビーム）は、例えば、ＦＭＷＣビームを含むことができる。

【0062】

動作１４０３では、ターゲットから反射光ビーム（第２の光ビーム）を受信して、受信光ビームを生成する。

【0063】

動作１４０５では、局部発振器（ＬＯ）信号、光検出器、および受信光ビームを用いて、デジタルサンプリングされたターゲット信号が生成される。

【0064】

動作１４０７では、ファイバ遅延装置および光検出器を介して伝送される基準ビームを用いて、デジタルサンプリングされた基準信号が生成される。一態様では、複数の異なるファイバ遅延装置を介して伝送される基準ビームを用いて、所定数のデジタルサンプリングされた基準信号が生成される。各ファイバ遅延装置は、一態様では、それぞれの光検出器と接続することができる。一態様では、ファイバ遅延装置は、距離が遠いターゲットからの反射がより遅延し、距離が近いターゲットからの反射がより遅延しないように、受信光ビームの周波数に比例した遅延を生成する。

【0065】

動作１４０９では、デジタルサンプリングされた基準信号を用いて、ＬＩＤＡＲシステムにおける１つ以上の位相障害が推定される。これにより、１つ以上の推定された位相障害が生成される。一態様では、位相障害を推定することは、ゼロフォーシング推定器、ＭＭＳＥ推定器、最尤推定器、またはマップ推定器を用いることを含む。

【0066】

動作１４１１では、第１の補正が実行される。この第１の補正は、局部発振器（ＬＯ）信号に対応する第１の位相障害に対して実行される。つまり、第１の補正は、局部発振器（ＬＯ）信号からデジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた位相障害を補正するものである。
一態様では、第１の補正を行うことは、第１の位相障害の推定に少なくとも部分的に基づいて形成された１つ以上のフィルタを使用することを含む。そのフィルタは、例えば、上述したマッチドフィルタタップである。

【0067】

動作１４１３では、第２の補正が実行される。この第２の補正は、受信光ビームに対応する第２の位相障害に対して実行される。つまり、第２の補正は、受信光ビームからデジタルサンプリングされたターゲット信号に生じた位相障害を補正するものである。
一態様では、第２の補正を行うことは、所定数のデジタル遅延を介して受信光ビームを遅延させ、最適な遅延を選択するブルートフォース遅延補正フィルタを使用することを含む。一態様では、デジタル遅延の高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を実行し、最も高いピークを持つ遅延を選択することにより、最適な遅延を選択することができる。
代替実施形態では、第２の補正は、ピークが収束するまで、異なるデジタル遅延を介して受信光ビームを繰り返し遅延させる反復遅延補正フィルタを使用することを含む。さらに他の実施形態では、第２の補正は、デスキュー補償補正フィルタを使用することを含む。

【0068】

動作１４１５において、第１および第２の補正を処理することによって、補正されたターゲット信号が生成される。補正されたターゲット信号が生成されると、それをポイントクラウドに送信することができる。

【0069】

本願で説明する様々な動作および方法は、いくつかの実施形態において、図１で上述した信号処理ユニット１１２、信号変換ユニット１０６、または信号調整ユニット１０７を用いて実行することができる。各種光学的構成要素、ファイバ遅延、その他の構成要素は、図１で説明した光学回路１０１として実装することができる。

【0070】

前述した説明では、本発明の実施形態を理解しやすくするために、特定のシステム、構成要素、方法などの具体例を複数示しているが、当業者であればこれらの具体例の説明がなくても本発明を実施することができる。また、公知の構成要素や方法はその詳細が省略され、または、単純なブロック図の形式で示されることがあるが、これは本発明の理解を容易にするためである。したがって、開示された内容は単に例示であり、一事例は他の例示と異なる場合があっても、本発明の範囲内に含まれると考えられる。

【0071】

本明細書において「一実施形態」または「実施形態」という表現が使用される場合、それらの実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が少なくとも一つの実施形態に含まれていることを意味する。したがって、本明細書のいくつかの箇所で「一実施形態において」または「実施形態において」という表現が現れている場合、必ずしも同じ実施形態を示すものではない。

【0072】

「結合」という用語は、その派生語とともに、２つ以上の要素が相互に作用することを示すために使用される。これらの結合要素は、互いに直接的な物理的または電気的に接触している場合もあれば、接触していない場合もある。

【0073】

ここで説明されている方法の操作は特定の順序で示されているが、各方法の操作の順序は変更されることがあり、特定の操作を逆順で行ってもよいし、少なくとも一部の操作を他の操作と同時に行ってもよい。異なる操作の指示または補助的な操作は、断続的または交互に行うことができる。

【0074】

上記に記載されている発明の実施例についての説明（要約に記載されている内容を含む）は、詳細で網羅的であることを意図しているものではなく、開示された具体的形態に限定するものでもない。本発明の具体的な実施態様および実施例は、例示の目的で本明細書に記載されているが、当業者が認識する範囲で種々の同等な変更を行うことができる。ここで使用される「例」または「例示的」の語は、例、実例または説明として役立つことを意味するために使用されている。本明細書において「例」または「例示」と説明された態様または設計は、必ずしも他の態様または設計よりも好ましいまたは有利であると解釈されるべきではない。むしろ、「例」または「例示」という用語の使用は、概念を具体的な形で示すことを意図している。
本明細書において使用される「または」の用語は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」として解釈されることを意図している。つまり、特に指定されていない限り、あるいは文脈から明らかでない限り、「ＸはＡまたはＢを含む」という表現は、自然な包括的順列のいずれかを意味する。つまり、ＸがＡを含む場合、ＸがＢを含む場合、あるいはＸがＡおよびＢの両方を含む場合、前述のいずれの場合にも、「ＸはＡまたはＢを含む」という条件を満たすことになる。
さらに、本明細書および添付された特許請求の範囲で使用される冠詞「ａ」および「ａｎ」は、特に指定されていない限り、文脈から単数形であることが明らかでない場合には「１つまたは複数」を意味するものと解釈される。
さらに、本明細書において「第１」、「第２」、「第３」、「第４」のような用語が使用される場合、これらの用語は異なる要素を区別するための識別子として使用されるもので、数字の指定に従って必ずしも順序を示すものではない。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【国際調査報告】