CN113238246B - 基于脉冲序列的距离速度同时测量方法及装置及存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于脉冲序列的距离速度同时测量方法及装置及存储介质。该测量方法包括以下步骤：发射连续激光并分光为两路，一路输入调制器，另一路输入光衰减器；对输入调制器的激光信号作幅度调制，调制为位置随机的脉冲序列；将调制后的激光信号进行放大，再经准直后作为发射信号发射到激光雷达的扫描装置以投射到待测目标，产生回波信号；对输入光衰减器的激光信号作光衰减，将衰减后的信号作为参考信号；接收并耦合回波信号，并与参考信号一起送入合波器进行混频；将混频后信号进行光电转换输出电信号；对输出电信号作数据累加计算，分析得出待测目标的距离；对输出电信号作非等间隔采样信号频谱计算，分析得出待测目标的运动速度。

Description

基于脉冲序列的距离速度同时测量方法及装置及存储介质

技术领域

本发明涉及激光雷达的速度与距离测量领域，具体涉及一种基于脉冲序列的距离速度同时测量方法及装置及存储介质。

背景技术

道路环境感知是实现智能驾驶的核心技术，包括目标的距离、速度和方位。毫米波雷达使用三角啁啾频率调制连续波的方式实现了目标的距离和速度的同时测量，然而毫米波雷达的空间分辨率较低，单位时间内仅测量几百个空间位置，其测量信号的长度为几毫秒。研制激光雷达的主要目的是提高对空间成像的解析度，因此单位时间内测量的空间点数比毫米波雷达大得多，FMCW波形过长，不能满足提高激光雷达空间解像度的技术需求。由于一个脉冲宽度不能覆盖多普勒信号的一个周期，因此传统的单脉冲方式不能实现多普勒测速，只能通过计算目标距离变化率的方式为终端提供速度的估值，误差较大且所耗费的时间较长。

发明内容

针对现有激光雷达不能在测距的同时利用多普勒测速的问题，本本发明提出一种基于脉冲序列的距离速度同时测量方法及装置及存储介质，本发明的目的在于解决当前问题，以实现道路环境中的目标距离和速度同时测量，保证测量信号的长度满足智能驾驶对空间解像度的要求。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供一种基于脉冲序列的距离速度同时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，发射连续激光，经分光器将连续激光分光为两路，其中一路激光输入调制器，另一路激光输入光衰减器；步骤2，利用调制器对输入的激光信号作幅度调制，使其由连续光形式调制为位置随机的脉冲序列；步骤3，将调制器输出的调制后的激光信号进行放大，再经准直后作为发射信号发射到激光雷达的扫描装置，由该扫描装置将发射信号投射到待测目标，产生回波信号；步骤4，利用光衰减器对输入的激光信号作光衰减，将得到衰减后的信号作为参考信号；步骤5，耦合来自待测目标的回波信号，并与参考信号一起送入合波器进行混频；步骤6，将混频后的信号输入光电转换器，进行光电转换输出电信号；步骤7，对光电转换器输出的电信号作数据累加计算，分析得出待测目标的距离；步骤8，对光电转换器输出的电信号作非等间隔采样信号频谱计算，分析得出待测目标的运动速度。

进一步地，在本发明提供的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤2中的幅度调制的具体方法如下：

步骤2-1，根据激光雷达在单位时间内要求测量的空间点数，确定完成单次测量所分配的时间长度：设单位时间内要求测量的空间点数为M，则完成单次测量所需要的最大时间为1/M秒；设要求激光雷达能够测量的最大距离为d米，激光最大飞行时间为τ＝2d/c秒，c表示光速，则完成单次测量的脉冲序列长度的最大值为T＝1/M–τ秒；

步骤2-2，按照预定格式调制得到脉冲序列：首先，将长度为M的时间序列中最后划分出长度为τ的时间作为等待时间，然后，将时间序列中的剩余时间按照脉冲的个数N划分为N个等时长的时隙ΔT，之后，将每个时隙内随机位置处放置一个脉冲并将相邻脉冲之间的间隔保存到数组Δτ中。

进一步地，在本发明提供的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中，还可以具有这样的特征：步骤3中对调制后的激光信号进行放大为：放大脉冲序列的峰值功率。

进一步地，在本发明提供的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤4中光衰减具体为：将输入的激光信号衰减到期望检测的最弱回波信号的光强度的一半。

进一步地，在本发明提供的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，参考信号、回波信号、电信号之间的关系如下：

设参考信号为其中E₁表示光的强度；f为光的频率；为随机初始相位；t为时间；

设回波信号为其中E₂(t)是回波信号的光强度，表示为时间t的函数；f_D为待测目标运动产生的多普勒频率；表示因待测目标的距离变化造成的变化相位；

照射到光电转换器光敏面的光信号功率为光电转换器输出的电信号经滤除高频和直流后得到输出式为：

进一步地，在本发明提供的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤7中数据累加计算的具体方法如下：从发射信号的脉冲序列开始时刻，对电信号进行采样，对电信号进行采样，采样周期为脉冲宽度，采样长度为1/M秒，并将采用数据保存于数组s(n)；按照预定的数据累加规则，将数组s(n)放置在第一行，然后将数组s(n)向左移位Δτ₁得到的新的序列放置在第二行，再第二行数组向左移位Δτ₂得到的新的序列放置在第三行，依次位移若干次(按上述方法重复移位放置过程共N-1次，其中N为脉冲序列中脉冲的个数)，最后将所有数组相加；数组相加后，各时间点的噪声相位会相互抵消，而对应于激光飞行时间ΔL的位置处，各个脉冲序列同相相加会得到最大峰值，根据此最大峰值的激光飞行时间ΔL即可计算得出待测目标的距离。

进一步地，在本发明提供的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤8中非等间隔采样信号频谱计算的具体方法如下：对电信号进行非等间隔采样，将采样得到的离散时间数据f(t_i)定义傅里叶变换，得到非等间隔信号频谱计算公式为：

其中ΔT_i为采样间隔；i对应第i个脉冲，i＝1,…,N；t_i为对电信号的采样时刻；ω为信号的频率；j为虚数单位；e为指数函数，上式计算得出的非等间隔采样信号的频谱F(ω)，即为待测目标的运动的多普勒频率，根据该多普勒频率即可计算得出待测目标的运动速度。

本发明还提供一种基于脉冲序列的距离速度同时测量装置，应用于上述基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中，其特征在于，包括：激光器、分光器、放大器、调制器、准直透镜、光衰减器、合波器、耦合透镜、光电转换器、信号处理器，其中，激光器用于产生的连续激光；连续激光进入分光器，分光器将激光光束分为两路，其中一路激光输入调制器，另一路激光输入光衰减器；调制器用于调制输入的激光信号，经调制后的激光信号输入放大器进行放大，再传输至准直透镜准直，准直后作为发射信号送入激光雷达的扫描装置，由扫描装置投射到待测目标；光衰减器用于衰减输入的激光信号的光强度，经衰减后的信号作为参考信号送入合波器；耦合透镜用于接收来自待测目标的回波信号，回波信号经耦合透镜耦合到光纤后与参考信号一起送入合波器进行混频；经合波器混频的信号输出到光电转换器，光电转换器用于将光信号转换为电信号；信号处理器用于对光电转换器输出的电信号进行分析处理。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其特征在于：计算机可读存储介质中存储有距离速度同时测量的程序，距离速度同时测量的程序被处理器执行时实现上述基于脉冲序列的距离速度同时测量方法的步骤。

本发明的有益效果：

本发明的提供的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中通过通过引入一个光学衰减器，将传统的双检测器简化为单检测器，并提出使用脉冲位置调制方法、数据累加方法和非等间隔傅里叶变换方法，通过本发明的方法可实现道路环境中的目标距离和速度同时测量，保证测量信号的长度满足智能驾驶对空间解像度的要求。经过试验对本发明的抗噪声性能和测量误差性能评价，确认该方法及装置可用于道路目标信息感知，具有可靠性。本发明保证了测量信号的长度满足智能驾驶对空间解像度的要求，具有较广泛的推广价值。

附图说明

图1是本发明的基于脉冲序列的距离速度同时测量装置的结构示意图；

图2是本发明的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中脉冲序列位置调制方法示意图；

图3是本发明的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中数据累加方法示意图；

图4是本发明实施例基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中在无噪声情况下的光电转换器输出的信号强度示意图；

图5是本发明实施例基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中数据累加得到对应于激光飞行时间的峰值；

图6是本发明实施例基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中不等间隔数据采样得到的频谱；

图7是对本发明实施例基于脉冲序列的距离速度同时测量方法的速度测量的抗噪声性能分析图；

图8是对本发明实施例基于脉冲序列的距离速度同时测量方法的距离测量的抗噪声性能分析图；

图9是对本发明实施例基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中用非等间隔数据计算频率的误差分析图。

图1中标记：1-激光器；2-光纤；3-分光器；4-光纤；5-调制器；6-放大器；7-准直透镜；8-光衰减器；9-合波器；10-光电转换器及信号处理器；11-耦合透镜。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法及装置及存储介质作具体阐述。

如图1所示，一种基于脉冲序列的距离速度同时测量装置，包括：激光器1、分光器3、调制器5、放大器6、准直透镜7、光衰减器8、合波器9、光电转换器及信号处理器10、耦合透镜11。

激光器1用于产生的连续激光。分光器3连接激光器1。连续激光进入分光器3，分光器3将激光光束分为两路，其中一路激光(99％以上)输入调制器5，另一路激光(低于1％)输入光衰减器8。

调制器5用于调制输入的激光信号，经调制后的激光信号输入放大器6进行放大，再输入至准直透镜准直7，准直后送入激光雷达的扫描装置(图中未示)作为发射信号，由扫描装置投射到待测目标。光衰减器8用于衰减输入的激光信号的光强度，经衰减后的信号作为参考信号。

耦合透镜11用于接收来自待测目标的回波信号，回波信号经耦合透镜11耦合到光纤后与参考信号一起送入合波器9进行混频。经合波器器9混频的信号输出到光电转换器，光电转换器用于将光信号转换为电信号。信号处理器与光电转换器的输出端连接，用于对光电转换器输出的电信号进行分析处理。

本实施例中还提供一种基于脉冲序列的距离速度同时测量方法，该方法采用上述基于脉冲序列的距离速度同时测量的测量装置进行。该方法包括以下步骤：

步骤1，通过激光器1发射连续激光，连续激光通过分光器3分光为两路，其中一路激光输入调制器5，另一路激光输入光衰减器8。

步骤2，利用调制器5对输入的激光信号作幅度调制，使其由连续光调制为位置随机的脉冲序列。

对激光信号做幅度调制的具体方法如下：

步骤2-1，根据激光雷达在单位时间内要求测量的空间点数，确定完成单次测量所分配的时间长度：

设单位时间内要求测量的空间点数为M，则完成单次测量所需要的最大时间为1/M秒；

设要求激光雷达能够测量的最大距离为d米，激光最大飞行时间为τ＝2d/c秒，c表示光速，则完成单次测量的脉冲序列长度的最大值为T＝1/M–τ秒；

步骤2-2，如图2所示，按照预定格式调制得到脉冲序列：

首先，将长度为M的时间序列中最后划分出长度为τ的时间作为等待时间，然后，将时间序列中的剩余时间按照脉冲的个数N划分为N个等时长的时隙ΔT，之后，将每个时隙内随机位置处放置一个脉冲并将相邻脉冲之间的间隔保存到数组Δτ中。图2中P₁表示时间序列中第1个时隙内的随机位置；P_i表示时间序列中第i个时隙内随机位置；P_i+1表示时间序列中第i+1个时隙内随机位置；Δτ_i表示由第i个时隙内随机位置和第i+1个时隙内随机位置确定的脉冲间隔。

步骤3，首先，将调制器5输出的调制后的激光信号经放大器6进行放大：在激光安全标准允许的范围内放大脉冲序列的峰值功率。

然后，再将放大后的脉冲序列经准直透镜7准直后作为发射信号发射到激光雷达的扫描装置，由该扫描装置将发射信号投射到待测目标，产生回波信号。

步骤4，利用光衰减器8对输入的激光信号作光衰减，将输入的激光信号衰减到期望检测的最弱回波信号的光强度的一半，将光衰减器8输出的衰减后的信号作为参考信号。

步骤5，耦合透镜11接收来自待测目标的回波信号，将回波信号耦合到光纤，回波信号与参考信号一起送入合波器9进行混频。

步骤6，将混频后的信号通过光电转换器进行光电转换得到电信号。

参考信号、回波信号、电信号之间的关系如下：

设参考信号为其中E₁表示参考信号的光强度；f为参考信号的频率；为随机初始相位；t为时间；

设回波信号为其中E₂是回波信号的光强度，表示为时间t的函数；f_D为待测目标运动产生的多普勒频率；表示因待测目标的距离变化造成的变化相位；

照射到光电转换器光敏面的光信号功率为

忽略光电转换效率常数因子，则光电转换器输出的电信号经滤除高频和直流后得到输出式为

相比于直接检测光电转换器的输出，上式中多了一个多普勒频率波动项。相干检测的情况下，如果E1过大，将出现部分脉冲的输出电压低于直流，脉冲与噪声一样出现随机正负值，不利于采用数据累加计算激光的飞行时间。为此，不同于传统的相干检测通过适当增大参考信号功率来放大信号光，在本装置使用光衰减器将参考光衰减到最弱回波强度值的一半。

步骤7，通过信号处理器对光电转换器输出的电信号作数据累加计算，分析得出待测目标的距离。

数据累加计算的具体方法如下：

从发射信号的脉冲序列开始时刻，对电信号进行采样，并将采用数据保存于数组s(n)；

如图3所示，按照预定的数据累加规则：将数组s(n)放置在第一行，然后将数组s(n)向左移位Δτ₁得到的新的序列放置在第二行，再第二行数组向左移位Δτ₂得到的新的序列放置在第三行，依次位移若干次(按上述方法重复移位放置过程共N-1次，其中N为脉冲序列中脉冲的个数)，最后将所有数组相加。图3中最下方的数组波形图即表示所有数组相加后得到的数组。

各数组相加后，各时间点的噪声相位会相互抵消，而对应于激光飞行时间ΔL的位置处，各个脉冲序列同相相加会得到最大峰值，其它位置处脉冲存在的几率很低，会有小的波动，被噪声覆盖。因此，根据此最大峰值的激光飞行时间ΔL，而根据c表述光速，即可计算得出待测目标的距离d。

步骤8，对光电转换器的输出信号采样，采样器只能在脉冲位置对应时间处得到多普勒信号样本数据，由于脉冲间隔互不相等，因此得到的多普勒信号采样数据间隔互不相等。快速傅里叶变换硬件模块对不等间隔的采样数据执行傅里叶变换，计算出多普勒信号的频率，根据f_d为多普勒频率，v为目标速度，λ为信号的波长，可分析得出待测目标的运动速度。

非等间隔采样信号频谱计算的具体方法如下：

对电信号进行非等间隔采样，将采样得到的离散时间数据f(t_i)定义傅里叶变换，得到非等间隔信号频谱计算公式为：

其中ΔT_i为采样间隔；i对应第i个脉冲，i＝1,…,N；t_i为对电信号的采样时刻；ω为信号的角频率；j为虚数单位；e为指数函数；

上式计算得出的非等间隔采样信号的频谱F(ω)，即为待测目标的运动的多普勒频率，根据f_d为多普勒频率，v为目标速度，λ为信号的波长，即可计算得出待测目标的运动速度。

上式根据非等间隔采样数据计算出对应于目标运动速度的多普勒频率，并不关心频谱幅度(光强度)的大小，因此非等间隔采样频谱计算公式可以用来求出多普勒频率的大小。将脉冲序列视为多普勒信号的采样脉冲，则对多普勒采样得到的为欠采样数据，本发明中的非等间隔傅里叶变换方法对欠采样信号的频率计算有效。

本实施例中还提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质中存储有距离速度同时测量的程序，距离速度同时测量的程序被计算机的处理器执行时实现上述基于脉冲序列的距离速度同时测量方法的步骤。

<用实施例进行原理验证>

参照图2的规则在4μs时长内分配100个脉冲，取回波信号的脉冲幅度为1，即：

参考信号的光幅度E₁为0.02，忽略接收机噪声的情况下，光电转换器输出信号滤除高频与直流后的波形，如图4所示。多普勒频率对脉冲的幅度产生了调制效应，脉冲的幅值按余弦规律变化，在脉冲位置处得到对多普勒信号的采样。

将图4所示的100个不等间隔脉冲序列插入100ns时延后，按照图3所示的方法做数据累加，得到的结果如图5所示。

由图5可知，在对应于时延100ns的位置处，累加的结果得到一个明显的峰值，而其它时间位置处存在微小的波动，与图3的原理图结果一致。该时延即为激光雷达测量中对应于目标距离的激光飞行时间，是测量过程中的待定目标值。虽然多普勒频率对脉冲序列的幅度产生了调制效应，但由于幅度有增有减，总平均上看，对数据累加的峰值不产生影响。

通过数据累加确定脉冲序列的位置后，利用来自调制器的脉冲间隔数据，对每个脉冲的幅度按照非等间隔采样信号频谱计算公式修正，对修正后的数据使用傅里叶变换可以得到调制脉冲峰值的多普勒信号频率。图6给出无噪声情况下频率为12.9MHz的多普勒信号按照非等间隔采样频谱计算公式和傅里叶变换计算得到的信号频谱图。随机生成10万组调制脉冲数据，并用不同多普勒频率调制脉冲峰值，按此方法计算频率，并统计分析与实际频率之间的误差，得到最大误差66.67kHz。常用激光雷达的光源波长为1550nm，则66.67kHz对应于0.052m/s的速度误差，远低于车辆运动规划允许的速度误差范围。

<距离速度同时测量方法的可靠性验证>

速度与距离在不同信噪比下被正确测量的百分比是激光雷达设计的重要指标。去掉高频和直流得到光电转换器的输出式中右边第一项为光功率的直流项，代表脉冲序列中脉冲的平均光功率，其大小决定决定了接收端输出的用于距离测量信号的信噪比。第二项为多普勒信号的余弦项，其幅度E₂(t)E₁决定用于计算多普勒频率信号的信噪比。

强度为E²的光在光电转换器上产生的电流为：

I＝ηE²

其中η为光电转换效率。

此电流在接收机的跨阻放大器上产生的信号功率为：

P＝I²R

其中R为跨阻放大器的放大系数。

将电流计算公式式代入功率计算公式得：

P＝η²RE⁴

即电信号功率与E⁴之间存在线性关系。

接收机的噪声功率为一定值不考虑常数系数，可以定义距离测量信号的信噪比为：

E2表示光电转换器的输出式中E2(t)的峰值。同样，定义多普勒信号的信噪比为：

<速度测量的可靠性验证>

取20MHz、40MHz、80MHz和129MHz四个频率的多普勒信号，分析其非等间隔数据傅里叶频率计算的抗噪声性能，结果如图7所示。参阅图7，图中纵坐标的检测错误概率指计算得到的频率与实际的多普勒频率之间的误差大70kHz的发生概率(前节给出正确测量的误差不超过66.67kHz)，图中曲线均为在每一信噪比样点下统计10万次频率计算中发生错误的次数得出，显然，频率的变化对频率计算的抗噪声性能不产生影响。

具体实施例中的脉冲平均时间间隔为40ns，按照奈奎斯特定理，等间隔采样情况下，对129MHz信号的采样频率应大于258MHz，即采样间隔应小于3.88ns才能避免频率重叠。因此，实施例中对多普勒信号的采样为欠采样，非等间隔傅里叶计算情况下未出现频率重叠，表明本发明的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法可用于分析计算欠采样信号的频率。

<距离测量的可靠性验证>

本发明的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法在距离测量方面，通过在不同信噪比下计算数据累加统计错误检测的概率如图8所示。计算中，设置脉冲延时为某一定值，通过数据累加得到的脉冲峰值与设置的延时值不一致，则统计为检测发生错误。与频率的检测错误概率曲线一样，距离测量的检测错误概率曲线也是对每一信噪比样点处计算10万次数据累加，统计检测错误发生的次数得到。

为保证接收机的输出s_o(t)大于零，去掉高频和直流得到光电转换器的输出式中的本地参考信号幅值E₁不宜过大。如果存在某些时刻的s_o(t)小于零，则信号与噪声在不同时刻点之间的幅值相位关系都存在同相或反相，数据累加将不能在低信噪比下确定脉冲序列的延时。根据去掉高频和直流得到光电转换器的输出式，参考信号的幅度E₁不大于最低接收光强度的一半，因此用于傅里叶计算的多普勒信号强度可取为即最差情况下用于计算距离和速度的信号的信噪比相同。从图8可以看出，为保证检测不发生错误，速度测量要求的信噪比相比于距离测量要求的信噪比低，因此系统设计时，本地参考信号的强度选择为保证速度被可靠测量的最低强度即可。

<距离测量误差分析>

距离测量的误差与脉冲序列中脉冲的宽度有关，本发明实施例中选择脉冲宽度为1ns，采样率为1GHz，因此距离测量的最大误差为30cm。可以使用增大采样率或者使用数据延迟线等方式提高距离测量的精度，其测量原理与本发明的仿真中一致。

<速度测量误差验证>

本发明的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法的误差性能与等间隔数据的傅里叶算法相比，通过大量仿真验证，两者误差范围完全一致。参阅图9，图9给出初始相位为0的情况下，频率在20MHz到50MHz之间的信号用非等间隔频谱计算方法得到的频率误差数据，可以看出误差在一定范围内周期变化。对一确定频率，在0到2π范围内变化初始相位，也得出误差在这一范围内周期变化。图中给出的最大误差为66.67kHz，对应的速度误差为0.052m/s，满足智能驾驶环境感知要求。

上述实施方式仅为本发明的较佳案例，并不用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于脉冲序列的距离速度同时测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，发射连续激光，经分光器将连续激光分光为两路，其中一路激光输入调制器，另一路激光输入光衰减器；

步骤2，利用所述调制器对输入的激光信号作幅度调制，使其由连续光形式调制为位置随机的脉冲序列；

步骤3，将所述调制器输出的调制后的激光信号进行放大，再经准直后作为发射信号发射到激光雷达的扫描装置，由该扫描装置将发射信号投射到待测目标，产生回波信号；

步骤4，利用所述光衰减器对输入的激光信号作光衰减，将得到衰减后的信号作为参考信号；所述光衰减具体为：将输入的激光信号衰减到期望检测的最弱回波信号的光强度的一半；

步骤5，耦合来自所述待测目标的回波信号，并与所述参考信号一起送入合波器进行混频；

步骤6，将混频后的信号输入光电转换器，进行光电转换输出电信号；

步骤7，对光电转换器输出的电信号作数据累加计算，分析得出所述待测目标的距离；

步骤8，对光电转换器输出的电信号作非等间隔采样信号频谱计算，分析得出所述待测目标的运动速度。

2.如权利要求1所述的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法，其特征在于：

其中，步骤2中对激光信号做幅度调制的具体方法如下：

步骤2-1，根据激光雷达在单位时间内要求测量的空间点数，确定完成单次测量所分配的时间长度：

设单位时间内要求测量的空间点数为M，则完成单次测量所需要的最大时间为1/M秒；

设要求激光雷达能够测量的最大距离为d米，激光最大飞行时间为τ＝2d/c秒，c表示光速，则完成单次测量的脉冲序列长度的最大值为T＝1/M–τ秒；

步骤2-2，按照预定格式调制得到脉冲序列：

首先，将长度为M的时间序列中最后划分出长度为τ的时间作为等待时间，然后，将时间序列中的剩余时间按照脉冲的个数N划分为N个等时长的时隙ΔT，之后，将每个时隙内随机位置处放置一个脉冲并将相邻脉冲之间的间隔保存到数组Δτ中。

3.如权利要求2所述的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法，其特征在于：

其中，步骤3中对所述调制后的激光信号进行放大为：放大脉冲序列的峰值功率。

4.如权利要求1所述的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法，其特征在于：

其中，所述参考信号、所述回波信号、所述电信号之间的关系如下：

设所述参考信号为其中E₁表示光的强度；f为光的频率；φ₁为随机初始相位；t为时间；

设所述回波信号为其中E₂(t)是回波信号的光强度，表示为时间t的函数；f_D为待测目标运动产生的多普勒频率；表示因待测目标的距离变化造成的变化相位；

照射到光电转换器光敏面的光信号功率为

光电转换器输出的所述电信号经滤除高频和直流后得到输出式为：

5.如权利要求1所述的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法，其特征在于：

其中，步骤7中所述数据累加计算的具体方法如下：

从所述发射信号的脉冲序列开始时刻，对所述电信号进行采样，采样周期为脉冲宽度，采样长度为1/M秒，并将采用数据保存于数组s(n)；

按照预定的数据累加规则，将数组s(n)放置在第一行，然后将数组s(n)向左移位Δτ₁得到的新的序列放置在第二行，再第二行数组向左移位Δτ₂得到的新的序列放置在第三行，依次位移若干次，最后将所有数组相加；

数组相加后，各时间点的噪声相位会相互抵消，而对应于激光飞行时间ΔL的位置处，各个脉冲序列同相相加会得到最大峰值，根据此最大峰值的激光飞行时间ΔL即可计算得出待测目标的距离。

6.如权利要求1所述的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法，其特征在于：

其中，步骤8中所述非等间隔采样信号频谱计算的具体方法如下：

对所述电信号进行非等间隔采样，将采样得到的离散时间数据f(t_i)定义傅里叶变换，得到非等间隔信号频谱计算公式为：

其中ΔT_i为采样间隔；i对应第i个脉冲，i＝1,…,N；t_i为对电信号的采样时刻；ω为信号的频率；j为虚数单位；e为指数函数；

上式计算得出的非等间隔采样信号的频谱F(ω)，即为待测目标的运动的多普勒频率，根据该多普勒频率即可计算得出待测目标的运动速度。

7.一种基于脉冲序列的距离速度同时测量装置，应用于如权利要求1至6中任意一项所述的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法中，其特征在于，包括：激光器、分光器、放大器、调制器、准直透镜、光衰减器、合波器、耦合透镜、光电转换器、信号处理器，

其中，所述激光器用于产生的连续激光；

连续激光进入所述分光器，所述分光器将激光光束分为两路，其中一路激光输入所述调制器，另一路激光输入所述光衰减器；

所述调制器用于调制输入的激光信号，经调制后的激光信号输入所述放大器进行放大，再传输至所述准直透镜准直，准直后作为发射信号送入激光雷达的扫描装置，由所述扫描装置投射到待测目标；

所述光衰减器用于衰减输入的激光信号的光强度，经衰减后的信号作为参考信号送入所述合波器；

所述耦合透镜用于接收来自所述待测目标的回波信号，所述回波信号经所述耦合透镜耦合到光纤后与所述参考信号一起送入所述合波器进行混频；

经所述合波器混频的信号输出到所述光电转换器，所述光电转换器用于将光信号转换为电信号；

所述信号处理器用于对所述光电转换器输出的电信号进行分析处理。

8.一种计算机可读存储介质，其特征在于：所述计算机可读存储介质中存储有距离速度同时测量的程序，所述距离速度同时测量的程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任意一项所述的基于脉冲序列的距离速度同时测量方法的步骤。