本技术涉及激光雷达领域，尤其涉及一种信号检测装置、信号检测方法及激光雷达。
背景技术：
1、激光雷达(light detection and ranging，lidar)是一种测距系统，其工作原理为：光源向被测目标发射一束光，探测器接收到被目标反射的光，并由计时器计算出光发射与接收的时间差，根据此时间差和光速即可求解出目标距离。其中，探测器也称为光探测器(photon detector，pd)，其利用材料的光电效应可以将输入光信号转换为电信号输出。
2、具体地，探测器的类型可以是硅光子倍增器(silicon photomultipliers，sipm)，sipm由多个单光子探测器(single-photonavalanchediode，spad)并联构成，其灵敏度很高，可以探测单个光子。由于spad探测器能够响应单个光子，外界环境背景光噪声也很容易触发spad探测器输出。如果同时存在背景光噪声和信号光，难以从spad探测器的输出中区分哪些是背景光噪声触发的输出以及哪些是信号光触发的输出，影响激光雷达检测的准确性。
技术实现思路
1、本技术实施例提供了一种信号检测装置、信号检测方法及激光雷达。可以有效减小背景光噪声对光信号的影响，提高了对光信号检测的准确性，并且实现从多个维度对光信号的检测，检测的信息更全面。
2、第一方面，本技术实施例提供了一种信号检测装置。该信号检测装置包括：光探测模块、第一跨阻放大器(trans-impedance amplifier，tia)、强度检测器、第一比较器和处理器。具体地，光探测模块用于将检测到的光转换为电流脉冲，并将电流脉冲输出至第一tia。其中，光探测模块检测到的光包括背景光噪声和光信号。第一tia用于将电流脉冲转换成电压信号，并将电压信号分别输出至强度检测器和第一比较器。第一比较器用于将收到的电压信号与第一阈值进行比较。其中，第一比较器收到的电压信号包括光信号对应的第一电压信号和背景光噪声对应的第二电压信号，第一电压信号大于第一阈值，第二电压信号小于或等于第一阈值，第一电压信号从第一比较器输出至处理器。强度检测器用于检测收到的电压信号的强度信息，并将强度信息输出至处理器。处理器用于根据第一电压信号和强度信息确定每个光信号对应的接收时刻和信号强度。
3、需要说明的是，由于光信号对应的第一电压信号通常大于背景光噪声对应的第二电压信号，因此可以考虑将背景光噪声对应的电压信号的最大值设定为比较器的第一阈值。这样一来，比较器根据第一阈值对收到的电压信号进行比较，光信号对应的第一电压信号大于第一阈值则可以通过比较器输出输出至处理器，背景光噪声对应的第二电压信号小于或等于第一阈值则不能通过比较器输出输出至处理器，减小了背景光噪声对光信号的影响。
4、在该实施方式中，信号检测装置可以分为两个工作时段，分别是背景噪声检测时段和光信号检测时段。在背景噪声检测时段，信号检测装置只接收背景光噪声，可以将此噪声水平(电压值)作为比较器阈值。在光信号检测时段，信号检测装置除了接收背景光噪声还接收回波反射的光信号，高于比较器阈值的电压信号可以通过比较器输出至处理器，从而减小背景光噪声对光信号的影响，提高了对光信号检测的准确性。并且，在光信号检测时段，由光信号转换成的电压信号还将输入到强度检测器，强度检测器将检测到的强度信息输出至处理器，处理器可以计算出每个光信号对应的接收时刻和信号强度，从而实现从多个维度对光信号的检测，检测的信息更全面。
5、在一些可能的实施方式中，强度检测器包括多级比较电路，每一级比较电路设置有对应的第二阈值。每一级比较电路用于将收到的电压信号与设置的第二阈值进行比较，以确定强度信息。需要说明的是，通过多级比较电路检测强度信息，可以实现小动态范围与高分辨率，或者实现大动态范围与低分辨率。以阈值呈等差线性变换为例，在输入信号幅度a范围较小时(即小动态范围)，则每一级比较器可分辨的幅度为a/7，实现小动态范围与高分辨率。在输入信号幅度a范围较大时(即大动态范围)，则每一级比较器可分辨幅度也随之变大，实现大动态范围与低分辨率。
6、在一些可能的实施方式中，每一级比较电路包括电流产生电路、第二tia和第二比较器，其中，第二阈值为第二tia将电流产生电路输出的电流转换成的电压信号。每个第二比较器用于将收到的电压信号与设置的第二阈值进行比较，以确定强度信息。本实施例提供了每一级比较电路的具体实现方式，采用的结构较为简单，易于实现。
7、在一些可能的实施方式中，多级比较电路设置的多个第二阈值呈等差线性变换或等比非线性变换。应理解，多级比较电路中各比较器的阈值可以根据实际需求灵活设置，实用性更好。
8、在一些可能的实施方式中，信号检测装置还包括背景噪声检测器，其中，光探测模块在第一时段检测到的光包括背景光噪声，光探测模块在第二时段检测到的光包括背景光噪声和光信号，第一时段在第二时段之前。第一tia还用于将电压信号输出至背景噪声检测器，其中，第一tia在第一时段输出的电压信号包括第二电压信号，第一tia在第二时段输出的电压信号包括第一电压信号和第二电压信号。背景噪声检测器用于在第一时段对收到的电压信号进行检测，以确定在第一时段内收到的电压信号的最大值为第一比较器的第一阈值。第一比较器具体用于在第二时段将收到的电压信号与第一阈值进行比较。强度检测器具体用于在第二时段检测收到的电压信号的强度信息。
9、在该实施方式中，在开始光信号检测之前要先预留一段时间进行背景光噪声检测，进而将背景光噪声对应的电压信号最大值作为比较器的阈值。可以看出，本实施方式可以自适应检测背景光噪声，从而灵活调节比较器的阈值，提升动态范围。例如，强光照场景下可自动提高阈值，减少误检；弱光场景下可自动降低阈值，减少漏检。
10、在一些可能的实施方式中，背景噪声检测器包括峰值保持电路。应理解，采用峰值保持电路的背景噪声检测器的结构更为简单，易于集成。
11、在一些可能的实施方式中，光探测模块包括单光子探测器(single-photonavalanche diode，spad)阵列、淬灭电路和电流产生器。spad阵列用于将检测到的光转换为光电流。淬灭电路用于控制spad阵列的工作模式。电流产生器用于将spad阵列输出的光电流转换为电流脉冲。应理解，电流产生器可以在输入端的触发下输出指定时间宽度和指定幅度的电流脉冲，电流产生器将模拟光电流转换为数字信号，提升了抗干扰能力，可以降低噪声的影响。
12、在一些可能的实施方式中，信号检测装置还包括控制器，spad阵列检测到的是经目标物回波反射的光信号。控制器用于根据向目标物发射的光信号的传输方向控制spad阵列中每个spad的开关状态，以使得spad阵列中处于开启状态的spad对光信号进行检测。应理解，发送端扫描器的转动角度、光束的空间指向、回波光在spad阵列的入射位置具有一一对应关系。从而，可根据扫描器的实时转动角度信息来开启spad阵列上对应位置的spad，而其它位置的spad则关闭，降低非对应位置spad响应的背景光噪声和暗记数噪声，降低误检率。
13、在一些可能的实施方式中，处理器包括时间数字转换器(time to digitalconvertor，tdc)，tdc用于：获取光信号的发射时刻，根据第一电压信号确定光信号的接收时刻，并根据发射时刻和接收时刻确定光信号的飞行时长，从而实现测距功能。
14、第二方面，本技术实施例提供了一种激光雷达，该激光雷达包括：激光器、发射模块、接收模块和如第一方面任一实施方式介绍的信号检测装置。具体地，激光器用于输出光信号。发射模块用于调节光信号的传输方向，以将光信号向目标物发射。接收模块用于接收经目标物回波反射的光信号，并将回波反射的光信号传输至信号检测装置。
15、第三方面，本技术实施例提供了一种信号检测方法，该信号检测方法应用于信号检测装置。信号检测装置包括：光探测模块、第一tia、背景噪声检测器、强度检测器、第一比较器和处理器。该信号检测方法包括如下步骤。通过光探测模块将检测到的光转换为电流脉冲，并将电流脉冲输出至第一tia，其中，光探测模块检测到的光包括背景光噪声和光信号。通过第一tia将电流脉冲转换成电压信号，并将电压信号分别输出至强度检测器和第一比较器。通过第一比较器将收到的电压信号与第一阈值进行比较，其中，第一比较器收到的电压信号包括光信号对应的第一电压信号和背景光噪声对应的第二电压信号，第一电压信号大于第一阈值，第二电压信号小于或等于第一阈值，第一电压信号从第一比较器输出至处理器。通过强度检测器检测收到的电压信号的强度信息，并将强度信息输出至处理器。通过处理器并根据第一电压信号和强度信息确定每个光信号对应的接收时刻和信号强度。
16、在一些可能的实施方式中，强度检测器包括多级比较电路，每一级比较电路设置有对应的第二阈值，通过强度检测器检测收到的电压信号的强度信息包括：通过每一级比较电路将收到的电压信号与设置的第二阈值进行比较，以确定强度信息。
17、在一些可能的实施方式中，每一级比较电路包括电流产生电路、第二tia和第二比较器，其中，第二阈值为第二tia将电流产生电路输出的电流转换成的电压信号。通过每一级比较电路将收到的电压信号与设置的第二阈值进行比较包括：通过每个第二比较器将收到的电压信号与设置的第二阈值进行比较，以确定强度信息。
18、在一些可能的实施方式中，多级比较电路设置的多个第二阈值呈等差线性变换或等比非线性变换。
19、在一些可能的实施方式中，信号检测装置还包括背景噪声检测器，其中，光探测模块在第一时段检测到的光包括背景光噪声，光探测模块在第二时段检测到的光包括背景光噪声和光信号，第一时段在第二时段之前。方法还包括：通过第一tia还将电压信号输出至背景噪声检测器，其中，第一tia在第一时段输出的电压信号包括第二电压信号，第一tia在第二时段输出的电压信号包括第一电压信号和第二电压信号。通过背景噪声检测器在第一时段对收到的电压信号进行检测，以确定在第一时段内收到的电压信号的最大值为第一比较器的第一阈值。通过第一比较器将收到的电压信号与第一阈值进行比较包括：通过第一比较器在第二时段将收到的电压信号与第一阈值进行比较。通过强度检测器检测收到的电压信号的强度信息包括：通过强度检测器在第二时段检测收到的电压信号的强度信息。
20、在一些可能的实施方式中，背景噪声检测器包括峰值保持电路。
21、在一些可能的实施方式中，光探测模块包括spad阵列、淬灭电路和电流产生器，通过光探测模块将检测到的光转换为电流脉冲包括：通过spad阵列将检测到的光转换为光电流；通过淬灭电路控制spad阵列的工作模式；通过电流产生器将spad阵列输出的光电流转换为电流脉冲。
22、在一些可能的实施方式中，信号检测装置还包括控制器，spad阵列检测到的是经目标物回波反射的光信号。方法还包括：通过控制器根据向目标物发射的光信号的传输方向控制spad阵列中每个spad的开关状态，以使得spad阵列中处于开启状态的spad对光信号进行检测。
23、在一些可能的实施方式中，处理器包括tdc，方法还包括：获取光信号的发射时刻，根据第一电压信号确定光信号的接收时刻，并根据发射时刻和接收时刻确定光信号的飞行时长。
24、本技术实施例中，信号检测装置可以分为两个工作时段，分别是背景噪声检测时段和光信号检测时段。在背景噪声检测时段，信号检测装置只接收背景光噪声，可以将此噪声水平(电压值)作为比较器阈值。在光信号检测时段，信号检测装置除了接收背景光噪声还接收回波反射的光信号，高于比较器阈值的电压信号可以通过比较器输出至处理器，从而减小背景光噪声对光信号的影响，提高了对光信号检测的准确性。并且，在光信号检测时段，由光信号转换成的电压信号还将输入到强度检测器，强度检测器将检测到的强度信息输出至处理器，处理器可以计算出每个光信号对应的接收时刻和信号强度，从而实现从多个维度对光信号的检测，检测的信息更全面。
1.一种信号检测装置，其特征在于，包括：光探测模块、第一跨阻放大器tia、强度检测器、第一比较器和处理器；
2.根据权利要求1所述的信号检测装置，其特征在于，所述强度检测器包括多级比较电路，每一级比较电路设置有对应的第二阈值；
3.根据权利要求2所述的信号检测装置，其特征在于，每一级比较电路包括电流产生电路、第二tia和第二比较器，其中，所述第二阈值为所述第二tia将所述电流产生电路输出的电流转换成的电压信号；
4.根据权利要求2或3所述的信号检测装置，其特征在于，所述多级比较电路设置的多个第二阈值呈等差线性变换或等比非线性变换。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的信号检测装置，其特征在于，所述信号检测装置还包括背景噪声检测器，其中，所述光探测模块在第一时段检测到的光包括背景光噪声，所述光探测模块在第二时段检测到的光包括背景光噪声和光信号，所述第一时段在所述第二时段之前；
6.根据权利要求5所述的信号检测装置，其特征在于，所述背景噪声检测器包括峰值保持电路。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的信号检测装置，其特征在于，所述光探测模块包括单光子探测器spad阵列、淬灭电路和电流产生器；
8.根据权利要求7所述的信号检测装置，其特征在于，所述信号检测装置还包括控制器，所述spad阵列检测到的是经目标物回波反射的光信号；
9.根据权利要求1至8中任一项所述的信号检测装置，其特征在于，所述处理器包括时间数字转换器tdc，所述tdc用于：获取光信号的发射时刻，根据所述第一电压信号确定光信号的接收时刻，并根据所述发射时刻和所述接收时刻确定所述光信号的飞行时长。
10.一种激光雷达，其特征在于，包括：激光器、发射模块、接收模块和如权利要求1至9中任一项所述的信号检测装置；
11.一种信号检测方法，其特征在于，所述方法应用于信号检测装置，所述信号检测装置包括：光探测模块、第一跨阻放大器tia、强度检测器、第一比较器和处理器，所述方法包括：
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述强度检测器包括多级比较电路，每一级比较电路设置有对应的第二阈值，通过所述强度检测器检测收到的电压信号的强度信息包括：
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，每一级比较电路包括电流产生电路、第二tia和第二比较器，其中，所述第二阈值为所述第二tia将所述电流产生电路输出的电流转换成的电压信号，通过每一级比较电路将收到的电压信号与设置的第二阈值进行比较包括：
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述多级比较电路设置的多个第二阈值呈等差线性变换或等比非线性变换。
15.根据权利要求11至14中任一项所述的方法，其特征在于，所述信号检测装置还包括背景噪声检测器，其中，所述光探测模块在第一时段检测到的光包括背景光噪声，所述光探测模块在第二时段检测到的光包括背景光噪声和光信号，所述第一时段在所述第二时段之前，所述方法还包括：
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述背景噪声检测器包括峰值保持电路。
17.根据权利要求11至16中任一项所述的方法，其特征在于，所述光探测模块包括单光子探测器spad阵列、淬灭电路和电流产生器，通过所述光探测模块将检测到的光转换为电流脉冲包括：
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述信号检测装置还包括控制器，所述spad阵列检测到的是经目标物回波反射的光信号，所述方法还包括：
19.根据权利要求11至18中任一项所述的方法，其特征在于，所述处理器包括时间数字转换器tdc，所述方法还包括：
