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全面解读激光雷达及主要代表厂商

导读: 无人驾驶是汽车的未来,但要实现真正的无人驾驶,激光雷达将是不可或缺的一个传感器,虽然它不是万能的,但在它的配合下,无人驾驶将更加安全和可实现。

无人驾驶是汽车的未来,但要实现真正的无人驾驶,激光雷达将是不可或缺的一个传感器,虽然它不是万能的,但在它的配合下,无人驾驶将更加安全和可实现。

激光雷达是未来无人驾驶的标配

激光雷达(LiDAR)是无人驾驶汽车中最强大的传感器之一。它可以区分真实移动中的行人和人物海报、在三维立体的空间中建模、检测静态物体、精确测距。它是通过发射激光束来探测目标位置、速度等特征量的雷达系统,具有测量精度高、方向性好等优点, 在军事领域以及民用的地理测绘等领域都有广泛的应用。 由于激光雷达可以形成精度高达厘米级的 3D 环境地图, 因此在 ADAS 及无人驾驶系统中具有重要作用。

激光雷达的原理与结构

与雷达原理相似,激光雷达使用的技术是飞行时间(TOF, Time of Flight)。具体而言,就是根据激光遇到障碍物后的折返时间,计算目标与自己的相对距离。激光光束可以准确测量视场中物体轮廓边沿与设备间的相对距离,这些轮廓信息组成所谓的点云并绘制出3D环境地图,精度可达到厘米级别,从而提高测量精度。

激光雷达是未来无人驾驶的标配

在ADAS系统中,激光雷达通过透镜、激光发射及接收装置,基于TOF飞行时间原理获得目标物体位置、移动速度等特征数据并将其传输给数据处理器;同时,汽车的速度、加速度、方向等特征数据也将通过CAN总线传输到数据处理器;数据处理器对目标物体及汽车本身的信息数据进行综合处理并根据处理结果发出相应的被动警告指令或主动控制指令,以此实现辅助驾驶功能。

激光雷达是未来无人驾驶的标配

下图展现的是谷歌无人驾驶公司Waymo在汽车上使用的激光雷达的布局:

激光雷达是未来无人驾驶的标配

激光雷达的分类

激光雷达按有无机械旋转部件分类,包括机械激光雷达和固态激光雷达。机械激光雷达带有控制激光发射角度的旋转部件,而固态激光雷达则依靠电子部件来控制激光发射角度,无需机械旋转部件。

激光雷达是未来无人驾驶的标配

机械激光雷达由光电二极管、MEMS反射镜、激光发射接受装置等组成,其中机械旋转部件是指图中可360°控制激光发射角度的MEMS发射镜。

激光雷达是未来无人驾驶的标配

固态激光雷达与机械雷达不同,它通过光学相控阵列(Optical Phased Array)、光子集成电路(Photonic IC)以及远场辐射方向图(Far Field Radiation Pattern)等电子部件代替机械旋转部件实现发射激光角度的调整。

由于内部结构有所差别,两种激光雷达的体积大小也不尽相同。机械激光雷达体积较大、价格昂贵、测量精度相对较高,一般置于汽车外部。固态激光雷达尺寸较小、性价比较高、测量精度相对低一些,但可隐藏于汽车车体内,不会破坏外形美观。

激光雷达是未来无人驾驶的标配

根据线束数量的多少,激光雷达又可分为单线束激光雷达与多线束激光雷达。顾名思义,单线束激光雷达扫描一次只产生一条扫描线, 其所获得的数据为2D数据,因此无法区别有关目标物体的3D信息。不过, 由于单线束激光雷达具有测量速度快、数据处理量少等特点, 多被应用于安全防护、地形测绘等领域。

激光雷达是未来无人驾驶的标配

多线束激光雷达扫描一次可产生多条扫描线,目前市场上多线束产品包括4线束、8线束、16线束、32线束、64线束等,其细分可分为2.5D激光雷达及3D激光雷达。2.5D激光雷达与3D激光雷达最大的区别在于激光雷达垂直视野的范围,前者垂直视野范围一般不超过10°,而后者可达到30°甚至40°以上,这也就导致两者对于激光雷达在汽车上的安装位置要求有所不同。

激光雷达是未来无人驾驶的标配

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