無(wú)人駕駛是汽車的未來(lái)，但要實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人駕駛，
激光雷達(dá)將是不可或缺的一個(gè)
傳感器，雖然它不是萬(wàn)能的，但在它的配合下，無(wú)人駕駛將更加安全和可實(shí)現(xiàn)。
i`l;k~rP TxQsi"0c ',[A KXJ 激光雷達(dá)(LiDAR)是無(wú)人駕駛汽車中最強(qiáng)大的傳感器之一。它可以區(qū)分真實(shí)移動(dòng)中的行人和人物海報(bào)、在三維立體的空間中建模、檢測(cè)靜態(tài)物體、精確測(cè)距。它是通過(guò)發(fā)射激
光束來(lái)探測(cè)目標(biāo)位置、速度等特征量的雷達(dá)
系統(tǒng)，具有測(cè)量精度高、方向性好等優(yōu)點(diǎn)， 在軍事領(lǐng)域以及民用的地理測(cè)繪等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。 由于激光雷達(dá)可以形成精度高達(dá)厘米級(jí)的 3D 環(huán)境地圖， 因此在 ADAS 及無(wú)人駕駛系統(tǒng)中具有重要作用。
tE-bHu370 > V)#y$Z 激光雷達(dá)的
原理與結(jié)構(gòu)
W7|nc,i0\ \PN* gDmX 與雷達(dá)原理相似，激光雷達(dá)使用的技術(shù)是飛行時(shí)間(TOF， Time of Flight)。具體而言，就是根據(jù)激光遇到障礙物后的折返時(shí)間，計(jì)算目標(biāo)與自己的相對(duì)距離。激光光束可以準(zhǔn)確測(cè)量視場(chǎng)中物體輪廓邊沿與設(shè)備間的相對(duì)距離，這些輪廓信息組成所謂的點(diǎn)云并繪制出3D環(huán)境地圖，精度可達(dá)到厘米級(jí)別，從而提高測(cè)量精度。
>?JUGXAi'{ aO inD ~P}ng{x4z 在ADAS系統(tǒng)中，激光雷達(dá)通過(guò)
透鏡、激光發(fā)射及接收裝置，基于TOF飛行時(shí)間原理獲得目標(biāo)物體位置、移動(dòng)速度等特征數(shù)據(jù)并將其傳輸給數(shù)據(jù)處理器；同時(shí)，汽車的速度、加速度、方向等特征數(shù)據(jù)也將通過(guò)CAN總線傳輸?shù)綌?shù)據(jù)處理器；數(shù)據(jù)處理器對(duì)目標(biāo)物體及汽車本身的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理并根據(jù)處理結(jié)果發(fā)出相應(yīng)的被動(dòng)警告指令或主動(dòng)控制指令，以此實(shí)現(xiàn)輔助駕駛功能。
/ <T{g0s u{uqK7]+ $HOe){G 下圖展現(xiàn)的是谷歌無(wú)人駕駛公司W(wǎng)aymo在汽車上使用的激光雷達(dá)的布局：
imM #z y (g[WZB3x X^&--@l}T! 激光雷達(dá)的分類
!} x-o`a5 fS '` 9 激光雷達(dá)按有無(wú)機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件分類，包括機(jī)械激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。機(jī)械激光雷達(dá)帶有控制激光發(fā)射角度的旋轉(zhuǎn)部件，而固態(tài)激光雷達(dá)則依靠
電子部件來(lái)控制激光發(fā)射角度，無(wú)需機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件。
_
j'm2BA O ib> ~3s; { **W7\h 機(jī)械激光雷達(dá)由光電二極管、MEMS反射鏡、激光發(fā)射接受裝置等組成，其中機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件是指圖中可360°控制激光發(fā)射角度的MEMS發(fā)射鏡。
`N}V i6FG MR4k#{:w W"\`UzOLQ 固態(tài)激光雷達(dá)與機(jī)械雷達(dá)不同，它通過(guò)
光學(xué)相控陣列(Optical Phased Array)、
光子集成電路(Photonic IC)以及遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖(Far Field Radiation Pattern)等電子部件代替機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件實(shí)現(xiàn)發(fā)射激光角度的調(diào)整
}3WP:Et 。
%'. x vC 由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)有所差別，兩種激光雷達(dá)的體積大小也不盡相同。機(jī)械激光雷達(dá)體積較大、價(jià)格昂貴、測(cè)量精度相對(duì)較高，一般置于汽車外部。固態(tài)激光雷達(dá)尺寸較小、性價(jià)比較高、測(cè)量精度相對(duì)低一些，但可隱藏于汽車車體內(nèi)，不會(huì)破壞外形美觀。
^u90N>Dvq 7zN7PHT=$t TntTR"6aD 根據(jù)線束數(shù)量的多少，激光雷達(dá)又可分為單線束激光雷達(dá)與多線束激光雷達(dá)。顧名思義，單線束激光雷達(dá)掃描一次只產(chǎn)生一條掃描線， 其所獲得的數(shù)據(jù)為2D數(shù)據(jù)，因此無(wú)法區(qū)別有關(guān)目標(biāo)物體的3D信息。不過(guò)， 由于單線束激光雷達(dá)具有測(cè)量速度快、數(shù)據(jù)處理量少等特點(diǎn)， 多被應(yīng)用于安全防護(hù)、地形測(cè)繪等領(lǐng)域。
:! $+dr(d ] NW_oRH i& \ >/ 1 多線束激光雷達(dá)掃描一次可產(chǎn)生多條掃描線，目前市場(chǎng)上多線束產(chǎn)品包括4線束、8線束、16線束、32線束、64線束等，其細(xì)分可分為2.5D激光雷達(dá)及3D激光雷達(dá)。2.5D激光雷達(dá)與3D激光雷達(dá)最大的區(qū)別在于激光雷達(dá)垂直視野的范圍，前者垂直視野范圍一般不超過(guò)10°，而后者可達(dá)到30°甚至40°以上，這也就導(dǎo)致兩者對(duì)于激光雷達(dá)在汽車上的安裝位置要求有所不同。
e1V1A e |G/)<1P ON>l%Ae4G Velodyne激光雷達(dá)
q!><:"#[G rOYYZ)Qw Velodyne是車用激光雷達(dá)的行業(yè)先導(dǎo)，公司成立于1983年，以頭戴式耳機(jī)、低音音箱以及3D激光雷達(dá)為主要業(yè)務(wù)。近年來(lái)，Velodyne的3D激光雷達(dá)業(yè)務(wù)發(fā)展迅猛，谷歌在其最早的自動(dòng)駕駛原型汽車中所使用的LiDAR傳感器就是由該公司開(kāi)發(fā)的，其產(chǎn)品的測(cè)量精度在全行業(yè)領(lǐng)域內(nèi)處于標(biāo)桿地位，性能優(yōu)越。Velodyne的3D激光雷達(dá)產(chǎn)品種類豐富，包括16線束、32線束及64線束等，其中還有專門為智能駕駛汽車設(shè)計(jì)的Ultra Puck激光雷達(dá)。
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e*I92 nu|,wE!i }2c&ARQ.m> 在2016年1月的美國(guó)CES消費(fèi)電子展上，Velodyne發(fā)布了其第一款汽車專用的3D激光雷達(dá)混合固態(tài)超級(jí)冰球(Solid-State Hybrid Ultra Puck Auto)，這款產(chǎn)品為32線束激光雷達(dá)，體積小巧、便于汽車安裝攜帶，同時(shí)價(jià)格低廉，未來(lái)在大規(guī)模量產(chǎn)的情況下，其目標(biāo)價(jià)格可降至500美元，性價(jià)比較高。但這款激光雷達(dá)目前的版本只是車企測(cè)試版，而非最終供貨版本，正式量產(chǎn)版本要到2018年才能面世。
X4 '!:& \?Xoa"^ Ultra Puck不僅在外形及價(jià)格成本上有較大突破，在專業(yè)技術(shù)上也有所改進(jìn)。Velodyne對(duì)該款產(chǎn)品激光發(fā)射裝置設(shè)置了2微秒時(shí)差，即32個(gè)激光發(fā)射器并非同時(shí)發(fā)射激光，而是以2微秒的時(shí)間間隔按順序發(fā)射激光，這種設(shè)置可防止高發(fā)射率物體使激光雷達(dá)致盲，產(chǎn)品的性能得到提升。
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