無(wú)人駕駛即將爆發(fā)：激光雷達必不可少

　　2017年亞洲消費類(lèi)電子產(chǎn)品展覽會(huì )(CES Asia 2017)于北京時(shí)間2017年6月7日至9日在上海舉辦。我們不難發(fā)現，此次眾廠(chǎng)商在無(wú)人駕駛方面的布局有所增加，寶馬公司以及英特爾公司也分別開(kāi)展了試駕活動(dòng)和無(wú)人機的展示。我們可以肯定的是，無(wú)人駕駛是汽車(chē)的未來(lái)，但眾多傳感器是實(shí)現無(wú)人駕駛必不可少的，尤其是激光雷達，更是重中之重。

　　激光雷達(LiDAR)是無(wú)人駕駛汽車(chē)中最強大的傳感器之一。它可以區分真實(shí)移動(dòng)中的行人和人物海報、在三維立體的空間中建模、檢測靜態(tài)物體、精確測距。它是通過(guò)發(fā)射激光束來(lái)探測目標位置、速度等特征量的雷達系統，具有測量精度高、方向性好等優(yōu)點(diǎn)， 在軍事領(lǐng)域以及民用的地理測繪等領(lǐng)域都有廣泛的應用。 由于激光雷達可以形成精度高達厘米級的 3D 環(huán)境地圖， 因此在 ADAS 及無(wú)人駕駛系統中具有重要作用。

　　激光雷達的原理與結構

　　與雷達原理相似，激光雷達使用的技術(shù)是飛行時(shí)間(TOF， Time of Flight)。具體而言，就是根據激光遇到障礙物后的折返時(shí)間，計算目標與自己的相對距離。激光光束可以準確測量視場(chǎng)中物體輪廓邊沿與設備間的相對距離，這些輪廓信息組成所謂的點(diǎn)云并繪制出3D環(huán)境地圖，精度可達到厘米級別，從而提高測量精度。

　　在A(yíng)DAS系統中，激光雷達通過(guò)透鏡、激光發(fā)射及接收裝置，基于TOF飛行時(shí)間原理獲得目標物體位置、移動(dòng)速度等特征數據并將其傳輸給數據處理器;同時(shí)，汽車(chē)的速度、加速度、方向等特征數據也將通過(guò)CAN總線(xiàn)傳輸到數據處理器;數據處理器對目標物體及汽車(chē)本身的信息數據進(jìn)行綜合處理并根據處理結果發(fā)出相應的被動(dòng)警告指令或主動(dòng)控制指令，以此實(shí)現輔助駕駛功能。

　　下圖展現的是谷歌無(wú)人駕駛公司W(wǎng)aymo在汽車(chē)上使用的激光雷達的布局：

　　激光雷達的分類(lèi)

　　激光雷達按有無(wú)機械旋轉部件分類(lèi)，包括機械激光雷達和固態(tài)激光雷達。機械激光雷達帶有控制激光發(fā)射角度的旋轉部件，而固態(tài)激光雷達則依靠電子部件來(lái)控制激光發(fā)射角度，無(wú)需機械旋轉部件。

　　機械激光雷達由光電二極管、MEMS反射鏡、激光發(fā)射接受裝置等組成，其中機械旋轉部件是指圖中可360°控制激光發(fā)射角度的MEMS發(fā)射鏡。

　　固態(tài)激光雷達與機械雷達不同，它通過(guò)光學(xué)相控陣列(OpticalPhasedArray)、光子集成電路(PhotonicIC)以及遠場(chǎng)輻射方向圖(FarFieldRadiationPattern)等電子部件代替機械旋轉部件實(shí)現發(fā)射激光角度的調整。

　　由于內部結構有所差別，兩種激光雷達的體積大小也不盡相同。機械激光雷達體積較大、價(jià)格昂貴、測量精度相對較高，一般置于汽車(chē)外部。固態(tài)激光雷達尺寸較小、性?xún)r(jià)比較高、測量精度相對低一些，但可隱藏于汽車(chē)車(chē)體內，不會(huì )破壞外形美觀(guān)。

　　根據線(xiàn)束數量的多少，激光雷達又可分為單線(xiàn)束激光雷達與多線(xiàn)束激光雷達。顧名思義，單線(xiàn)束激光雷達掃描一次只產(chǎn)生一條掃描線(xiàn)， 其所獲得的數據為2D數據，因此無(wú)法區別有關(guān)目標物體的3D信息。不過(guò)， 由于單線(xiàn)束激光雷達具有測量速度快、數據處理量少等特點(diǎn)， 多被應用于安全防護、地形測繪等領(lǐng)域。

　　多線(xiàn)束激光雷達掃描一次可產(chǎn)生多條掃描線(xiàn)，目前市場(chǎng)上多線(xiàn)束產(chǎn)品包括4線(xiàn)束、8線(xiàn)束、16線(xiàn)束、32線(xiàn)束、64線(xiàn)束等，其細分可分為2.5D激光雷達及3D激光雷達。2.5D激光雷達與3D激光雷達最大的區別在于激光雷達垂直視野的范圍，前者垂直視野范圍一般不超過(guò)10°，而后者可達到30°甚至40°以上，這也就導致兩者對于激光雷達在汽車(chē)上的安裝位置要求有所不同。

　　Velodyne激光雷達