無(wú)人駕駛即將爆發(fā)：激光雷達(dá)必不可少

　　2017年亞洲消費(fèi)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(xiàn)，此次眾廠商在無(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(jī)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(xiàn)無(wú)人駕駛必不可少的，尤其是激光雷達(dá)，更是重中之重。

　　激光雷達(dá)(LiDAR)是無(wú)人駕駛汽車(chē)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。

　　激光雷達(dá)的原理與結(jié)構(gòu)

　　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。

　　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(chē)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(chē)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。

　　下圖展現(xiàn)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(dá)的布局：

　　激光雷達(dá)的分類(lèi)

　　激光雷達(dá)按有無(wú)機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件分類(lèi)，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。

　　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。

　　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(OpticalPhasedArray)、光子集成電路(PhotonicIC)以及遠(yuǎn)場(chǎng)輻射方向圖(FarFieldRadiationPattern)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。

　　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(chē)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(chē)車(chē)體內(nèi)，不會(huì)破壞外形美觀。

　　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。

　　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(chē)上的安裝位置要求有所不同。

　　Velodyne激光雷達(dá)