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          激光雷達(dá):從光電技術(shù)角度看自動(dòng)駕駛

          作者: 時(shí)間:2018-04-18 來(lái)源:濱松 收藏

            掃描有幾種方式。第一種方式,以Velodyne為例(San Jose, CA),在頂部安裝平臺(tái),該雷達(dá)以300~900 rpm的速度旋轉(zhuǎn)并發(fā)射出64路905 nm激光的脈沖。每束光束都有一個(gè)對(duì)應(yīng)的雪崩光電二極管(APD)探測(cè)器。較類似的另一方法是使用旋轉(zhuǎn)的多面鏡,每個(gè)面的傾斜角度略有不同,從而以不同的方位角和斜角引導(dǎo)反射單個(gè)脈沖光束。這兩種設(shè)計(jì)中的機(jī)械運(yùn)動(dòng)部件都有外部駕駛環(huán)境惡劣時(shí)的故障風(fēng)險(xiǎn)。

          本文引用地址:http://www.ex-cimer.com/article/201804/378522.htm

            

          激光雷達(dá):從光電技術(shù)角度看自動(dòng)駕駛

            濱松新型百米級(jí)探測(cè)器

            16ch 硅APD S14137-01CR

            第二種更緊湊的掃描激光雷達(dá),其方法是使用一個(gè)微型微機(jī)電系統(tǒng)(MEMS)振鏡,以二維的方向電引導(dǎo)出一束或多束光束。雖然在技術(shù)上仍然有運(yùn)動(dòng)部件(振蕩鏡),但振蕩的幅度很小,頻率也很高,足以防止MEMS振鏡和汽車之間的機(jī)械共振。然而,振鏡的幾何尺寸限制了它的振蕩幅度,這就使得視角變得有限——這是MEMS方法的一個(gè)缺點(diǎn)。然而,這種方法由于成本低、可實(shí)現(xiàn)度高而受到人們的關(guān)注。

            

          激光雷達(dá):從光電技術(shù)角度看自動(dòng)駕駛

            濱松最新MEMS Mirror產(chǎn)品

            在今年的慕尼黑上海光博會(huì)2018中展出

            光學(xué)相控陣列(OPA)技術(shù),是第三種參與競(jìng)爭(zhēng)的激光雷達(dá)技術(shù),它以可靠的“固定部件”設(shè)計(jì)而日益流行。它由相干光照明的光學(xué)天線組成的陣列構(gòu)成。光束轉(zhuǎn)向是通過(guò)獨(dú)立地控制每個(gè)單元發(fā)光時(shí)的相位和振幅來(lái)實(shí)現(xiàn),從而于遠(yuǎn)場(chǎng)處干涉產(chǎn)生理想照明方向,實(shí)現(xiàn)從單光束到多光束的變化。不幸的是,光的損失限制了各種OPA組件的可用范圍。

            閃光激光雷達(dá)將目標(biāo)場(chǎng)景中充滿光,而照明區(qū)域與探測(cè)器的視場(chǎng)相匹配。探測(cè)器是探測(cè)光學(xué)焦平面上的APDs陣列。每個(gè)APD獨(dú)立測(cè)量其上圖像目標(biāo)特征的ToF。這是一種真正的“不移動(dòng)部件”的方法,其中切線方向(垂直、水平)分辨率受到二維探測(cè)器像素尺寸的限制。

            然而,閃光激光雷達(dá)的主要缺點(diǎn)是回波光子數(shù)量:一旦距離超過(guò)數(shù)十米,返回光的數(shù)量就太少,無(wú)法進(jìn)行可靠的探測(cè)。如果不是直接用光覆蓋所有探測(cè)環(huán)境而是采用結(jié)構(gòu)光的形式(例如點(diǎn)陣形式),且犧牲一定的切線分辨率,則可以提高回波光強(qiáng)度。此外,垂直腔面發(fā)射激光器(VCSELs)使得在不同方向同時(shí)發(fā)射數(shù)千束光束的出射成為可能。

            

          激光雷達(dá):從光電技術(shù)角度看自動(dòng)駕駛

            濱松可用于激光雷達(dá)的光半導(dǎo)體探測(cè)器對(duì)比

            擺脫ToF法的限制

            ToF激光雷達(dá)由于其回波脈沖較弱、探測(cè)部分電子學(xué)設(shè)計(jì)的寬帶較寬而容易受到噪聲的影響,而閾值觸發(fā)則會(huì)產(chǎn)生Δt的測(cè)量誤差。因此,調(diào)頻連續(xù)波(FMCW)激光雷達(dá)是一種很有意義的替代方法。

            在FMCW雷達(dá)或啁啾調(diào)制雷達(dá)中,天線連續(xù)發(fā)射頻率被調(diào)制的無(wú)線電波。例如,隨著時(shí)間T從?0線性增加到?max,然后隨著T從?max線性減小至?0。如果波在一定距離內(nèi)的移動(dòng)物體上反射回發(fā)射點(diǎn),其瞬時(shí)頻率將與該瞬間發(fā)射的無(wú)線電波不同。這一差別由兩個(gè)因素導(dǎo)致:到物體的距離及其相對(duì)徑向速度。可以通過(guò)電子測(cè)量方法得到頻差,同時(shí)計(jì)算物體的距離和速度(見(jiàn)下圖)。

            

          激光雷達(dá):從光電技術(shù)角度看自動(dòng)駕駛

            在啁啾雷達(dá)中,通過(guò)電子測(cè)量fB1和fB2,可以確定與反射目標(biāo)的距離及其徑向速度。

            在啁啾雷達(dá)的啟發(fā)下,F(xiàn)MCW激光雷達(dá)可以通過(guò)不同的方式獲得。在最簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)中,人們可以啁啾地調(diào)節(jié)照亮目標(biāo)的光強(qiáng)。這個(gè)頻率受FMCW雷達(dá)載波頻率的相同規(guī)律(例如多普勒效應(yīng))的影響,返回的光被光探測(cè)器探測(cè)到并恢復(fù)調(diào)制頻率,輸出被放大并與本身振蕩頻率混頻從而允許測(cè)量頻移,并由此計(jì)算出目標(biāo)的距離及其速度。

            但是FMCW激光雷達(dá)有一定的局限性,與ToF激光雷達(dá)相比,它需要更多的計(jì)算能力,因此在生成全三維環(huán)繞圖時(shí)速度較慢,而且測(cè)量精度對(duì)啁啾時(shí)調(diào)制時(shí)的線性度程度非常敏感。

            雖然設(shè)計(jì)一種功能完善的激光雷達(dá)系統(tǒng)具有挑戰(zhàn)性,但這些挑戰(zhàn)都不是不可克服的。隨著研究的繼續(xù),我們?cè)絹?lái)越接近于大多數(shù)汽車生產(chǎn)結(jié)束后就能夠完全自動(dòng)化的時(shí)代。


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