无人驾驶即将爆发:激光雷达必不可少

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2017年亚洲消费类电子产品展览会(CES Asia 2017)于北京时间2017年6月7日至9日在上海举办。我们不难发现,此次众厂商在无人驾驶方面的布局有所增加,宝马公司以及英特尔公司也分别开展了试驾活动和无人机的展示。我们可以肯定的是,无人驾驶是汽车的未来,但众多传感器是实现无人驾驶必不可少的,尤其是激光雷达,更是重中之重。

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。

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。

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。

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。

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

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