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    自动驾驶系统眼睛-激光雷达

    时间:2021-04-29 07:28:16来源:佩佩美文网 本文已影响 佩佩美文网手机站

    自动驾驶系统的眼睛-激光雷达

    最近华为的自动驾驶系统在网上刷屏了,该自动驾驶系统着实让国人眼前一亮,让华为在国人心中的地位得到了进一步提升。那华为这套自动驾驶系统与特斯拉和其他自主品牌自动驾驶系统最大的区别在哪呢?从视频中搭载华为自动驾驶系统的车辆的前脸上,有三个显眼的激光雷达,今天小编就给大家介绍一下激光雷达的一些知识。

    激光雷达的定义

    激光雷达是工作在光频波段的雷达,它利用光频波段的电磁波先向目标发射探测信号,然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较,从而获得目标的位置(距离、方位和高度)、运动状态(速度、姿态)等信息,实现对目标的探测、跟踪和识别。

    激光雷达的分类

    激光雷达根据安装位置的不同可分为两大类:一类安装在无人驾驶汽车的四周,另一类安装在无人驾驶汽车的车顶。

    安装在无人驾驶汽车四周的激光雷达,其激光线束一般小于8线,常见的有单线激光雷达和四线激光雷达;安装在无人驾驶汽车车顶的激光雷达,其激光线束一般不小于16线,常见的有16线/32线/64线激光雷达。车载激光雷达普遍采用多个激光发射器和接收器,建立三维点云图,从而达到实时环境感知的目的。

    激光雷达的特点

    分辨率高 激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常激光雷达的角分辨率不低于0.1mard,也就是说可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标,并可同时跟踪多个目标;距离分辨率可达0.1m;速度分辨率能达到10m/s以内。

    探测范围广 探测距离可达300m左右。

    信息量丰富 可直接获取探测目标的距离、角度、反射强度、速度等信息,生成目标多维度图像。

    全天候工作 激光主动探测,不依赖于外界光照条件或目标本身的辐射特性,它只需发射自己的激光束,通过探测发射激光束的回波信号来获取目标信息;但容易受到大气条件以及工作环境烟尘的影响,且不具备摄像头能识别交通标志的功能。

    激光雷达系统的组成

    智能网联汽车激光雷达系统由收发天线、收发前端、信号处理模块、汽车控制装置和报警模块组成。

    收发天线 收发天线可安装于车辆保险杠内,向车辆前方发出发射信号,并接收反射信号。

    收发前端 收发前端是雷达系统的核心部件,负责信号调制、射频信号的发射接收及接收信号解调。

    信号处理模块 信号处理模块自动分析、计算出与前方车辆的距离和相对速度,并且防止转弯时错误测量临近车道车辆的情况发生。

    汽车控制装置 汽车控制装置是控制汽车的自动操作系统,达到自动减速慢速行车,或紧急刹车。通过限制发动机输出转矩、调节制动力及变速器挡位,控制汽车行驶速度。

    报警模块 根据设定的安全车距和报警距离,以适当方式给驾驶员报警,保障汽车安全行驶。

    激光雷达的测距原理

    激光雷达测距的基本原理是通过测算激光发射信号与激光回波信号的往返时间,从而计算出目标的距离。首先,激光雷达发出激光束,激光束碰到障碍物后被反射回来,被激光接收系统进行接收和处理,从而得知激光从发射至被反射回来并接收之间的时间,即激光的飞行时间,根据飞行时间,可以计算出障碍物的距离。根据所发射激光信号的不同形式,激光测距方式可分为脉冲法激光测距和相位法激光测距两大类。

    脉冲法激光测距 脉冲法是通过激光雷达的发射器发出脉冲激光照射到障碍物后会有部分激光反射回来,由激光雷达的接收器接收。同时激光雷达内部可以记录发射和接收的飞行时间间隔,根据光速可以计算出要测量的距离。

    相位法激光测距 相位法由激光发射器发出强度调制的连续激光信号,照射到障碍物后反射回来,测量光束在往返中会产生相位的变化,通过计算激光信号在雷达与障碍物之间来回飞行产生的相位差,换算出障碍物的距离。

    激光雷达的类型

    激光雷达按有无机械旋转部件,可分为机械激光雷达、固态激光雷达和混合固态激光雷达。

    机械激光雷达 机械激光雷达带有控制激光发射角度的旋转部件,体积较大,价格昂贵,测量精度相对较高,一般置于汽车顶部。

    固态激光雷达 固态激光雷达则依靠电子部件来控制激光发射角度,无须机械旋转部件,故尺寸较小,可安装于车体内。

    混合固态激光雷达 混合固态激光雷达没有大体积旋转结构,采用固定激光光源,通过内部玻璃片旋转的方式改变激光光束方向,实现多角度检测的需要,并且采用嵌入式安装。

    根据线束数量的多少,激光雷达又可分为单线束激光雷达与多线束激光雷达。

    单线束激光雷达 单线束激光雷达扫描一次只产生一条扫描线,其所获得的数据为2D数据,因此无法区别有关目标物体的3D信息。但由于单线束激光雷达具有测量速度快、数据处理量少等特点,多被应用于安全防护、地形测绘等领域。

    多线束激光雷达 多线束激光雷达扫描一次可产生多条扫描线。目前市场上多线束激光雷达产品包括4线束、8线束、16线束、32线束、64线束等,其细分可分为2.5D激光雷达及3D激光雷达。2.5D激光雷达与3D激光雷达最大的区别在于激光雷达垂直视野的范围,前者垂直视野范围一般不超过10°,而后者可达到30°甚至40°以上,这也就导致两者对于激光雷达在汽车上的安装位置要求有所不同。

    激光雷达的应用

    激光雷达具有高精度电子地图和定位、障碍物识别、可通行空间检测、障碍物轨迹预测等功能。

    高精度电子地图和定位 利用多线束激光雷达的点云信息与车载组合惯导采集的信息,进行高精度电子地图制作。无人驾驶汽车利用激光点云信息与高精度电子地图匹配,以此实现高精度定位。

    障碍物识别 利用高精度电子地图限定感兴趣区域(ROI)后,根据障碍物特征和识别算法,进行障碍物检测与识别。

    可通行空间检测 利用高精度电子地图限定ROI后,可以对ROI内部(比如可行驶道路和交叉口)点云的高度及连续性信息判断点云处是否可通行。

    障碍物轨迹预测 根据激光雷达的感知数据与障碍物所在车道的拓扑关系(道路连接关系)进行障碍物的轨迹预测,以此作为无人驾驶汽车规划(避障、换道、超车等)的判断依据。

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