LiDAR技术介绍
- 传统雷达以微波作为载波的雷达,大约出现在1935年
- 雷达按频段可分为:超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等
- 角分辨率和距离分辨率高
- 抗干扰能力强
- 能获得目标多种图像信息(深度、反射率等)
- 体积小,质量轻
- 探测反射率信息,这一点在做无人驾驶中的车道线信息识别非常重要
- 发射单元,激光器、发射光学系统。发射激光束探测信号
- 接收单元,接收光学系统、光学虑光装置、光电探测器。接收反射的激光信号,即回波信号
- 控制单元,控制器、逻辑电路。控制激光激发、信号接收及系统工作模式
- 信号处理单元,信号处理、数据校准与输出。光电转换,信号分析,数据获取
- 最大辐射功率
- 第一重要的参数,首先看是否得到安全认证,是否需要做防护
- 水平视场
- 机械式雷达360度旋转,水平全视角
- 垂直视场
- 一般16线俯仰角30度,从-15度到15度,应用最多、最广泛
- 光源波长
- 光学参数,纳米参数
- 最远测量距离
- 是否满足长距离探测
- 测量时间/帧频率
- 雷达返回一圈的时间
- 纵向分辨率和水平分辨率
- 对算法影响大,精度越高价值越贵,满足应用的情况下,选性价比高的
- 测距精度
- 厘米级已经满足无人驾驶的应用场景
- 激光器种类很多,性能各异,需要综合考虑各种因素后加以选择
- 考虑因素包括:波长、大气传输特性、功率、光束截面、发散角、信号形式、平台限制(体积、重量和功耗)、对人眼安全程度、可靠性、成本和技术成熟程度等
- 探测器:能把光辐射转换成一种便于测量(电压或电流)的物理量器件。有如下关键参数
- 探测技术
- 直接探测(能量探测)
- 发射光学系统
- 准直镜解决激光器准直输出问题
- 扩束镜解决进一步压缩激光发散角问题
- 辅助光学系统解决激光束偏振太控制、光隔离等问题
- 接收光学系统
- 大气消光特性
- 分子吸收具有非常强的光谱选择特性,其中水蒸气、二氧化碳和臭氧是主要吸收分子
- 对于激光雷达来讲,常用的位于大气窗口的波长有~1.5μm,~1μm,0.85μm,和0.78μm波段
- 分子散射也称为瑞利散射,它与大气浓度和入射光波长相关
- 目标特性
- 也称为立方角锥棱镜,实际上它是由3个镀有反射膜且互相垂直的反射面构成的四面体,相当于是从一个立方体切下来的一个角
- 出射光与入射光平行,但方向相反,属于合作目标,广泛应用于月球和卫星的激光定位、宇宙飞船的对接系统及大地测量
- 是指散射光强遵循朗伯余弦定律的表面,确切地说,从材料表面任何给定方向上反射的光强(单位立体角通量)正比于该方向与表面法线之间夹角的余弦
- 根据激光雷达截面积大小,分为点目标、大目标、扩展目标
- 光学散射效应:拉曼散射、米散射、瑞利散射
- 雷达截面积与激光束穿透溶胶的传输损耗密切相关
- 机械旋转
- 多线性,探测器与激光器一一对应
- 不同激光器发射光束经光学透镜后成一定夹角出射
- MEMS型
- 光学相控阵(全固态)
- 扫描速度快:一般可以达到MHz量级以上
- 扫描精度高:可以做到μrad(千分之一度)量级以上
- 可控性好:可以在感兴趣的目标区域进行高密度的扫描,这对于自动驾驶环境感知非常有用
- 易形成旁瓣,影响光束作用距离和角分辨率,干涉效果易形成旁瓣,使得激光能量被分散
- 加工难度高:光学相控阵要求阵列单元尺寸必须不大于办个波长
- Flash型
- 无扫描器件,成像速度快
- 集成度高,体积小
- 芯片级工艺,适合量产
- 激光功率受限,探测距离近
- 抗干扰能力差
- 角分辨率低
- 无法实现360°成像
- 接收信号噪声种类
- 输出点云中每个点包含4个物理量:X、Y、Z、Intensity
- Intensity校准技术
- 返回至激光雷达的反射光功率随着距离的平方而线性衰减
- 返回至激光雷达的反射光经接收透镜成像在单点探测器的位置和距离有关
- 应用领域
- 无人驾驶
- 驱动
- 外参指标
- 时间同步
- 多雷达融合
- 与其它传感器的融合(相机、IMU、Radar等)
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