無人駕駛之激光雷達深度剖析（二）

Lidar是通過發射激光束來探測目標位置、速度等特征量的雷達系統，具有測量精度高、方向性好等優點，具體如下：

1、具有極高的分辨率

激光雷達工作于光學波段，頻率比微波高2～3個數量級以上，因此，與微波雷達相比，激光雷達具有極高的距離分辨率、角分辨率和速度分辨率；

2、抗干擾能力強

激光波長短，可發射發散角非常小（μrad量級）的激光束，多路徑效應小（不會形成定向發射，與微波或者毫米波產生多路徑效應），可探測低空/超低空目標；

3、獲取的信息量豐富

可直接獲取目標的距離、角度、反射強度、速度等信息，生成目標多維度圖像；

4、可全天時工作

激光主動探測，不依賴于外界光照條件或目標本身的輻射特性。它只需發射自己的激光束，通過探測發射激光束的回波信號來獲取目標信息。

但是激光雷達最大的缺點——容易受到大氣條件以及工作環境的煙塵的影響，要實現全天候的工作環境是非常困難的事情。

激光雷達的原理與結構

與雷達原理相似，激光雷達使用的技術是飛行時間（TOF， Time of Flight）。具體而言，就是根據激光遇到障礙物后的折返時間，計算目標與自己的相對距離。激光光束可以準確測量視場中物體輪廓邊沿與設備間的相對距離，這些輪廓信息組成所謂的點云并繪制出3D環境地圖，精度可達到厘米級別，從而提高測量精度。

想象一下，當發出光脈沖時啟動秒表，然后當光脈沖（從遇到的第一個物體反射出來）返回時停止計時器。通過測量激光的“飛行時間”，并且知道脈沖行進的速度，就可以計算距離。光以每秒30萬千米的速度傳播，因此需要非常高精度的設備來產生關于距離的數據。

為了產生完整的點云，傳感器必須能夠非常快速地對整個環境進行采樣。激光雷達能夠做到這一點的一種方式是通過在單個發射器/接收器上使用非常高的采樣率。 每個發射器每秒發射數萬或數十萬個激光脈沖。這意味著，多達100000個激光脈沖在1秒內完成從激光器單元上的發射器到被測量的物體的往返行程，并返回到激光雷達單元上位于發射器附近的接收器。

然而，固定線不足以映射整個環境——它只是在非常集中的區域給出非常清晰的分辨率。因此，許多激光雷達系統使用旋轉組件或旋轉鏡來使線圍繞環境進行360度掃描。常見的策略包括使單個發射器和接收器向上或下偏轉使激光器視野覆蓋范圍更大。 例如，Velodyne的64線激光雷達系統具有26.8度的垂直視角（通過旋轉使其擁有360的度水平視角）。這個激光雷達可以從50米開外看到一個12米高的物體的頂部。

下圖中可以看到，距離激光雷達的遠近不同，點云的疏密程度也不相同，這是由于數據保真度隨著距離而下降。雖然它不是完美的，但是較高分辨率可用于較近的物體，因為隨著到傳感器的距離增加，發射器之間的角度（例如，2度）會導致這些點帶之間的間隔更大。

在ADAS系統中，激光雷達通過透鏡、激光發射及接收裝置，基于TOF飛行時間原理獲得目標物體位置、移動速度等特征數據并將其傳輸給數據處理器；同時，汽車的速度、加速度、方向等特征數據也將通過CAN總線傳輸到數據處理器；數據處理器對目標物體及汽車本身的信息數據進行綜合處理并根據處理結果發出相應的被動警告指令或主動控制指令，以此實現輔助駕駛功能。