探測距離,激光雷達標稱的較遠探測距離一般為150-200m,實際上距離過遠的時候,采樣的點數(shù)會明顯變少,測量距離和激光雷達的分辨率有著很大的關系。以激光雷達的垂直分辨率為0.4°較遠探測距離為200m舉例,在經(jīng)過200m后激光光束2個點之間的距離為,也就是說只能檢測到高于1.4m的障礙物。如下圖10所示。如果要分辨具體的障礙物類型,那么需要采樣點的數(shù)量更多,因此激光雷達有效的探測距離可能只有60-70m。增加激光雷達的探測距離有2種方法,一是增加物體的反射率,二是增加激光的功率。物體的反射率是固定的,無法改變,那么就只能增加激光的功率了。但是增加激光的功率會損傷人眼,只能想辦法增加激光的波長,以避開人眼可見光的范圍,這樣可以適當增大激光的功率。探測距離是制約激光雷達的另一個障礙,汽車在高速行駛的過程中越早發(fā)現(xiàn)障礙物,就越能預留越多的反應時間,從而避免交通事故。通過分析激光雷達數(shù)據(jù),研究人員能夠精確評估環(huán)境變化。北京車載激光雷達
目前激光雷達廠商主要使用波長為 905nm 和 1550nm 的激光發(fā)射器,波長為 1550nm 的光線不容易在人眼液體中傳輸,這意味著采用波長為 1550nm 激光的激光雷達的功率可以相當高,而不會造成視網(wǎng)膜損傷。更高的功率,意味著更遠的探測距離,更長的波長,意味著更容易穿透粉塵霧霾。但受制于成本原因,生產(chǎn)波長為1550納米的激光雷達,要求使用昂貴的砷化鎵材料。廠商更多選擇使用硅材料制造接近于可見光波長的 905nm 的激光雷達,并嚴格限制發(fā)射器的功率,避免造成眼睛的長久性損傷。吉林覓道Mid-360激光雷達港口激光雷達通過測量船只與碼頭的相對位置,為港口物流的自動化和安全性提供了重要的支持。
激光雷達按照測距方法可以分為飛行時間(TimeofFlight,ToF)測距法、基于相干探測FMCW測距法、以及三角測距法等,其中ToF與FMCW能夠?qū)崿F(xiàn)室外陽光下較遠的測程(100~250m),是車載激光雷達的好選擇方案。ToF是目前市場車載中長距激光雷達的主流方案,未來隨著FMCW激光雷達整機和上游產(chǎn)業(yè)鏈的成熟,ToF和FMCW激光雷達將在市場上并存。根據(jù)激光雷達按測距方法分類:ToF法:通過直接測量發(fā)射激光與回波信號的時間差,基于光在空氣中的傳播速度得到目標物的距離信息,具有響應速度快、探測精度高的優(yōu)勢。FMCW法:將發(fā)射激光的光頻進行線性調(diào)制,通過回波信號與參考光進行相干拍頻得到頻率差,從而間接獲得飛行時間反推目標物距離。FMCW激光雷達具有可直接測量速度信息以及抗干擾(包括環(huán)境光和其他激光雷達)的優(yōu)勢。
優(yōu)劣勢分析:優(yōu)點:FLASH激光雷達較大的優(yōu)勢在于可以一次性實現(xiàn)全局成像來完成探測,且成像速度快。體積小,易安裝,易融入車的整體外觀設計。設計簡潔,元件極少,成本低。信號處理電路簡單,消耗運算資源少,整體成本低。刷新頻率可高達3MHz,是傳統(tǒng)攝像頭的10萬倍,實時性好,因此易過車規(guī)。缺點:不過FLASH激光單點面積比掃描型激光單點大,因此其功率密度較低,進而影響到探測精度和探測距離(低于50米)。要改善其性能,需要使用功率更大的激光器,或更先進的激光發(fā)射陣列,讓發(fā)光單元按一定模式導通點亮,以取得掃描器的效果。激光雷達的分辨率高,能夠捕捉到細微的目標特征。
目前的激光雷達,不光只有光探測與測量,更是一種集激光、全球定位系統(tǒng)(GPS)和IMU(InertialMeasurementUnit,慣性測量裝置)三種技術(shù)于一身的系統(tǒng),用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM(數(shù)字高程模型)。這三種技術(shù)的結(jié)合,可以高度準確地定位激光束打在物體上的光斑,測距精度可達厘米級,激光雷達較大的優(yōu)勢就是"精確"和"快速、高效作業(yè)"。隨著激光雷達技術(shù)的進步與發(fā)展,星載激光雷達的研制和應用在20世紀90年代逐步成熟。2003年,NASA根據(jù)早先提出的采用星載激光雷達測量兩極地區(qū)冰面變化的計劃,正式將地學激光測高儀列入地球觀測系統(tǒng)中,并將其搭載在冰體、云量和陸地高度監(jiān)測衛(wèi)星上發(fā)射升空運行。激光雷達在建筑施工中用于精確測量和定位。廣東港口激光雷達
激光雷達在考古發(fā)掘中用于繪制遺址的三維模型。北京車載激光雷達
隨著廠商不斷加大研發(fā)投入和技術(shù)升級,激光雷達產(chǎn)品性能不斷提升。華為、大疆跨界入局轉(zhuǎn)鏡/棱鏡式半固態(tài)方案推動了整個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,為激光雷達持續(xù)加碼。隨著制造工藝的升級和規(guī)模經(jīng)濟逐步顯現(xiàn),未來激光雷達有望下探至商業(yè)化量產(chǎn)水平。下游主要應用領域為無人駕駛和高級輔助駕駛,市場前景廣闊。縱觀整個激光雷達的發(fā)展歷史,一個產(chǎn)業(yè)的發(fā)展離不開科技+資本的密切配合。誠然,頭部的企業(yè)已經(jīng)走在前面,他們擁有更強的技術(shù)壁壘,吸引著更多的資本的目光。北京車載激光雷達