19车辆技术激光雷达技术及其在自动驾驶领域的应用
梁冬梅
（一汽解放汽车有限公司柳州分公司，广西 柳州 545006） 摘 要：激光雷达是一项主动式的现代光学测量技术，将传统雷达技术与激光技术相结合形成的新技术。由于激光具有高亮度性、高方向性、高单性和高相干性等特点，因此激光雷达具有一系列独特的优点：角分辨率高、距离分辨率高、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强。鉴于此，本文对激光雷达技术及其在自动驾驶领域的应用进行分析，以供参考。
关键词：激光雷达；自动驾驶；应用
0 引言
在与不在 自动驾驶技术综合了当今汽车电子、传感器、计算机及人工智能技术，为当今汽车技术革的前沿和研究热点之一，其技术突破必将为现代汽车技术带来革命性的变化，从根本上解放驾驶员，极大提高驾驶舒适性、安全性、可靠性，必将产生强大市场竞争力，成为汽车经济新的增长点。在对汽车自动驾驶理念
、组成、原理和关键技术深刻认识基础上，运用系统化、集成化、模块化等先进理念开发，必将促进汽车自动驾驶技术的大发展，为汽车工业繁荣迎来光明的未来。
1 激光雷达分析
激光雷达工作时，首先由发射机发射一束特定功率的激光束，经过空气传输辐射到目标表面上，反射的回波由接收装置接收，再对回波信号进行处理，提取有用信息。通过测量反射、散射回波信号的时间间隔、频率变化、波束所指方向等就可以确定目标的距离、方位和速度等信息，然后结合激光器本身的位置信息和姿态角度信息，准确计算出目标表面回波点的三维坐标。若激光束不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。至于目标的径向速度，可以由反射光的多普勒频移来确定。 （1）数据密度大。激光波束窄，探测次数多，因而采集数据量更大。每秒可测量数十万个点，对真实物体表面(如地面)的还原和建模带来极大方便。同时，可调节点采集间隔，大大提高了适用性和工作效率。
（2）植被穿透能力强。激光在植被中传播时，可以在树冠、树枝、地面等多个高程发生反射，从而得到多次回波数，这是其他雷达所不具备的优势。特别是得到的地面回波数据，有效克服了植被影响，使精确探测地面真实地形成为可能。
（3）体积小、重量轻、作业效率高。激光雷达发射口径只有几厘米，重量小的可以单人手持使用，相较其他雷达设备要轻便、灵巧得多，不但可以大量节约人力、物力资源，而且可以使工作变得更加简单快捷，可应用的领域也更广。
2 自动驾驶关键技术
（1）环境感知技术。环境感知技术就像人类驾驶员“眼睛”、“耳朵”的作用，分为宏观环境感知、周围环境感知和行驶状态信息感知。宏观环境感知主要利用V2X和5G网络等获取汽车所处的交通环境信息（地图、行驶路线、车辆人流密度分布等）；周围环境感知利用摄像机、激光雷达、毫米波雷达、超声波等车载传感器获取限制物、障碍物信息（前后其他车辆、人流、周围建筑物、构筑物等）；行驶状态信息感知主要是汽车自身的速度、加速度、油门、功率等汽车自身状态信息传感器获取的信息。
（2）高精地图与车联网V2X。高精地图精度比传统地图高十倍以上，可以达到厘米级精度，提供的车辆位置信息、路面特征信息、道路数据信息更加精确。同时，高精地图为实时地图，能够及时适应道路路网的变化。V2X即VehicletoX，其中V即车辆，X是未知量，可以表示基础设施、行人、互联网、车辆等，衍生出V2N(车-互联网）、V2V(车-车）、V2I(车-基础设施）和V2P(车-行人）四类互联互通技术。3 激光雷达的应用
（1）大气环境监测中的应用。由于激光器具有探测波长、光束定向强和能量密度高的特点，因此最
初广泛地用于测量大气参数，如云高和密度、云粒特性、微量气体浓度、温度和湿度、气压、风场等。气象激光雷达包括弹性反向散射激光雷达、差分吸收激光雷达、拉曼激光雷达和多普勒激光雷达。其使用形式分为底座(Ground-based)和机载(Air-borne)。在激光雷达位于地面时，首先可以利用大气反向散射直接测量云粒和气溶胶的分布，其次，在特殊波长和极化情况下，可以测量风场或滚子热晶状态，此外，还可以通过测量反向散射光的频率来测量光束方向的温度和风速。机载激光雷达通常采用差分吸收法调制波长到可测量气体成分的激光吸收线，使用两个或两个以上的波长接近间隔，分解地球表面反射率以及其他传输损失，测量地球表面与不同激光波长相碰撞的表面反射率，从而确定大气中相关气体成分的混合比例，这通常用于测量二氧化碳、甲烷、臭氧等气体。
张茹雅 （2）智能汽车及智慧交通领域中的应用。激光雷达在智能车辆的辅助驾驶和安全方面发挥了重要作用，包括自动停车系统、自动游船系统、辅助紧急制动系统、无人驾驶系统等。在自动停车系统中，激光雷达安装在车顶或车身上，为期四周，用于检测停车位、观察周围车辆和其他障碍物，从而确保车辆控制决策系统的环境输入。在无人驾驶系统中，环境感知需要整合多个传感器的数据，激光雷达为制作高精度三维自动驾驶图提供了重要和详细的环境信息。在智能运输领域，激光雷达用于交通监测系统、交通执法系统、自动电子支付系统。利用激光雷达进行交通监测可以获得比视频监测更精确的交通点云数据，通过分析大量交通数据智能控制交通信号，调度车流。
冬芹
白嘉轩4 结束语
目前市场上激光雷达产品种类众多，按激光扫描线数可分为单线激光雷达和多线激光雷达，按雷达扫描原理分为旋转式激光雷达和固态激光雷达。其中单线激光雷达主要应用于服务机器人，如常见的扫地机器人，其具有扫描速度快、可靠性高、分辨率强、成本低等优点，但由于单线激光雷达只具有单频点激光的单路发射器和单路接收器，且多采用机械旋转式扫描，在应用中有一定局限性，不适合复杂场景。而多线激光雷达具有多激光光束，且多采用非机械扫描的固态相控阵扫描方式，具有更强的环境感知能力。多线激光雷达主要应用于无人驾驶汽车，可以实现实时多物体运动轨迹跟踪，获取周围环境点云构建3D环境模型。但是目前激光雷达较高的技术壁垒和成本价格，使其市场推广和产品落地受阻。激光雷达的成本控制是其未来发展的主要趋势，未来更多供应商的加入势必会推动激光雷达解决方案的落地，以及成本的降低。
参考文献：
[1]刘建伟.多路径激光雷达三维数据处理技术研究[D].电子科技大学,2018.
[2]黄伟.自动驾驶汽车传感器技术产业分析[J].信息通信技术与政策,2018(08):40-44.足球怪史
[3]杨艳，高玉英.智能网联产业链分析——激光雷达成关键部件[J].汽车与配件,2018(18):56-61.
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议