国产激光雷达,轮式移动机器人的裸眼3D
汽车自动驾驶技术的出现,让"上车即睡下车到达"不再是公共交通或是科幻电影的专利,虽然此前特斯拉等品牌的自动驾驶汽车带来的体验并不美好,但并不能阻挡汽车智能自动驾驶的探索脚步,我国国产激光雷达的上车应用,成为了全球范围内的"阶段性领跑",开启了真正的自动驾驶时代。
轮式移动机器人的眼睛
自动驾驶汽车(Autonomous vehicles;Self-driving automobile )又称无人驾驶汽车、电脑驾驶汽车,它还有个更科技化的名字,就是轮式移动机器人,是一种通过电脑系统实现无人驾驶的智能汽车。在20世纪已有数十年的历史,21世纪初呈现出接近实用化的趋势。
自动驾驶汽车依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作,让电脑可以在没有任何人类主动的操作下,自动安全地操作机动车辆。 我们都知道,汽车要实现安全驾驶,有两方面的因素必不可少,一个是驾驶员的技术、经验、判断的内在因素,在自动驾驶汽车上,可以理解为拥有人工智能、视觉计算、全球定位系统等的电脑主控系统,另一个重要的因素就是驾驶员的眼睛所看到收集到的路况信息,在自动驾驶领域,就是汽车通过视频摄像头、雷达传感器以及激光测距器了解到的周围交通状况。
当然实际的交通状况非常复杂,而且随时可能发生突发情况,这就要求自动驾驶汽车在感知方面必须细致全面,如果信息获取感知不够准确全面及时,就会造成电脑判断失误引发事故。以特斯拉为例,由于激光雷达成本高,特斯拉的自动驾驶汽车并没有使用,而是主要以摄像头与毫米波雷达相互配合来感知车辆周围的情况,由于毫米波雷达发出的波频率较低,收集到的信息较少,成像不清晰,路况观测不准,就会导致电脑判断失误发生事故。
激光雷达因其频率较高监测准确,就可以很好地弥补这些不足,再与摄像头、毫米波雷达配合作用,成为汽车犀利的"第三只眼睛",极大地提高了自动驾驶的安全性。
雷达与激光雷达
对于雷达我们并不陌生,随着我国航天航空事业的发展,那句"东风光学USB雷达跟踪正常!"常让人们欢呼雀跃,还有普及率极高的倒车雷达等,都是雷达在人类发展史与实际生活中的应用实例。
雷达,是英文Radar的音译,源于radio detection and ranging的缩写,意思为"无线电探测和测距",即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此,雷达也被称为"无线电定位"。雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标,且不受雾、云和雨的阻挡,具有全天候、全天时的特点,并有一定的穿透能力。因此,它不仅成为军事上必不可少的电子装备,也广泛应用于社会经济发展和科学研究等各领域。
雷达的种类非常多,分类的方法也非常复杂,可以按照雷达的用途分类,如预警雷达;按照信号形式分类,如连续波雷达;按照角跟踪方式分类,如单脉冲雷达;按照目标测量的参数分类,如测高雷达等等,而激光雷达则是雷达按照频段分类出来的一种,此外还有超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达等。
激光雷达(Laser Radar),是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数。
激光雷达对自动驾驶的优势
与普通微波雷达相比,激光雷达具有高精度、高分辨率的优势,同时具有建立周边3D模型的前景,如同汽车的"裸眼3D",应用在自动驾驶上优势明显。
分辨率高
分辨率高,是激光雷达的最显著的优点,很多应用都是基于此优点得以展开。激光雷达可以获得极高的角度、距离和速度分辨率。通常角分辨率不低于0.1mard即可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标,这是微波雷达无法办到的,并可同时跟踪多个目标;距离分辨率可达0.lm;速度分辨率能达到10m/s以内,这些意味着可以利用多谱勒成像技术获得目标的清晰图像。
抗干扰能力强
激光直线传播、方向性好,与微波雷达易受电磁波影响的情况不同,自然界中能对激光雷达起干扰作用的信号源不多,因此激光雷达抗有源干扰的能力很强,能够更好的适应复杂的路况环境。
可以"零高度"工作
微波雷达会受到各种地物回波的影响,在低空区域存在一定的盲区即无法探测的区域。而激光雷达,因其直线方向性特点,只有被照射的目标才会产生反射,完全不存在地物回波的影响,因此可以"零高度"工作,低空探测性能更好。
轻便小巧易操作
激光雷达轻便、小巧,发射口径一般只有厘米级,整套系统的质量与体积都更小,而且激光雷达的结构相对简单,维修方便,操纵容易。
弥补摄像头的不足
与摄像头相比,激光雷达不受白天黑夜等光线变化的干扰,并能轻易获取三维信息及近距离的横向视觉盲区信息;有效距离也远于摄像头;车辆低速状态下,在目标物的识别和分类方面,激光雷达要优于摄像头;直接通过点云进行密度较高的绘制,无需再进行二次转化。
2022年是国内激光雷达上车元年
车载激光雷达的广泛应用,使自动驾驶技术更加安全成熟,尤其2022年,多家汽车企业加速入局,让今年成为划时代的国内激光雷达上车元年。
随着消费者对自动驾驶的关注提升,各企业加大研发力度,激光雷达成本降下来民用,使激光雷达技术逐渐成为下一个风口。去年全球激光雷达领域融资138亿,其中我国该领域投资金额为50.89亿。今年搭载激光雷达上市的车型接近20款,中国车企占了一半以上,我国自主激光雷达公司已经在量产车上实现了超越,可以说国产自主激光雷达技术已经实现了在全球范围内的"阶段性领跑",汽车的自动驾驶趋势也已经势不可挡。
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