最近華為的自動駕駛系統(tǒng)在網上刷屏了，該自動駕駛系統(tǒng)著實讓國人眼前一亮，讓華為在國人心中的地位得到了進一步提升。那華為這套自動駕駛系統(tǒng)與特斯拉和其他自主品牌自動駕駛系統(tǒng)最大的區(qū)別在哪呢?從視頻中搭載華為自動駕駛系統(tǒng)的車輛的前臉上，有三個顯眼的雷達" target="_blank">激光雷達，今天小編就給大家介紹一下激光雷達的一些知識。
激光雷達的定義
激光雷達是工作在光頻波段的雷達，它利用光頻波段的電磁波先向目標發(fā)射探測信號，然后將其接收到的同波信號與發(fā)射信號相比較，從而獲得目標的位置(距離、方位和高度)、運動狀態(tài)(速度、姿態(tài))等信息，實現(xiàn)對目標的探測、跟蹤和識別。
激光雷達的分類
激光雷達根據(jù)安裝位置的不同可分為兩大類：一類安裝在無人駕駛汽車的四周，另一類安裝在無人駕駛汽車的車頂。
安裝在無人駕駛汽車四周的激光雷達，其激光線束一般小于8線，常見的有單線激光雷達和四線激光雷達;安裝在無人駕駛汽車車頂?shù)募す饫走_，其激光線束一般不小于16線，常見的有16線/32線/64線激光雷達。車載激光雷達普遍采用多個激光發(fā)射器和接收器，建立三維點云圖，從而達到實時環(huán)境感知的目的。
激光雷達的特點
分辨率高 激光雷達可以獲得極高的角度、距離和速度分辨率。通常激光雷達的角分辨率不低于0.1mard，也就是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個目標，并可同時跟蹤多個目標;距離分辨率可達0.1m;速度分辨率能達到10m/s以內。
探測范圍廣 探測距離可達300m左右。
信息量豐富 可直接獲取探測目標的距離、角度、反射強度、速度等信息，生成目標多維度圖像。
全天候工作 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(fā)射自己的激光束，通過探測發(fā)射激光束的回波信號來獲取目標信息;但容易受到大氣條件以及工作環(huán)境煙塵的影響，且不具備攝像頭能識別交通標志的功能。
激光雷達系統(tǒng)的組成
智能網聯(lián)汽車激光雷達系統(tǒng)由收發(fā)天線、收發(fā)前端、信號處理模塊、汽車控制裝置和報警模塊組成。
收發(fā)天線 收發(fā)天線可安裝于車輛保險杠內，向車輛前方發(fā)出發(fā)射信號，并接收反射信號。
收發(fā)前端 收發(fā)前端是雷達系統(tǒng)的核心部件，負責信號調制、射頻信號的發(fā)射接收及接收信號解調。
信號處理模塊 信號處理模塊自動分析、計算出與前方車輛的距離和相對速度，并且防止轉彎時錯誤測量臨近車道車輛的情況發(fā)生。
汽車控制裝置 汽車控制裝置是控制汽車的自動操作系統(tǒng)，達到自動減速慢速行車，或緊急剎車。通過限制發(fā)動機輸出轉矩、調節(jié)制動力及變速器擋位，控制汽車行駛速度。
報警模塊 根據(jù)設定的安全車距和報警距離，以適當方式給駕駛員報警，保障汽車安全行駛。
激光雷達的測距原理
激光雷達測距的基本原理是通過測算激光發(fā)射信號與激光回波信號的往返時間，從而計算出目標的距離。首先，激光雷達發(fā)出激光束，激光束碰到障礙物后被反射回來，被激光接收系統(tǒng)進行接收和處理，從而得知激光從發(fā)射至被反射回來并接收之間的時間，即激光的飛行時間，根據(jù)飛行時間，可以計算出障礙物的距離。根據(jù)所發(fā)射激光信號的不同形式，激光測距方式可分為脈沖法激光測距和相位法激光測距兩大類。
脈沖法激光測距 脈沖法是通過激光雷達的發(fā)射器發(fā)出脈沖激光照射到障礙物后會有部分激光反射回來，由激光雷達的接收器接收。同時激光雷達內部可以記錄發(fā)射和接收的飛行時間間隔，根據(jù)光速可以計算出要測量的距離。
激光雷達和咱們都熟悉的倒車雷達，物理原理是相通的。都是通過電磁波發(fā)射、反射，然后計算時間差得到環(huán)境和障礙物的距離信息。
汽車品牌之所以拼了命的撩撥激光雷達，是因為這東西正好彌補了攝像頭和毫米波雷達的缺點，激光雷達的探測距離更遠，受環(huán)境變化的影響較小，而且精度較高，甚至能通過發(fā)射出去的電磁波描繪出周圍環(huán)境的3D圖像。不過，激光雷達從概念到裝車，可不是一帆風順的。
從大蘑菇到豆腐塊
普羅大眾對于激光雷達的初認知，最早始于谷歌這臺用于自動駕駛開發(fā)的小萌車，頭頂上的“大蘑菇”便是激光雷達的一種——機械式激光雷達。它的工作原理就跟我們看潛水艇、戰(zhàn)艦上的雷達掃描器一樣，通過快速的旋轉，實時掃描周圍3 60°的環(huán)境信息。所以機械旋轉式激光雷達的優(yōu)點就很明顯了：視野非常廣!
但是，誰愿意將來自己的車頂著個大蘑菇呢?太難看了吧!不僅如此，旋轉掃描的激光雷達涉及到機械結構之間的相互運動，一定程度上也影響了激光雷達的可靠性和使用壽命。因此，我們對量產車激光雷達的訴求就誕生了：
1、縮小體積，別太顯眼，否則影響車輛美觀度;
2、降低機械結構的參與，拓展使用環(huán)境和耐用性。
小時候咱們在課堂上，有沒有拿小鏡片晃過老師?眾所周知，電磁波是可以反射的，那我可不可以固定住發(fā)射源，不讓它轉，而是讓電磁波在發(fā)射路徑上“旋轉跳躍”呢?于是，混合式激光雷達走進了汽車廠商心中。混合式激光雷達內部有一塊MEMS振鏡，在驅動電路的帶動下，MEMS振鏡產生高頻旋擺，而激光源是固定不動的，打在振鏡上的電磁波就會在振鏡的轉動下，快速掃描鏡頭前方的環(huán)境。
說白了，混合式激光雷達的激光源就好比是太陽，MEMS振鏡就是你手中的小鏡片，黑板和老師就是被測物體，你用手(伺服電機)瘋狂地帶動小鏡片，在老師和黑板間打出移動的光斑，全班同學(接收器)在歡笑聲中目送你罰站……這就是混合式激光雷達的工作過程。
不難看出，混合式激光雷達避免了大規(guī)模的機械旋轉，體積可以做得更小，也在一定程度上提高了可靠性。我們來看一款成品，2017年奧迪推出新一代A8，這也是混合式激光雷達首次搭載到量產車上面，布置于牌照區(qū)下方。從外面我們看不到激光雷達的旋轉動作，但它可以提供145°的水平視角，80米的有效探測距離。
混合式激光雷達，里面還是有個伺服電機，能否進一步減少機械運動呢?可以!全固態(tài)激光雷達，其中“固態(tài)”指的就是內部結構全部固定，徹底不存在機械運動。目前，實現(xiàn)全固態(tài)有兩種途徑，一種是光學相控陣(OPA)，一種是閃光(Flash)。
咱們先說相控陣，如果您是軍迷，想必對相控陣應該不會太陌生。既然機械結構不動，我就讓電磁波自身發(fā)生變化!水波和光的雙縫實驗，物理課上都講過吧，簡單說就是利用波的干涉特性，經過縫隙后會在某個方向加強，其他方向減弱。相控陣激光雷達也是利用這個基礎原理，做了很多導管并排成陣列，激光光源經過導管陣列后會發(fā)生多縫干涉，產生定向增強的波束。此時我們再去調節(jié)激光光源的波長或相位，就能獲得激光掃描的效果。
而Flash激光雷達的原理，更像我們再熟悉不過的相機。它是直接用激光光源在傳感器上打出一個平面，照射到物體后再反射回來，記錄每個像素點的飛行時間并算出物體的距離甚至形狀。因此， Flash激光雷達也被稱為“面陣方案”，大家甚至可以把它簡單理解成“激光3D相機”。
不過，相控陣和Flash在汽車領域的應用潛力還有待開發(fā)，畢竟汽車的工作環(huán)境復雜、惡劣，對探測距離也有較高要求。OPA和Flash要達到2 00米以上的有效探測距離，同時控制住成本，還需要一步步的努力。
安全性需要擔心嗎?
很多人談“激光”色變，是因為激光在我們印象中常常伴隨著武器一起出現(xiàn)。事實上，激光也是電磁波的一種，而它的頻率高于可見光范疇，再加上激光切割、激光近視手術等名詞，這些都進一步加深了人們對激光的恐懼心理。
拋開劑量談毒性，都是耍流氓。事實上，車載激光雷達的安全性完全無需擔心。以國際電工委員會ICE對激光設備安全等級的劃分來看，Class1級要求“無生物性危害，不必特別管理”，符合這個等級的消費品有激光教鞭、DVD播放機等等。同時，激光雷達的波長一般不低于850nm，也是為了避開可見光波段。市面上的車載激光雷達主要有兩種波長，分別是905nm和1550nm，小鵬P5屬于前者，蔚來ET7屬于后者。綜合波長、輸出功率、輻照時間等因素，車載激光雷達的安全等級要求也是Class1，目前來看還沒有敢在量產車上對人眼安全提出挑戰(zhàn)的廠商。
換句話說，現(xiàn)階段我們見到的這些激光雷達車型，都是安全的。再去比較的話，1550nm的波長會在電磁波到達視網膜之前就被晶狀體完全吸收掉，更是談不上對視力有什么傷害。也正是這個因素，蔚來ET7的激光雷達允許采用更高的功率，從而獲得更遠的探測距離。這就涉及到接下來咱們要聊的——激光雷達的性能指標了。
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