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激光雷达在大气探测、目标捕获等领域具有较广泛的应用前景

2023-04-25 我要评论(0 )   

节能环保、新能源汽车、智能汽车成为我国汽车发展方向,智能汽车主要是发展自主式智能汽车和网联式智能汽车。自主式智能汽车和网联式智能汽车要实现上述功能只装配普通...

节能环保、新能源汽车、智能汽车成为我国汽车发展方向,智能汽车主要是发展自主式智能汽车和网联式智能汽车。自主式智能汽车和网联式智能汽车要实现上述功能只装配普通微波雷达是不能实现的,要实现上述功能,激光雷达是自主式智能汽车和网联式智能汽车电气系统控制系统中必不可少的元件。

激光雷达具有波束窄、体积小、非接触测量等特点,可探测云雾、气溶胶、空中风场、空气污染物、温湿度变化等多种参数。它采用光频段进行探测,比毫米波高出几个数量级,探测精度比微波雷达更具优势。因此激光雷达在大气探测、目标捕获等领域具有较广泛的应用前景。


目前能在智能汽车上使用的扫描式激光雷达有机械式旋转激光雷达、微机电系统扫描式雷达和相控阵激光雷达。机械式旋转激光雷达(发射、接收、共轴旋转的激光雷达)是目前比较成熟的,已有无人驾驶概念汽车试用机械式旋转激光雷达装置。基于微机电系统的扫描式雷达目前属于技术研究状态,它的原理是通过微机电系统扫描镜来改变光路。相控阵激光雷达是通过逐点扫描的方式,即通过多个小天线之间发射的激光的发射相位来改变光路而实现的。面阵式激光雷达发射的就是一个面阵的光,主要问题在于探测距离较近。


在飞行时间ToFLiDAR中,激光发出持续时间为τ的光脉冲,在发射的瞬间激活计时电路内部时钟。从目标反射的光脉冲到达光电探测器时,会产生一种使时钟失效的输出电信号。这种电子测量往返ToFΔt可计算出目标到反射点的距离R。若现实中激光和光电探测器位于同一位置,其距离R是由以下两个因素影响:c为光在真空中的速度,n为传播介质的折射率(空气中折射率接近1)。这两个因素影响着距离分辨率ΔR:若激光点的直径大于要解析的目标大小,则测量Δt和脉冲的空间宽度w(w=cτ)的不确定性为δΔt。在典型汽车LiDAR系统中,激光产生的脉冲持续时间约为4ns,因此最小光束发散角是必需的。


对汽车激光雷达系统设计者来说,最关键的就是选择光的波长。目前最受欢迎的两种波长是905nm和1550nm,对于汽车LiDAR来说,由于天气条件和反射表面类型可能性众多,这是一个复杂的问题。在现实的环境中,由于1550nm的吸水率比905nm的更强,其实905nm的光损失更少。


激光雷达相关技术算法在传统关键模块上仍需实现更好的轻量化、精确性、鲁棒性以及通用化,语义地图和深度学习的融入已成为趋势,与其他能实现自主定位源的传感器如深度相机、毫米波雷达等进行多源融合亦是当前研究热点,激光雷达相关技术对无人平台实现自主智能化的发展必将产生深远影响。


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激光雷达,大气探测,无人驾驶,目标捕获,应用前景
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