Velodyne LiDAR高级工程师剖析:混合固态激光雷达的关键技术 | 未来汽车大讲堂

2017-08-07 19:45 交通出行 来源:创头条 查看原文

Velodyne LiDAR高级工程师剖析:混合固态激光雷达的关键技术 | 未来汽车大讲堂

激光雷达并非是近几年才出现的新兴产品。

早在上世纪六十年代,美国加利福尼亚州休斯航空公司实验室的研究员西奥多·梅曼等人就研制成功世界上第一台激光雷达,激光作为一种全新的测量工具开始受到极大的关注。

上世纪七十年代,阿波罗15号使用激光雷达测量月球表面,此时激光雷达因其高精度而为世人所知。九十年代,以激光雷达三位扫描仪为代表的激光雷达真正实现商业化,从此进入一个高速发展期。

到了2005年,美国国防部高级研究计划署(DARPA)举办了一场无人驾驶挑战赛,激光雷达首次亮相与无人驾驶技术。很多人从这次比赛中开始认识激光雷达。

今天,激光雷达已经成为无人驾驶风口浪尖的弄潮儿,受到行业极大地关注。

Velodyne LiDAR高级工程师剖析:混合固态激光雷达的关键技术 | 未来汽车大讲堂

由雷锋网· 新智驾(公众号AI-Drive)联合雷锋网 · AI慕课学院、网易云课堂企业版举办的未来汽车大讲堂,以《Velodyne LiDAR高级工程师剖析:混合固态激光雷达的关键技术》为主题的课程如期上线,讲师是清华大学光学博士、Velodyne LiDAR高级工程师梅佳伟。

背景概述

雷达(RADAR-Radio detection and ranging)是无线电探测和测距, 即发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标的距离、速 度、方位、高度等信息。

传统的雷达是以微波作为载波的雷达,大约出现在1935年;

按雷达频段分,可分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。

Velodyne LiDAR高级工程师剖析:混合固态激光雷达的关键技术 | 未来汽车大讲堂*频段分布图

激光雷达是一种通过发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统——激光波段位于0.5μm-10μm,以光电探测器为接收器件,以光学望远镜为天线

激光雷达英文名称为LiDAR(Light Detection and Ranging),也称Laser Radar或LADAR (Laser Detection and Ranging)。

激光雷达因为激光波长短,准直性高,使得激光雷达性能优异:角分辨率和距离分辨率高、抗干扰能力强、能获得目标多种图像信息(深度、反射率等)、体积小、质量轻。

目前激光雷达广泛应用在测绘、气象监测、安防、无人驾驶等领域。

激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。它的基本原理是:向被测目标发射探测信号(激光束),然后测量反射或散射信号 的到达时间、强弱程度等参数,以确定目标的距离、方位、 运动状态及表面光学特性。

激光雷达发展现状

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通过Google Scholar检索“LiDAR”,可以看到历年学术论文发表数量,我们可以发现从2007年到2016年这十年间,关于激光雷达研究的论文在逐步增长,但趋势在放缓。

再看另外一组数据,在Google Patent通过检索“LiDAR”历年专利申请数量,我们发现从2007年到2016年激光雷达的专利申请呈现的是指数级增长。

通过这两组数据的对比,我们看到一个趋势是:激光雷达目前已经从实验室逐步走向产业界,行业的研究人员也将目光聚焦在研制适合实际生产应用的激光雷达产品。

Velodyne LiDAR高级工程师剖析:混合固态激光雷达的关键技术 | 未来汽车大讲堂

所以,激光雷达的市场化趋势加快,蕴含巨大的技术和商业价值。

以无人驾驶领域为例,据国外调研机构的分析预测,2015年全球汽车激光雷达市场规模约为0.62亿美元,预计2020年将达到2.7亿美元左右,2016到2020年将以34%年复合成长率增长。

激光雷达工作原理

激光雷达是以激光器为辐射源的雷达,它是在微波雷达技术基础上发展起来的,两者在工作原理和结构上有许多相似之处,如工作原理相同(探测回波信号)、基本结构相同(包括发射、接收、处理)、信号处理(基本沿用微波雷达的成熟技术)。

与激光雷达与微波雷达的不同之处在于,前者的工作频段由无线电频段变成光频段,微波天线由光学望远镜替代,并用光电探测器将光信号转换为电信号后进行处理。

Velodyne LiDAR高级工程师剖析:混合固态激光雷达的关键技术 | 未来汽车大讲堂*激光雷达技术指标

激光雷达系统由四大基本单元构成:

  • 发射单元:激光器、发射光学系统;

  • 接收单元:接受光学系统、光学滤光装置、光电探测器;

  • 控制单元:控制器、逻辑电路;

  • 信号处理单元:信号处理、数字校准与输出 ;

激光雷达关键技术

激光雷达融合了激光、大气光学、雷达、光机电一体化和信号处理等诸多领域技术。梅佳伟总结了激光雷达需要突破的关键技术(如下图)。

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……(未完,详情请点击《未来汽车大讲堂第三期》)

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