关于激光雷达在各领域的应用

3万 · 2016-7-26 09:23

什么是激光雷达

激光雷达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。从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：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,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。

工作在红外和可见光波段的，以激光为工作光束的雷达称为激光雷达。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。

用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主
激光雷达动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。

3万 · 2016-7-26 09:26

激光雷达在无人驾驶领域的应用
但是无人驾驶到底包含哪些技术，恐怕很多人都答不上来。今天小编就分享下无人驾驶技术的分级，各个功能，以及相关的供应商。
「无人驾驶技术」分级目前有两个机构在对「无人驾驶技术」分级。　　

第一个是根据美国机动工程师协会（SAE）的定义，「无人驾驶技术」共分为 0-5 级。下面的一张图，我们可以看出 SAE 对各个级别自动驾驶技术的定义。

SAE 的分类标准是按照司机从完全掌控驾驶到汽车完全自动驾驶，从无自动化到完全自动化展开的。　　另一个是 NHTSa 的分级，「无人驾驶技术」共有 0-4 级。借用上汽的一张图，我们可以使用两个维度来思考目前市场上所有的技术：一个是 TFC (见图左侧纵轴)，即 Time For Collision，也就是汽车距离 (假设会) 发生碰撞需要的时间，和在发生碰撞前这一段时间的安全措施；另一个就是碰撞之后的安全措施，最简单的例子是安全带。现在业界的研究方向是「主动安全」，也就是在 TFC 这个阶段。

根据 NHTSa 的定义，0-4 级分级是这样区别的：如果是驾驶员控制，那么为零级；如果一辆车在行驶中只有纵向或侧向某一方面控制，为自动一级。如果同时具有纵向和侧向的自动控制，为自动二级。在此基础上，如果汽车对所有环境的感知，是由汽车视觉来完成，则是三级。在前三级的基础上，如果整个驾驶能够形成一个「闭环」，完全自动驾驶，则是四级。

3万 · 2016-7-26 09:28

无人驾驶技术的 14 个功能为了实现「无人驾驶」的理想，各大整车厂和供应商目前正在开发「高级驾驶员辅助系统」（ADAS），随着 ADAS 慢慢被完善，车辆也在一步一步从 NHTSa 的 0 级过度到第 4 级，实现完全自动化。.　　ADAS 目前已开发出 14 个功能
1: 自适应巡航控制系统 Adaptive Cruise Control（ACC）自适应巡航控制系统是一种智能化的自动控制系统，它是在早已存在的巡航控制技术的基础上发展而来的。在车辆行驶过程中，安装在车辆前部的车距传感器（雷达）持续扫描车辆前方道路，同时轮速传感器采集车速信号。当与前车之间的距离过小时，ACC 控制单元可以通过与制动防抱死系统、发动机控制系统协调动作，使车轮适当制动，并使发动机的输出功率下降，以使车辆与前方车辆始终保持安全距离。

3万 · 2016-7-26 09:29

2: 自动紧急制动 Autonomous Emergency Braking（AEB）AEB 是一种汽车主动安全技术，主要由 3 大模块构成，其中测距模块的核心包括微波雷达、激光雷达和视频系统等，它可以提供前方道路安全、准确、实时的图像和路况信息。　　AEB 系统采用雷达测出与前车或者障碍物的距离，然后利用数据分析模块将测出的距离与警报距离、安全距离进行比较，小于警报距离时就进行警报提示，而小于安全距离时即使在驾驶员没有来得及踩制动踏板的情况下，AEB 系统也会启动，使汽车自动制动，从而为安全出行保驾护航

3万 · 2016-7-26 09:30

3: 智能大灯控制 Adaptive Front Lights (AFL)这是一种可以安装在车上的技术，可以根据道路的形状来改变大灯的方向。另一些智能大灯控制系统能够根据车速和道路环境来改变大灯的的强度。

3万 · 2016-7-26 09:31

4: 盲点检测（Blind Spot Monitoring (BSM)）

盲点检测系统，通过车辆周围排布的防撞雷达、多普勒雷达、红外雷达等传感器、盲点探测器等设施。由计算机进行控制，在超车、倒车、换道、大雾、雨天等易发生危险的情况下随时以声、光（侧视镜上的小灯闪烁）形式向驾驶员提供汽车周围必要的信息，并可自动采取措施，有效防止事故发生。

3万 · 2016-7-26 09:32

5: 注意力检测系统（Driver Monitoring Systems (DMS)）系统运用感应器来检测驾驶员的注意力。如果司机看向马路前方，并且在此同时有危机的情况被检测到了。系统就会用闪光，刺耳的声音来警示。如果司机没有做出任何回应，那么车辆就会自动刹车。

3万 · 2016-7-26 09:33

6: 前方碰撞预警系统 Forward Collision Warning (FCW)FCW 能够通过雷达系统和摄像头来时刻监测前方车辆，判断本车于前车之间的距离、方位及相对速度，当存在潜在碰撞危险时对驾驶者进行警告。FCW 系统本身不会采取任何制动措施去避免碰撞或控制车辆。7: 抬头显示器（Heads-Up Display (HUD)）该技术把汽车行驶过程中仪表显示的重要信息（如车速）投射到前风挡玻璃上，不仅能够帮助对速度判断缺乏经验的新手控制自己的车速，避免在许多的限速路段中因超速而违章，更重要的是它能够使驾驶员在大视野不转移的条件下瞬间读数，始终头脑清醒地保持最佳观察状态。

3万 · 2016-7-26 09:37

6: 前方碰撞预警系统 Forward Collision Warning (FCW)FCW 能够通过雷达系统和摄像头来时刻监测前方车辆，判断本车于前车之间的距离、方位及相对速度，当存在潜在碰撞危险时对驾驶者进行警告。FCW 系统本身不会采取任何制动措施去避免碰撞或控制车辆。7: 抬头显示器（Heads-Up Display (HUD)）该技术把汽车行驶过程中仪表显示的重要信息（如车速）投射到前风挡玻璃上，不仅能够帮助对速度判断缺乏经验的新手控制自己的车速，避免在许多的限速路段中因超速而违章，更重要的是它能够使驾驶员在大视野不转移的条件下瞬间读数，始终头脑清醒地保持最佳观察状态。

3万 · 2016-7-26 09:40

8: 智能车速控制 Intelligent Speed Adaptation (ISA)智能车速控制系统。该系统能识别交通标识，并根据读取的最高限速信息控制油门，确保驾驶者在法定限速内行驶，有效避免驾驶者在无意识情况下的超速行为。

9: 车道偏离告警 Lane Departure Warning (LDW)车道偏离预警系统主要由 HUD 抬头显示器、摄像头、控制器以及传感器组成，当车道偏离系统开启时，摄像头（一般安置在车身侧面或后视镜位置）会时刻采集行驶车道的标识线，通过图像处理获得汽车在当前车道中的位置参数，当检测到汽车偏离车道时，传感器会及时收集车辆数据和驾驶员的操作状态，之后由控制器发出警报信号，整个过程大约在 0.5 秒完成，为驾驶者提供更多的反应时间。而如果驾驶者打开转向灯，正常进行变线行驶，那么车道偏离预警系统不会做出任何提示。

10: 汽车夜视系统 Night Vision System（NVS）汽车夜视系统，利用红外线技术能将黑暗变得如同白昼，使驾驶员在黑夜里看得更远更清楚。夜视系统的结构由 2 部分组成：一部分是红外线摄像机，另一部分是挡风玻璃上的光显示系统。

3万 · 2016-7-26 09:44

11: 泊车辅助 Parking Assistance (PA)泊车辅助系统通过安装在车身上的摄像头，超声波传感器，以及红外传感器，探测停车位置，绘制停车地图，并实时动态规划泊车路径，将汽车指引或者直接操控方向盘驶入停车位置。

12: 行人检测系统 Pedestrian Detection System (PDS)车辆行驶途中可以利用摄像头雷达，和激光雷达来探测到四面行人，在安全距离内及时控速。

13: 交通信号及标志牌识别 Road Sign Recognition (RSR)这个技术让车辆能够自动识别交通信号或者标志牌，比如说最高限速，或者停车等标示。

14: 全景泊车停车辅助系统 Surround View Cameras (SVC)全景泊车停车辅助系统由安装在车身前后左右的四个超广角鱼眼摄像头，同时采集车辆四周的影像，经过图像处理单元畸变还原→视角转化→图像拼接→图像增强，最终形成一幅车辆四周无缝隙的 360 度全景俯视图。在显示全景图的同时，也可以显示任何一方的单视图，并配合标尺线准确地定位障碍物的位置和距离。

3万 · 2016-7-26 09:47

ADAS 技术所需部件和供应商由于 ADAS 技术对传感器，摄像头等部件的依赖，我们可以推测在未来，随着无人驾驶技术的普及，各类传感器的市场会慢慢变大。于是根据不完全统计，geekcar 整理了部分的 ADAS 技术所需要的部件以及相关供应商（部分）。　　自适应巡航控制系统：雷达，光达和摄像头　　供应商：Bosch，Delphi，TRW Automotive，Hella, Continental　　前方碰撞预警系统：雷达，摄像头和红外线传感器　　供应商：Bosch,TRW Automotive, Delphi, Takata,　　行人检测系统：雷达，摄像头，　　供应商：Bosch,Continental,TRW Automotive　　交通信号及标志牌识别：摄像头, Map data　　供应商：Delphi, Continental，地图：Mapillary Elektrobit Automotivegoogle， Here，　　车道偏离告警系统：摄像头，红外线感应器　　供应商： Delphi, Continental ，Hella，Valeo SA,　　盲点检测系统：超声波传感器, 摄像头和红外线感应器　　供应商：Valeo　　夜视系统：近红外线传感器和远红外线传感器。　　供应商：FLIRNavTV　　注意力检测系统：红外线摄像头　　供应商：Saab　　ADAS 技术分布情况

ADAS 技术利用分布在车身四周的长范围雷达传感器，光达，摄像头，低范围累伐传感器和超声波传感器，收集周围的数据。然后通过一系列复杂的运算作出反应来操控或者协助操控汽车。　　我们来看一个现实的例子，无人驾驶技术在福特汽车上的应用和分布：