激光雷達(dá)的構(gòu)成與分類(lèi):激光雷達(dá)的構(gòu)成,激光雷達(dá)發(fā)展到現(xiàn)在,其結(jié)構(gòu)精密且復(fù)雜,主要由激光系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信號(hào)處理單元和掃描模塊四大主要組件構(gòu)成。激光器以脈沖的方式點(diǎn)亮發(fā)射激光,照射到障礙物后對(duì)物體進(jìn)行3D掃描,反射光線(xiàn)經(jīng)由鏡頭組匯聚到接收器上。信號(hào)處理單元負(fù)責(zé)控制激光器的發(fā)射,并將接收到的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào),然后進(jìn)入主控芯片進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和計(jì)算。進(jìn)一步的,我們可以根據(jù)以下指標(biāo)判斷激光雷達(dá)的好壞。視場(chǎng)角,視場(chǎng)角決定了激光雷達(dá)能夠看到的視野范圍,分為水平視場(chǎng)角和垂直視場(chǎng)角,視場(chǎng)角越大,表示視野范圍越大,反之則表示視野范圍越小。激光雷達(dá)在智能機(jī)器人導(dǎo)航中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)現(xiàn)貨直發(fā)
緊接著,一個(gè)激光雷達(dá)如果能在同一個(gè)空間內(nèi),按照設(shè)定好的角度發(fā)射多條激光,就能得到多條基于障礙物的反射信號(hào)。再配合時(shí)間范圍、激光的掃描角度、GPS 位置和 INS 信息,經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理后,這些信息配合x(chóng),y,z坐標(biāo),就會(huì)成為具有距離信息、空間位置信息等的三維立體信號(hào),再基于軟件算法組合起來(lái),系統(tǒng)就可以得到線(xiàn)、面、體等各種相關(guān)參數(shù),以此建立三維點(diǎn)云圖,繪制出環(huán)境地圖,就能變成汽車(chē)的“眼睛”。激光雷達(dá)是由激光發(fā)射單元和激光接收單元組成,發(fā)射單元的工作方式是向外發(fā)射激光束層,層數(shù)越多,精度也越高(如下圖所示),不過(guò)這也意味著傳感器尺寸越大。發(fā)射單元將激光發(fā)射出去后,當(dāng)激光遇到障礙物會(huì)反射,從而被接收器接收,接收器根據(jù)每束激光發(fā)射和返回的時(shí)間,創(chuàng)建一組點(diǎn)云,高質(zhì)量的激光雷達(dá),每秒較多可以發(fā)出200多束激光。吉林覓道Mid-70激光雷達(dá)電力巡檢時(shí)激光雷達(dá)識(shí)別線(xiàn)路故障,提高巡檢精度。
激光雷達(dá)在ADAS應(yīng)用:海內(nèi)外持續(xù)發(fā)展,2025年全球市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)6.2億美元。2020年10月,百度在北京全方面開(kāi)放無(wú)人駕駛出租車(chē)服務(wù),在13個(gè)城市部署總數(shù)測(cè)試車(chē)輛,并且與一汽紅旗合作實(shí)現(xiàn)了中國(guó)首條L4級(jí)自動(dòng)駕駛乘用車(chē)生產(chǎn)線(xiàn)建設(shè),具備批量生產(chǎn)能力。根據(jù)Forst&Sullivan研究估計(jì),2026年ADAS領(lǐng)域使用激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)12.9億美元。其中,中國(guó)、美國(guó)、其他地區(qū)分別為6.7/3.5/2.7億美元。2030年ADAS領(lǐng)域使用激光雷達(dá)產(chǎn)業(yè)規(guī)模有望達(dá)64.9億美元,其中中國(guó)、美國(guó)、其他地區(qū)分別為32.5/13.0/19.5億美元。
調(diào)頻連續(xù)波FMCW激光雷達(dá),以三角波調(diào)頻連續(xù)波為例來(lái)介紹其測(cè)距/測(cè)速原理。藍(lán)色為發(fā)射信號(hào)頻率,紅色為接收信號(hào)頻率,發(fā)射的激光束被反復(fù)調(diào)制,信號(hào)頻率不斷變化。激光束擊中障礙物被反射,反射會(huì)影響光的頻率,當(dāng)反射光返回到檢測(cè)器,與發(fā)射時(shí)的頻率相比,就能測(cè)量?jī)煞N頻率之間的差值,與距離成比例,從而計(jì)算出物體的位置信息。FMCW的反射光頻率會(huì)根據(jù)前方移動(dòng)物體的速度而改變,結(jié)合多普勒效應(yīng),即可計(jì)算出目標(biāo)的速度。優(yōu)點(diǎn):每個(gè)像素都有多普勒信息,含速度信息;解決Lidar間串?dāng)_問(wèn)題;不受環(huán)境光影響,探測(cè)靈敏度高;缺點(diǎn):不能探測(cè)切向運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。激光雷達(dá)的精密設(shè)計(jì)使其能在狹小空間內(nèi)準(zhǔn)確測(cè)量。
新思科技提供的多個(gè)光學(xué)和光子學(xué)工具,可用于支持LiDAR的系統(tǒng)級(jí)和元件級(jí)設(shè)計(jì):CODE V 光學(xué)設(shè)計(jì)軟件,用于在LiDAR系統(tǒng)中設(shè)計(jì)光學(xué)接收系統(tǒng)。光學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)用:在 LiDAR系統(tǒng)中優(yōu)化接收器上的圈入能量。使用CODE V優(yōu)化LiDAR中的接收光學(xué)系統(tǒng),LightTools 照明設(shè)計(jì)軟件能模擬雨滴、霧霾等大氣環(huán)境對(duì)光信號(hào)探測(cè)造成的影響,并能獲取返回光程數(shù)據(jù)以解決飛行時(shí)間計(jì)算問(wèn)題。用于 LiDAR 和激光光源的功能。使用LightTools模擬LiDAR光學(xué)系統(tǒng),Photonic Solutions光子方案模擬工具,能夠?qū)iDAR系統(tǒng)中的多個(gè)組件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。物流分揀依靠激光雷達(dá)引導(dǎo)機(jī)械臂,快速準(zhǔn)確分揀貨物。機(jī)械式激光雷達(dá)批發(fā)
激光雷達(dá)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)反饋為決策者提供了有力支持。國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)現(xiàn)貨直發(fā)
發(fā)射模組:Flash激光雷達(dá)采用的是垂直腔面發(fā)射激光器(VerticalCavitySurfaceEmittingLaser,VCSEL),比其他激光器更小、更輕、更耐用、更快、更易于制造,并且功率效率更高。接收模組:Flash激光雷達(dá)的性能主要取決于焦平面探測(cè)器陣列的靈敏度。焦平面探測(cè)器陣列可使用PIN型光電探測(cè)器,在探測(cè)器前端加上透鏡單元并采用高性能讀出電路,可實(shí)現(xiàn)短距離探測(cè)。對(duì)于遠(yuǎn)距離探測(cè)需求,需要使用到雪崩型光電探測(cè)器,其探測(cè)的靈敏度高,可實(shí)現(xiàn)單光子探測(cè),基于APD的面陣探測(cè)器具有遠(yuǎn)距離單幅成像、易于小型化等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn):一次性實(shí)現(xiàn)全局成像來(lái)完成探測(cè),無(wú)需考慮運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償;無(wú)掃描器件,成像速度快;集成度高,體積小;芯片級(jí)工藝,適合量產(chǎn);全固態(tài)優(yōu)勢(shì),易過(guò)車(chē)規(guī)缺點(diǎn):激光功率受限,探測(cè)距離近;抗干擾能力差;角分辨率低國(guó)產(chǎn)激光雷達(dá)現(xiàn)貨直發(fā)