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一文了解主动驾驶车辆激光雷达的部件功用

据外媒报导,主动驾驶车辆装备的多款摄像头,旨在用该设备探查道路上的障碍物并制作车辆周边环境。在各类传感器中,在功用方面,激光雷达传感器与人眼最为挨近,其光勘探和测距体系(detection and ranging system)与雷达相似,但其选用了光波代替了无线电波(radio waves)。

激光雷达体系使用激光脉冲信号“照亮(illuminate)”方针区域,并核算反射信号回来接收器的用时。该类体系由光源、光电勘探器、数据处理电子器材及运动操控设备。

主动驾驶车辆大体选用了两类激光雷达设备,其分类依据为扫描车辆周边环境时所选用的办法,其间:1、3D亮光式激光雷达(3D flash LiDAR)由宽视角源及广视角光学件构成,旨在聚集探查设备一次曝光(one exposure)上的一切反射光。2、扫描式激光雷达体系可向各个方向发射激光,逐一探查回响(echoes)以便制作车辆周边环境。

激光源(laser source)对激光雷达功用将起到最要害的效果,激光束的质量及发散(divergence)在高侧向分辨率(high lateral resolution)方面将起到重要效果。较短的激光脉冲持续时刻(laser pulse duration)和低时刻颤动(low timing jitter)可保证杰出的纵向精度(longitudinal accuracy)。对获取长途查找(long-range detection),脉冲能量(Pulse energy)是一项重要参数。此外,高脉冲重复频率(high pulse repetition rates)可进步扫描速度,然后完成较高的数据输出。

600 nm-1000 nm的波长一般被用于非科研使用。人眼对该波段的波长较为活络。激光雷达体系的工作波长为905 nm,约束其勘探规模。而1.5 um红外激光器可作为代替品,用于探查远间隔的固体及障碍物,由于该类光不会被人眼吸收,其实用于高功用使用。此外,该波长的光在大气环境下一般呈通明的,可被用于高效能的勘探器。

脉冲持续时刻是完成高功用的另一要害性要素。许多短序列脉冲持续时刻只稀有皮秒(picoseconds),有助于完成毫米级到厘米级纵向分辨率(longitudinal resolution)。

但是,该脉冲较短,简单引起激光光谱(laser spectrum)的增宽,然后下降信号噪声比(signal-to-noise ratio,SNR)。虽然持续时刻超越1纳秒(nanosecond)的脉冲可消除噪声,但同样会下降体系的分辨率。为在高纵向精度与杰出的SNR中获得平衡,当时脉冲持续时刻为数百皮秒。

激光器二极管与光纤激光器(Laser-diodes and fiber-lasers)一般被用于激光雷达体系中。激光器二极管光源一般选用纵向仓库,这意味着将新增一个仓库层,使得激光能量(laser powers)超越1级视力安全激光器的激光能量。

若用笔直腔(vertical-cavity)面发射激光器(surface-emitting laser),可下降总输出功率,并下降该体系功用工作的最大间隔。而光线激光器所供给的脉冲重复频率:当功率等级为10 W时,脉冲重复速率为5 kHz。当功率等级为300 W时,脉冲重复速率为250 kHz。但是,相较于脉冲二极管体系(pulsed-diode systems),该类体系较为贵重。

激光雷达必须含有视力安全波长,且可以在黑私自探查到100米外的方针物,探查精度为10厘米,操作温度在零下40摄氏度到85摄氏度。

(作者:李文龙)

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