无人驾驶的关键核心:激光雷达

2016-11-25 18:27:39来源: 电子发烧友 关键字:毫米波雷达  激光雷达  特斯拉

汽车激光雷达市场前景

  无人驾驶已成为未来最值得期待的汽车技术之一,世界级IT企业和汽车业巨头几乎抱团涌入无人驾驶市场。Google和百度在无人驾驶各自耕耘多年,苹果造车的传言随时可能跃上头条,马斯克(Musk)当然不会错过让特斯拉造出超级无人驾驶车的机会,宝马、奔驰、大众、奥迪、沃尔沃、福特、丰田、本田、比亚迪、长安汽车等中外品牌也纷纷投入其中。

  受无人驾驶概念近年走红的影响,激光雷达技术被科技行业提及的次数也渐渐频繁。激光雷达技术是无人驾驶汽车的关键核心技术之一,因测距精度高,方向性强,响应快,不受地面杂波影响等优势,且能有效提供车辆決策与控制系统所需之信息,成为目前无人驾驶环境感测最有效方案。

  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6千2百万美元,预计2020年全球市场规模将达到2.7亿美元左右。2016~2020年将以34%年复合成长率增长。

  激光雷达能否大规模运用在无人驾驶汽车,主要取决于成本和效果。如果低成本的激光雷达方案能达到汽车业界期望的效果,将极大地推动无人驾驶汽车上市进度,激光雷达渗透率会直线上升。

  无人驾驶必备激光雷达

  激光雷达,毫米波雷达和摄像头是无人驾驶的三大关键传感器技术。在特斯拉几起安全事故之后,人们认识到了毫米波雷达和单目摄像头在识别物体时存在天然短板,为了获得车辆周围环境全貌信息,Google、Audi和百度等公司研发的无人驾驶汽车基本都采用了激光雷达。

  激光雷达在无人驾驶的两个核心作用:

  1.3D建模进行环境感知。通过激光扫描可以得到汽车周围环境的3D模型,运用相关算法比对上一帧和下一帧环境的变化可以较为容易的探测出周围的车辆和行人。

  2.SLAM加强定位。激光雷达另一大特性是同步建图(SLAM),实时得到的全局地图,通过与高精度地图中特征物的比对,可以实现导航及加强车辆的定位精度。

激光雷达优点

  激光雷达由发射系统、接收系统 、信息处理三部分组成: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,最后经过一系列算法来得出目标位置(距离和角度)、运动状态(速度、振动和姿态)和形状,可以探测、识别、分辨和跟踪目标。

  1.解析度高,测距精度高,小于2公分、角度分辨率约0.09度,如此高的解析度可完整绘出物体轮廓,外加垂直侦测角度中,平均每0.4度即有一个扫描层、全周资料更新率15赫兹(Hz),车辆周围环境将无所遁形。

  2.抗有源干扰能力强,激光雷达的脉冲光束发射器之口径非常小,即接收器可接收脉冲光束的区域亦非常狭窄,因此,受到其他红外线雷达光束干扰的机会就非常小。此外,脉冲光束实质上属红外线波,不会受电磁波影响,因此,在一般应用环境中能干扰激光扫描仪的信号源不多,适用于高度自动化的系统。

  3.探测性能好,对于激光扫描仪,仅有被脉冲光束照射的目标才会产生反射,且红外线波并不像电磁波会受回波干扰等问题,对于环境的几何形状、障碍物材质等,均不影响激光扫描仪的侦测结果。以系统设计角度而言,因信号具高稳定性激光扫描仪的信号可信度十分高。

  4.不受光线影响,激光扫描仪可全天候进行侦测任务,且其侦测效果不因白天或黑夜而有所影响,这也是目前无人驾驶车中许多采用的摄像头感测器所达不到的功能。

  5.测速范围大,激光扫描仪可成功扫描出障碍物的相对速度高达每小时200公里之轮廓,也就是说,对于车系统,激光扫描仪并不局限在市区或低速应用情境,高速移动下的情境亦可被应用,此对车辆增加移动速度后之安全系统设计有显著的帮助,系统应用上更具有弹性。

  激光雷达缺点

  1.红外线波受天候和大气的影响,在一般晴朗或良好气候条件中的光衰较小,传播距离和理想值接近;若在大雨、下雪、浓雾等非晴朗气候条件下,红外线波的侦测能力会大幅衰減,感测距离亦受影响。

  2.价格高,Velodyne 64线 激光雷达的供应价格高达8万美元,已开发出了相对便宜的32线和16线激光雷达的价格也分别3万美元与8000美元,若要普及应用,价格是一大障碍。

  3.庞大信息流,64线 3D激光雷达每秒产生一百三十万笔侦测资料,解析度较低的32线激光雷达每秒产生七十万笔侦测资料,如此快速且大量的资料是嵌入式系统难以负荷起的工作,需要专业处理器才能完整处理。

  Velodyne 64线 激光雷达

国内外激光雷达厂商

  看好激光雷达在无人驾驶汽车的应用前景,促使许多公司包括创业公司都试图挑战激光雷达。国外领先公司有Velodyne、Quanergy、LeddarTech、ConTInental等,国内有北科天绘、禾赛科技、思岚科技、华达科捷、速腾聚创等。

  表1:国内主流外激光雷达厂商

  国产激光雷达机遇与挑战

  近几年,在无人驾驶应用前景的召唤下,国内激光雷达企业迎来了产品爆发,北科天绘在2016年5月推出了首款16线360度导航激光雷达——R-Fans;速腾聚创(RoboSense)在10月28日也对外发布了RS-LiDAR,是一款16线激光雷达。在此之前华达科捷和禾赛科技已经研发出32线的激光雷达。

  北科天绘16线激光雷达

  速腾聚创(RoboSense)16线激光雷达

  虽然目前国外公司掌握了相对成熟的技术,不过在无人驾驶市场初起阶段,国内公司也有机会用一款过硬的产品进入该市场。国内企业需抓住机遇,在产品设计、识别算法、系统集成等各方面,要扎实做好功课,提高技术水平。

  除了本身精密仪器的技术要求,将激光雷达线数增加并放至车载环境使用,国内激光雷达产业受限于技术实力也面临不少挑战。

  首先,在追求探测视角和精度,并且要满足车用小型化。线数增加后,存在核心技术难点;其次,行车实时采集信息时要求采集频率要达到1G/s,对信号提取与处理能力,提出了更高要求;最后重点在降低成本和批量生产的稳定性。

  总结:

  作为无人驾驶系统的关键组件,国内自主研发的激光雷达带来了大幅度降低无人汽车入门门槛的可能。期望国内激光雷达产品在前景广阔的无人驾驶领域走在前列。


关键字:毫米波雷达  激光雷达  特斯拉

编辑:鲁迪 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/qcdz/article_2016112516539.html
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