激光雷達和毫米波雷達
一.概述
激光雷達(LiDAR【Light Detection and Ranging】)是激光探測及測距系統的簡稱,而雷達是英文Radar的音譯,源於radio detection and ranging的縮寫,意思為"無線電探測和測距",即用無線電的方法發現目標並測定它們的空間位置。
激光雷達相比與微波雷達,激光雷達具有分辨率高、隱蔽性好、抗有源干擾能力強、低空探測性能好、體積小、質量輕。激光雷達的缺點主要是工作時受天氣和大氣影響大,在大雨、濃煙、濃霧等壞天氣里,衰減急劇加大,傳播距離大受影響,其次,由於激光雷達的波束極窄,在空間搜索目標非常困難,只能在較小的范圍內搜索、捕獲目標。
傳感器性能對比
分辨率:相機最高,Lidar次之,Radar最低
抗天氣影響能力:Radar最好,Camera次之,Lidar最低
追蹤物體速度能力:Radar最好,Camera和Lidar差不多
追蹤物體高度能力:Lidar最好,Camera次之,Radar最低
追蹤距離能力:Lidar,Radar都很准確,Camera最低
辨別能力:Camera和Lidar都較好,Radar較低。
這是David根據他的主觀經驗寫的東西,僅供參考。
二.毫米波雷(radar)達與激光雷達(Lidar)
1. 激光雷達
激光雷達是一種利用光波進行測量的主動探測方式。主動探測方式是指探測系統通過接收自身發出的信號回波來進行測量,區別於例如攝像機等通過接收環境光獲取信號的被動探測方式。激光雷達通過測量激光從發出經障礙物反射到被傳感器接收所經歷的時間,來計算障礙物的距離。
激光雷達也可以叫做Lidar,就是激光(Laser)與雷達(Radar)的集合。其實大家對它也不見得陌生,在很多無人駕駛汽車在道路上進行行駛實驗時,車頂上都會架一個看上去和攝像頭差不多,但是會一直在一定角度內旋轉的“小罐子”,那通常就是激光雷達了。
激光雷達一般分為脈沖式和連續波式兩種。脈沖式激光雷達利用時間間隔來計算相對車距;而連續波激光雷達則通過計算反射光與反射光之間的相位差得到目標距離。具體來說,激光雷達的技術點是:飛行時間(TOF,Time of Flight)。當雷達發射激光以后,在遇到障礙物時會發生折返,返回的光束通過雷達內部接收器進行分析,最終通過折返時間和測量信號在處理器進行處理,從而生成精准的3D地圖,對周圍的環境特征進行再還原。
簡單的舉例來說,毫米波雷達可以發現路邊障礙,但只能“看到”模糊形體,而厘米級精度的激光雷達則可以在極短時間內清楚區分出障礙是路肩還是斜坡,若自動駕駛汽車斷定是斜坡后,就可以做出安全開上車道的決策。這種精度對上路行駛的全自動駕駛汽車而言,可以更加接近100%安全。
既然如此為什么不去大力發展全激光雷達呢?其實原因很簡單,一個字,貴!比如谷歌所使用的是一款美國的Velodyne公司出品的激光雷達,64線為8萬美元、32 線為4萬美元,這一個雷達甚至可以買下一台GTR(當然是在美國)。並且在雨雪霧等極端天氣 下性能較差,不能全天侯工作。 因此激光雷達與毫米波雷達相比,二者有所長,也有所短。自動駕駛領域激光雷達應用廠商——包括百度、谷歌、福特、奧迪、寶馬等等,毫米波雷應用廠商典型代表則為特斯拉並且不斷有新的廠商加入。
2. 毫米波雷達
毫米波指波長介於1~10mm的電磁波,毫米波雷達則指工作在毫米波波段的雷達。毫米波的波長介於厘米波和光波之間,因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優點。使用在汽車上時其抗環境干擾能力強,可以滿足車輛對全天氣候的適應性的要求。並且毫米波本身的特性,決定了毫米波雷達傳感器器件尺寸小、重量輕等特性,彌補了攝像頭等傳感器的缺點,使得其在車載應用方面有着很大的優勢。
目前國內外主流汽車毫米波雷達頻段為24GHz(用於短中距離雷達,15-30米)和77GHz(用於長距離雷達,100-200米)。這類應用在歐美日汽車已經普及化,目前這些地區幾乎所有的汽車均開始配備汽車毫米波雷達傳感器,其中包括汽車防撞雷達、汽車盲區檢測雷達等。
可是即便如此,毫米波雷達卻仍然存在着精度低、可見范圍短的特點。而這兩個缺陷放在自動駕駛中,卻差之毫厘謬以千里,極易引起事故。因此在這樣的背景下,升級版就應運而生——激光雷達。
無論傳統車企研究的駕駛輔助系統ADAS(Advanced Driver Assistant System),還是由谷歌等互聯網巨頭期望分一杯羹的無人車領域,歸根結底的原理都是差不多的。
自動駕駛好比行人走路,先用眼睛觀察確定路線,然后大腦再給身體下指令。對汽車而言,各種雷達、攝像頭等傳感器就是汽車的眼睛,電子線路就是中樞神經,芯片、算法等控制系統則是大腦,最終決定了汽車的前行方向與速度。而“眼睛”則起到了十分關鍵的作用:收集第一手數據以供分析判斷。
在這些“眼睛”中,攝像頭相對較簡單。它的優點很突出:精度高,距離遠,直觀方便;可是缺點也同樣突出:受到天氣的影響太大。而車載雷達,則有着突出的特點和優勢。他們比超聲波探測器以及計算機視覺設備有着更高的實時性、精度和可靠性。其中,主要研究集中在毫米波雷達和激光雷達上
毫米波指波長介於1~10mm的電磁波,毫米波雷達則指工作在毫米波波段的雷達。毫米波的波長介於厘米波和光波之間,因此毫米波兼有微波制導和光電制導的優點。使用在汽車上時其抗環境干擾能力強,可以滿足車輛對全天氣候的適應性的要求。並且毫米波本身的特性,決定了毫米波雷達傳感器器件尺寸小、重量輕等特性,彌補了攝像頭等傳感器的缺點,使得其在車載應用方面有着很大的優勢。
目前國內外主流汽車毫米波雷達頻段為24GHz(用於短中距離雷達,15-30米)和77GHz(用於長距離雷達,100-200米)。這類應用在歐美日汽車已經普及化,目前這些地區幾乎所有的汽車均開始配備汽車毫米波雷達傳感器,其中包括汽車防撞雷達、汽車盲區檢測雷達等。
可是即便如此,毫米波雷達卻仍然存在着精度低、可見范圍短的特點。而這兩個缺陷放在自動駕駛中,卻差之毫厘謬以千里,極易引起事故。因此在這樣的背景下,升級版就應運而生——激光雷達。
雷達(radar)圖
先認識這個坐標圖
第二步,計算坐標值
X軸: