03-3第三章-雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用

第三章雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX學(xué)校/學(xué)院學(xué)習(xí)目標(biāo)1知道汽車?yán)走_(dá)的分類及特征區(qū)別2了解超聲波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)、原理和性能指標(biāo)3熟悉超聲波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用4了解毫米波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)5熟悉毫米波雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用6了解激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)、原理及特點(diǎn)7熟悉激光雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用激光雷達(dá)03激光雷達(dá)的功用1.激光雷達(dá)類型與工作原理什么是激光雷達(dá)？有哪些作用？激光雷達(dá)（LiDAR）是集激光、全球定位系統(tǒng)（GPS）和IMU慣性測(cè)量裝置三大技術(shù)為一體的系統(tǒng)。激光雷達(dá)的功用激光雷達(dá)由那些部件組成？請(qǐng)說(shuō)說(shuō)它的工作過(guò)程。激光雷達(dá)的功用請(qǐng)說(shuō)說(shuō)激光雷達(dá)的工作原理。典型激光雷達(dá)接收系統(tǒng)采用了各種形式的光電探測(cè)器，如光電倍增管、半導(dǎo)體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外線和可見光多元探測(cè)器。激光雷達(dá)使用兩種工作模式：脈沖和連續(xù)波。根據(jù)探測(cè)原理，探測(cè)方法可分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等。激光雷達(dá)的功用請(qǐng)說(shuō)說(shuō)汽車激光雷達(dá)的三維立體圖像是怎么形成的？激光雷達(dá)的功用實(shí)時(shí)激光雷達(dá)一般分為16線、32線和64線，雷達(dá)測(cè)距的精度非常重要，以16線激光雷達(dá)為例，它具有2°角分辨率，如果行人在50米以外，只有一條激光脈沖線。顯然不能區(qū)分行人的輪廓。它也可以在白天利用攝像頭進(jìn)行分辨。但如果是在夜間，激光雷達(dá)難以單獨(dú)識(shí)別，毫米波雷達(dá)只能識(shí)別障礙物，對(duì)熱敏信息無(wú)法識(shí)別。激光雷達(dá)的功用精確測(cè)量目標(biāo)位置（距離和角度）、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（速度、振動(dòng)和姿態(tài)）以及目標(biāo)的形狀檢測(cè)、識(shí)別分辨和跟蹤。高頻激光器可以在一秒鐘內(nèi)獲得106～107個(gè)數(shù)量級(jí)的位置點(diǎn)云信息，并根據(jù)這些信息進(jìn)行三維建模。除了獲得位置信息外，它還可以通過(guò)激光信號(hào)的反射率初步區(qū)分不同的材料。激光雷達(dá)的功用目標(biāo)的徑向速度可以通過(guò)反射光的多普勒頻移來(lái)確定，激光雷達(dá)發(fā)射的激光照亮物體，被物體散射并返回激光接收器接收。激光測(cè)量模塊根據(jù)發(fā)射前后的激光信息處理三維坐標(biāo)、距離、方位角、反射強(qiáng)光等數(shù)據(jù)，其中，由于不同物體的反射率不同，激光雷達(dá)可以根據(jù)回波的反射光強(qiáng)（0～255級(jí)）來(lái)區(qū)分物體的不同區(qū)域，其精度可達(dá)毫米級(jí)。激光雷達(dá)的功用基于點(diǎn)云的目標(biāo)檢測(cè)比較成熟的處理流程分割地面點(diǎn)云聚類特征提取分類在點(diǎn)云中對(duì)地面的過(guò)濾和點(diǎn)云的分割聚類，需要將對(duì)分割出來(lái)的對(duì)象進(jìn)行特征提取，然后去訓(xùn)練一個(gè)分類器實(shí)現(xiàn)對(duì)這些對(duì)象的分類，這是一種基于激光雷達(dá)的目標(biāo)檢測(cè)方法。隨著深度學(xué)習(xí)在圖像視覺領(lǐng)域的發(fā)展，一類基于單純的深度學(xué)習(xí)模型的點(diǎn)云目標(biāo)檢測(cè)方法被提出和應(yīng)用。例如，CNN卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)+CRF條件隨機(jī)場(chǎng)這樣的結(jié)構(gòu)。CRF推理應(yīng)用于語(yǔ)義標(biāo)記的關(guān)鍵思想是將標(biāo)簽分配（對(duì)于像素分割來(lái)說(shuō)就是像素標(biāo)簽分配）問(wèn)題表達(dá)為包含類似像素之間具有一定標(biāo)簽協(xié)議的假設(shè)的概率推理問(wèn)題。CRF推理能夠改進(jìn)像素級(jí)標(biāo)簽預(yù)測(cè)，以產(chǎn)生清晰的邊界和細(xì)粒度的分割。CRF推理模型激光雷達(dá)的功用三維激光雷達(dá)按使用方式的不同分為實(shí)時(shí)激光雷達(dá)和非實(shí)時(shí)激光雷達(dá)，請(qǐng)說(shuō)說(shuō)什么是實(shí)時(shí)激光雷達(dá)？什么是非實(shí)時(shí)激光雷達(dá)？在應(yīng)用上各有什么特征？激光雷達(dá)的功用請(qǐng)說(shuō)說(shuō)激光雷達(dá)具有哪些優(yōu)點(diǎn)？激光雷達(dá)環(huán)境感知毫米波雷達(dá)環(huán)境感知激光雷達(dá)的功用為實(shí)現(xiàn)無(wú)人駕駛目標(biāo)，目前較好的整體解決方法是什么？車輛輔助駕駛和無(wú)人駕駛的整體解決方法是激光雷達(dá)+多傳感器融合算法+高性能嵌入式算法控制板+可視化界面配置軟件，采用單線或多線激光雷達(dá)+攝像頭+毫米波雷達(dá)檢測(cè)車輛周圍的道路環(huán)境，實(shí)現(xiàn)多傳感器功能互補(bǔ)。采用數(shù)據(jù)融合算法提取道路的車道線信息、障礙物屬性和障礙物運(yùn)行狀態(tài)信息，綜合分析給出警告信息，提醒駕駛員對(duì)車輛進(jìn)行相應(yīng)的控制，確保安全駕駛。多傳感器融合處理相關(guān)流程請(qǐng)參考下一頁(yè)。激光雷達(dá)的功用傳感器融合激光雷達(dá)的功用無(wú)人駕駛技術(shù)案例：激光雷達(dá)的功用激光雷達(dá)在民用級(jí)別有哪些類型，分別應(yīng)用場(chǎng)景是什么？三維激光雷達(dá)分為哪幾種雷達(dá)？激光雷達(dá)的功用2.固態(tài)激光雷達(dá)固態(tài)激光雷達(dá)具有數(shù)據(jù)采集速度快、分辨率高、對(duì)溫度和振動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)光束控制，探測(cè)點(diǎn)（點(diǎn)云）可以任意分布，例如在高速公路上主要掃描前方遠(yuǎn)處。側(cè)方掃描是稀疏的，但不是完全忽略側(cè)面稀疏掃描，在十字路口可以加強(qiáng)側(cè)面掃描。機(jī)械激光雷達(dá)只能以恒定的速度旋轉(zhuǎn)，不能進(jìn)行如此精細(xì)的操作。固態(tài)激光雷達(dá)通常分為相控陣、Flash和MEMS三種類型激光雷達(dá)的功用（1）相控陣固態(tài)激光雷達(dá)固態(tài)激光雷達(dá)采用相控陣原理實(shí)現(xiàn)，完全消除了機(jī)械結(jié)構(gòu)，通過(guò)調(diào)整發(fā)射陣中各發(fā)射單元的相位差來(lái)改變激光的出射角。光學(xué)相控陣通常由其相位的電子束掃描控制，因此也被稱為電子掃描技術(shù)。光學(xué)相控陣激光雷達(dá)的核心技術(shù)包括光學(xué)相控陣、光學(xué)集成電路和遠(yuǎn)場(chǎng)輻射模式，它是一種沒有機(jī)械固件的純固態(tài)激光雷達(dá)。激光雷達(dá)的功用（2）Flash固態(tài)激光雷達(dá)Flash激光雷達(dá)是一種發(fā)射面陣光的非掃描雷達(dá)，是一種聚焦于二維或三維圖像的激光雷達(dá)。雖然穩(wěn)定性和成本都很好，但主要問(wèn)題是探測(cè)距離很近?；谌S閃光技術(shù)的固態(tài)激光雷達(dá)在技術(shù)可靠性方面存在問(wèn)題。激光雷達(dá)的功用（3）MEMS固態(tài)激光雷達(dá)MEMS固態(tài)激光雷達(dá)是指將所有機(jī)械部件集成到一個(gè)芯片中，通過(guò)半導(dǎo)體工藝生產(chǎn)的MEMS。它消除了機(jī)械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，從根本上降低了激光雷達(dá)的成本。激光雷達(dá)的功用固態(tài)激光雷達(dá)可以探測(cè)150米的距離。響應(yīng)速度快，控制電壓低，掃描角度大，價(jià)格低。根據(jù)線束數(shù)量，固態(tài)激光雷達(dá)可分為單線激光雷達(dá)和多線激光雷達(dá)。顧名思義，單行激光雷達(dá)掃描一次只能產(chǎn)生一條掃描線，得到的數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)，因此無(wú)法區(qū)分目標(biāo)物體的三維信息。單光束激光雷達(dá)由于其測(cè)量速度快、數(shù)據(jù)處理能力低，在安全防護(hù)、地形測(cè)繪等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的激光雷達(dá)掃描視野很小，如果想要觀察360度°則需要添加一些激光雷達(dá)，激光雷達(dá)行數(shù)越多，覆蓋角越大。激光雷達(dá)的功用固態(tài)激光雷達(dá)可以探測(cè)150米~200米的距離。根據(jù)線束數(shù)量，固態(tài)激光雷達(dá)可分為單線激光雷達(dá)和多線激光雷達(dá)。單行激光雷達(dá)掃描一次只能產(chǎn)生一條掃描線，得到的數(shù)據(jù)是二維數(shù)據(jù)，因此無(wú)法區(qū)分目標(biāo)物體的三維信息。單光束激光雷達(dá)由于其測(cè)量速度快、數(shù)據(jù)處理能力低，在安全防護(hù)、地形測(cè)繪等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的激光雷達(dá)掃描視野很小。如果想要觀察360度°則需要添加一些激光雷達(dá)，激光雷達(dá)行數(shù)越多，覆蓋角越大。激光雷達(dá)的功用多線激光雷達(dá)可以同時(shí)產(chǎn)生多條掃描線。多線產(chǎn)品包括4線、8線、16線、32線、64線，分為2.5D激光雷達(dá)和3D激光雷達(dá)。2.5d激光雷達(dá)與3d激光雷達(dá)的最大區(qū)別是激光雷達(dá)的垂直視場(chǎng)范圍，前者的垂直視場(chǎng)一般不超過(guò)10°，而后者可達(dá)到30°～40°，這就導(dǎo)致了兩者在汽車上的安裝位置要求不同。激光雷達(dá)的功用3.機(jī)械式旋轉(zhuǎn)型激光雷達(dá)三維旋轉(zhuǎn)掃描激光雷達(dá)一般安裝在車輛頂部，可對(duì)道路、橋梁、護(hù)欄、立交橋、隧道、交叉口等基礎(chǔ)設(shè)施、道路車輛、自行車、行人、道路障礙物等目標(biāo)進(jìn)行三維逐點(diǎn)掃描，目標(biāo)的輪廓和位置信息形成三維激光雷達(dá)掃描點(diǎn)云地圖。激光雷達(dá)的功用請(qǐng)說(shuō)說(shuō)機(jī)械激光雷達(dá)的原理？機(jī)械激光雷達(dá)依靠旋轉(zhuǎn)部件來(lái)控制激光發(fā)射的角度，而固態(tài)激光雷達(dá)則依靠電子元件來(lái)控制激光發(fā)射的角度。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的原因，兩種激光雷達(dá)的尺寸不同。機(jī)械激光雷達(dá)體積大，價(jià)格昂貴，測(cè)量精度高，通常放置在車外。激光雷達(dá)的功用激光雷達(dá)應(yīng)用場(chǎng)景視頻演示激光雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用請(qǐng)思考：激光雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用有哪些應(yīng)用場(chǎng)景？車道線檢測(cè)目標(biāo)分類與運(yùn)動(dòng)跟蹤激光雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用（1）定位導(dǎo)航在運(yùn)動(dòng)定位中，位置傳感器提供了智能車的大致的定位信息，在此基礎(chǔ)上，激光雷達(dá)從環(huán)境中感知的信息用來(lái)在小范圍內(nèi)和已知地圖匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)位置傳感器定位的校正。激光雷達(dá)在定位中的最主要的作用就是對(duì)位置傳感器定位的校正。激光雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用（2)障礙檢測(cè)及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)跟蹤根據(jù)激光雷達(dá)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，利用點(diǎn)和線段特征來(lái)描述環(huán)境；提取出當(dāng)前時(shí)刻的點(diǎn)或線段特征，與已知地圖進(jìn)行匹配，從而得到車輛的位姿估計(jì)。這種方法需要建立環(huán)境的地圖，并在已知地圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行定位，解決對(duì)環(huán)境地圖的描述和地圖自動(dòng)生成問(wèn)題、環(huán)境地圖的匹配問(wèn)題、以及定位的精度問(wèn)題。在無(wú)人駕駛系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)障礙物的檢測(cè)常用的傳感器有雙目立體相機(jī)、激光雷達(dá)等。相比于雙目立體相機(jī)，激光雷達(dá)在深度信息的準(zhǔn)確性以及檢測(cè)范圍上要更為出色。激光雷達(dá)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的應(yīng)用(3)在車輛檢測(cè)與智能交通信號(hào)控制中的應(yīng)用在重要交通路口的信號(hào)控制系統(tǒng)中，通過(guò)地面三維激光掃描儀對(duì)道路一定距離進(jìn)行連續(xù)掃描，可以獲得道路上的實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的