智能汽車激光雷達感知技術(shù)的研究分析（論文）

智能汽車激光雷達感知技術(shù)的研究分析摘要智能汽車的發(fā)展是為人類提供便利生活的重要工具之一，而現(xiàn)代智能感知技術(shù)的發(fā)展讓智能汽車的發(fā)展也走上了快車道，環(huán)境感知技術(shù)屬于一種智能的自動傳感器，可以對道路上出現(xiàn)的各種事物進行檢測識別。它的內(nèi)在元件主要有超聲波雷達、毫米波雷達、激光雷達和自組織網(wǎng)絡(luò)等。對于激光雷達在智能汽車上的應(yīng)用，其主要功能就是對車身周圍的信息進行檢測，通過一定的專業(yè)數(shù)據(jù)分析，為汽車的行駛提供最優(yōu)良的數(shù)據(jù)信息。近年來，隨著信息融合與人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，智能車的智能化水平也在不斷提升，智能車的應(yīng)用正逐漸從封閉園區(qū)、高速公路等相對簡單的交通環(huán)境向更加復(fù)雜的城市環(huán)境滲透。由于城市路況復(fù)雜、人車混行、存在大量GPS盲區(qū)，智能車周圍的動態(tài)目標多，且容易形成遮擋，這些因素給智能車的高精度環(huán)境感知帶來了極大的挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞：智能汽車；激光雷達；感知技術(shù)；發(fā)展趨勢目錄TOC\o"1-3"\h\u26147摘要 1626目錄 212767緒論 27615第1章概念界定 45656第2章工作原理及特點 5148042.1工作原理 597862.2激光雷達的優(yōu)點 682942.2.1分辨率高 6248922.2.2隱蔽性好 621382.2.3低空探測性能好 6120452.2.4體積小、質(zhì)量輕 671702.3激光雷達的缺點 721099第3章行車環(huán)境感知系統(tǒng)研究 756403.1行車感知系統(tǒng)作用 7150003.1.1車輛定位 8212193.1.2行車環(huán)境中各種目標的檢測和識別 8152353.2行車環(huán)境感知系統(tǒng)組成 9252943.2.1視覺傳感器 9103323.2.2激光雷達 9185813.2.3毫米波雷達 11275683.2.4V2X車路協(xié)同傳感器 12132423.3三維激光雷達工作原理 1220863第4章激光雷達發(fā)展趨勢 1314517結(jié)論 156893參考文獻 1624683致謝 17緒論據(jù)世界衛(wèi)生組織統(tǒng)計，2016年全球死于道路交通事故人數(shù)達到了135萬，這一數(shù)字每年仍在穩(wěn)步上升。研究表明，在道路交通事故成因中，人為錯誤占據(jù)了94%以上。根據(jù)NavigantResearch發(fā)布的報告，截至到2021年將達到14.47億輛。汽車保有量的增加在方便人們出行的同時，也增加了道路的負荷，甚至造成了交通擁堵。據(jù)中國交通部統(tǒng)計，中國每年因交通擁堵造成的直接經(jīng)濟損失高達2500億元人民幣，而擁堵帶來的財務(wù)成本仍然逐年在增加。此外，汽車數(shù)量的增加也引發(fā)了城市生存環(huán)境的持續(xù)惡化。汽車的尾氣中含有多種有毒氣體和揮發(fā)性有機物，汽車在擁堵情況下排放的污染氣體濃度遠高于在自由流狀態(tài)下。據(jù)統(tǒng)計加拿大多倫多每年因交通污染造成119人過早死亡，每日直接經(jīng)濟損失超過13億美元。智能車作為汽車領(lǐng)域的未來發(fā)展方向，對汽車行業(yè)以及交通運輸業(yè)具有非常大的影響，智能車依靠先進的環(huán)境感知與精確的車輛控制技術(shù)，解放了人類的雙手，免除駕駛員的駕駛負擔(dān)，減少甚至消除人為的錯誤從而降低交通事故率。此外，智能車通過精確的車輛控制可以提高道路的通行能力，減少車輛尾氣排放對環(huán)境的污染。因此，智能車的到來為解決上述交通問題提供了理想的方案。智能車可以看作是一個輪式機器人，要讓它從起點自主導(dǎo)航到目的地，必須要讓它知道三個信息：“在哪兒”，“要去哪兒”以及“要如何去”。“在哪兒”和“去哪兒”的信息主要依靠智能駕駛系統(tǒng)中的定位模塊獲取。目前，智能車定位的方法主要有兩種，一種是基于組合導(dǎo)航GNSS的定位方法，這種方法特別適合高速公路這樣空曠的場景，但是在城市環(huán)境下，樓宇林立、樹木環(huán)繞，會使得全球定位系統(tǒng)出現(xiàn)多徑效應(yīng)，近而導(dǎo)致定位失敗。另一種方法是通過融合車載激光雷達、攝像頭等傳感器輸出的環(huán)境特征信息建立高精度的環(huán)境地圖，然后依靠車載傳感器輸出數(shù)據(jù)與地圖地圖匹配實現(xiàn)車輛定位。該方法解決了智能車在林蔭道、隧道內(nèi)的定位問題，環(huán)境復(fù)雜度越高，智能車的定位精度越高。解決了“在哪兒”和“去哪兒”的問題，下一步就是依賴智能車的決策控制模塊從高精度的地圖中規(guī)劃出全局路徑，從而控制車輛沿著路徑自主導(dǎo)航。由于路況瞬息萬變，行車環(huán)境感知系統(tǒng)作為智能車的眼睛對保障智能車安全行駛起到了決定性的作用。近年來，在國家的大力支持下，我國的智能駕駛技術(shù)研究得到了突飛猛進的發(fā)展，智能駕駛技術(shù)也開始在各種環(huán)境中，特別是在一些相對簡單的封閉園區(qū)和無人礦區(qū)中進行了商業(yè)化應(yīng)用，但是對于車輛密度較高、交叉口錯綜復(fù)雜、人車混合的城市環(huán)境，目前的智能駕駛技術(shù)還難以應(yīng)對，尤其是城市環(huán)境下精確的行車環(huán)境感知技術(shù)還存在不足，這也是目前研究人員一直非常感興趣的問題，國內(nèi)舉辦的智能駕駛挑戰(zhàn)賽也在一定程度上推動了城市環(huán)境下的行車環(huán)境感知的相關(guān)研究工作。城市環(huán)境下的智能駕駛行車環(huán)境感知技術(shù)既有趣又非常具有挑戰(zhàn)性，它的進步既可以提高智能駕駛車輛的運行速度，同時也解決了復(fù)雜環(huán)境下的智能駕駛的難題。第1章概念界定激光雷達(LiDAR,發(fā)音為萊達)機載激光雷達是一種主動式對地進行三維直接觀察和測量的技術(shù),因此可以使用它晝夜工作。隨著計算機技術(shù)、GPS和其自身技術(shù)的發(fā)展和完善,機載激光雷達最近幾年受到了越來越多的重視。向需要檢測的物品發(fā)射激光束，然后通過對接收到從物品反射回來的數(shù)據(jù)進行分析比較，進行適當(dāng)處理后，就可以得到一定的物品相關(guān)信息，比如距離、速度、高度、形狀等參數(shù)，從而實現(xiàn)對一些目標飛行器的觀察。激光雷達LIDAR是激光探測及測距系統(tǒng)的簡稱，另外也稱為LaserRadar或LADAR(LaserDetectionandRanging)。將激光發(fā)射器作為發(fā)射激光的光源，然后運用光電的探測設(shè)備作為主動的遙感設(shè)備。激光雷達是一種不同于以往的高科技的探測設(shè)備，它將激光與光電探測融為一體，共同使用，可以發(fā)射并接收處理信息。發(fā)射系統(tǒng)也有多種不同的類別，比如人們可以理解的二氧化碳激光器、更為先進的可調(diào)節(jié)的固體激光器等。而接收系統(tǒng)就比較常規(guī)一些，例如可以運用擁有望遠鏡功能和光電探測技術(shù)功能的設(shè)備進行觀測，人們常見的和可以理解的有半導(dǎo)體光電二極管和紅外射線等。激光雷達通常使用的是脈沖和連續(xù)波兩種方式，探測的具體方法可以根據(jù)用途的不同而采用不同的方式，例如有瑞麗散射、拉曼散射、熒光等激光雷達。第2章工作原理及特點2.1工作原理LIDAR是將激光和諸多導(dǎo)航定位系統(tǒng)進行概括的一個系統(tǒng)，可以獲得相對精準的數(shù)據(jù)，最后形成精確的DEM。將三種技術(shù)相結(jié)合，可以精確掌握物品存在的形態(tài)。目前，人們熟知的數(shù)據(jù)模型包括地面數(shù)字模型和水文模型，兩者的共同特點是都可以通過激光進行探測，因此，它的英文名稱為LightDetectionAndRanging(LIDAR)。激光對于距離的測量和定位具有非常優(yōu)良的能力，往往可以將范圍縮小到幾厘米之內(nèi)。對于LIDAR系統(tǒng)的精確度分析，除了要考慮激光的因素外，還要對GPS和IMU測量單元進行考慮。隨著兩者的不斷高速發(fā)展，讓LIDAR系統(tǒng)的運用范圍更加精確了，擁有了更多的應(yīng)用平臺。LIDAR系統(tǒng)自身攜帶著一個窄帶激光和一個接收系統(tǒng)。它的工作方法就是將光脈沖發(fā)出，探測到物品之后反射回來，接收器接收處理，得出信息數(shù)據(jù)。因為光脈沖的傳播速度為光速，所以在整體的結(jié)構(gòu)中，接收器可以不間斷地接收到物體的信息，從而形成一整個工作流程；又因光速的可測算性，所以經(jīng)過一定的計算就可以得到物品的距離。同時。通過激光器的測算高度、掃描角度以及GPS定位，可以相對準確地得到一個物品所在方位的X、Y、Z坐標。同時，激光束的發(fā)射頻率非常高，在1s內(nèi)可以發(fā)射幾個到幾萬個脈沖信號，因此，接收器在一定時間內(nèi)就可以接收大量的數(shù)據(jù)信息。一般而言，LIDAR系統(tǒng)的地面光斑間距為2-4m。2.2激光雷達的優(yōu)點與普通的微波雷達進行比較，激光雷達因為運用的是激光束，所以它的工作效率要高很多，也有很多特點，主要如下。2.2.1分辨率高激光雷達對于物品的角度、距離和速度等各種因素都非常的敏感，對其有較高的精密度。因此，分辨率也會隨之提升。通常范圍內(nèi)在4km的距離可以同時對多個目標進行跟蹤分析，并經(jīng)過計算得出結(jié)果。分辨率的速率也大大提升，靈敏度得到了很大的提高。同時，可以獲得很高的清晰度，大大提高了人們對圖像和各項數(shù)據(jù)的分析能力。2.2.2隱蔽性好激光傳播的原理是直線傳播，方向感非常好，光束的距離也很窄，因此，只有在特定的傳播接收路徑上才可以接收到，在此情況下，被敵方識破的可能性就大大降低了，并且激光雷達的整體發(fā)射口徑和接收區(qū)域都非常的窄，所以干擾信號被接收到的概率很低。另外，自然界中對激光雷達存在干擾的影響元素很少，所以，激光雷達擁有很強的抗干擾能力，可以適用于多種復(fù)雜的環(huán)境。2.2.3低空探測性能好激光雷達的工作原理為只要照射到物體，物體就會發(fā)生反射，不會受到期間一些其他因素的影響，可以在任何高度進行工作，擁有強大的低空探測能力。2.2.4體積小、質(zhì)量輕與微波雷達動輒數(shù)噸重的重量比，激光雷達整體身形要小巧很多，發(fā)射設(shè)備的直徑一般只有幾厘米，整套系統(tǒng)也只有幾十斤，且拆裝方便，能在任何需要的地點進行架設(shè)，操縱起來更加容易一些，且價格很低，可以被大多數(shù)人所接受。2.3激光雷達的缺點激光雷達也存在一定的缺陷，首先就是受天氣的影響比較大，在正常晴朗的天氣里，激光的傳播范圍非常遠，不受任何影響，而當(dāng)遇到一些比較惡劣的天氣時，它的傳播距離就會大打折扣，受到極大的影響。比如工作波長為10.6μm的激光，是現(xiàn)有市面上在大氣中傳播性能最好的一種，但在惡劣天氣中它的運行效能會比良好天氣低6倍；激光雷達的波束過于狹窄，所以在搜索目標時就很困難，對于目標的檢測效果和截獲概率大大降低，搜索的范圍變得非常小，所以，激光雷達的使用就只適用于一些特定的小目標。第3章行車環(huán)境感知系統(tǒng)研究3.1行車感知系統(tǒng)作用而在智能駕駛系統(tǒng)中，行車感知系統(tǒng)主要承擔(dān)了兩個主要作用。首先是車輛定位，無人車必須實時、準確地知道它當(dāng)前的位置以確定其應(yīng)該如何行進；其次是行車環(huán)境中的目標檢測和識別，車輛必須感知其周圍環(huán)境并檢測靜態(tài)物體以及移動的交通參與者，同時要估計出移動目標的速度和方向以便預(yù)測其未來的位置和確定未來哪個空間是空閑的以避免事故的發(fā)生。只有這兩個任務(wù)都能完成，才能實現(xiàn)智能車安全自主的行駛。3.1.1車輛定位智能車定位通常采用兩種方式，一種是利用慣導(dǎo)和全球定位系統(tǒng)如GPS、北斗等構(gòu)成組合導(dǎo)航系統(tǒng)來實現(xiàn)定位。這種方式在高速路、空曠地帶可以實現(xiàn)較高的定位精度。但是在城市場景中，樓宇環(huán)伺、樹蔭茂密，隧道、林蔭道、地下停車場分布眾多。在這種環(huán)境下GPS信號會出現(xiàn)多徑效應(yīng)、甚至被遮擋，無法只依賴GPS進行定位。在城市環(huán)境下最常用的定位解決方案是結(jié)合三維激光雷達、圖像和全球定位信息建立高精度地圖，然后將車輛行駛時采集的三維點云和GPS數(shù)據(jù)與地圖進行匹配，從而實現(xiàn)智能車厘米級的定位。3.1.2行車環(huán)境中各種目標的檢測和識別智能車在城市環(huán)境中行駛，首先要遵守交通規(guī)則，按照車道線、標志標線、紅綠燈狀態(tài)行駛，這就要求智能車能夠?qū)崟r、精確地檢測出行車環(huán)境中的道路邊界和道路標志標線的位置和走向，以及沿途的各種限速、指示牌和紅綠燈的狀態(tài)。目前標志、標線的檢測還只能依靠攝像機來完成，而紅綠燈和指示牌的檢測一方面可以依靠高動態(tài)的攝像機，另一方面隨著LTE-V、5G的發(fā)展，車輛協(xié)同為遠距離、高精度地獲取交通信號燈和指示牌信息提供了一種理想的解決方案。此外，城市場景車流量密集，人車混雜，因此智能車需要對近、中、遠不同距離的障礙物能夠精確地檢測到所在的位置、類別、三維形態(tài)，以及運動趨勢。在近距離感知中，最常用的傳感器是單線激光雷達，一般測量范圍在0-20m，由于它輸出頻率和測距精度都非常高，非常適合做近距離的緊急避障。三維激光雷達可以對車輛周圍70m范圍包內(nèi)的行車環(huán)境進行三維建模，從三維點云中可以直接獲取物體的幾何形態(tài)，檢測精度可以達到，因此被常用于智能車的中距離目標感知。智能車在城市場景中進行車道保持、車輛跟隨時，需要實時、精確地獲取前方更遠處正在行駛的車輛的位置、速度和運動方向。在這種情況下，相機、三維激光雷達都不能很好的滿足要求。而毫米波雷達依靠多普勒效應(yīng)對移動中的車輛非常敏感，且檢測距離可以達到150m以上，常常用于智能車的遠距離感知。此外，近年來隨著DSRC、5G等技術(shù)的發(fā)展，車車通信、車路協(xié)同技術(shù)得到了大力的推廣，這些技術(shù)的使用可以顯著降低智能車單車成本，為智能車提供了一種超視距感知、信息共享的新手段。3.2行車環(huán)境感知系統(tǒng)組成3.2.1視覺傳感器視覺傳感器一直是智能駕駛汽車最常用于感知行車環(huán)境的傳感器之一。尤其是高分辨率彩色相機，它是檢測交通信號燈、車道線、交通標志標牌等目標的主要首選。和其它感知器相比，視覺傳感器價格較低并且體積小容易安裝在車上。此外，它可以提供車輛周圍豐富的環(huán)境信息，包括物體的顏色、紋理等，而這些信息對于目標的識別至關(guān)重要。智能駕駛汽車一般工作在室外環(huán)境，天氣、路況等復(fù)雜多變，因此視覺傳感器的性能除了受限于圖像中的照明變化，它的安裝位置以及車輛的運動狀態(tài)的變化同樣會影響視覺系統(tǒng)的可靠性。相機的曝光度受制于光照強度的變化，而在室外環(huán)境中經(jīng)常會出現(xiàn)背光、逆光的情況，當(dāng)出現(xiàn)逆光時，陽光會直射鏡頭而物體的反射也更強烈，進而導(dǎo)致相機過度曝光；而在背光情況下，會因為光線不足導(dǎo)致相機曝光不足。無論是出現(xiàn)曝光過度還是曝光不足的情況都會降低圖像的質(zhì)量，影響最終的目標檢測與識別的結(jié)果。在智能激光技術(shù)應(yīng)用中，視覺傳感器一般選擇安裝在車頂或者安裝在前擋風(fēng)玻璃處。相機安裝在車頂視野比較開闊，光線也比較好，但是需要做好外部防護措施，如果把它裝在前擋風(fēng)玻璃處，就不必考慮行車環(huán)境中雨、霧、塵等惡劣天氣對傳感器的影響，但是要解決車內(nèi)光照不足以及擋風(fēng)玻璃對鏡頭發(fā)光的難題。此外，無人車運動也會在一定程度上降低圖像質(zhì)量。由于相機的采集幀頻是一定的，當(dāng)智能車高速運動時，圖像采集會出現(xiàn)運動模糊，從而會損失部分紋理特征甚至?xí)a(chǎn)生錯誤的紋理。為了獲得質(zhì)量相對較高的圖像，我們選擇了兩個微視高動態(tài)相機CM-A1003-GM50/GC50，它是1.3M像素CMOS高速面陣相機，采用千兆網(wǎng)接口，在全幅面的分辨率下，幀率可以達到58fps,動態(tài)范圍可以達到140dB。為了檢測紅綠燈和交通標志標線以及其他障礙物，分別使用了8mm和25mm焦距的鏡頭從而可以檢測不同景深和視場角的目標。為了獲得最佳的視野。3.2.2激光雷達單目視覺主要受限于圖像中的照明變化，直接進行深度感知和夜視感知比較困難，這也限制了它們在真實駕駛場景中的應(yīng)用，同時也限制了安全駕駛的可靠性。雖然雙目視覺可以通過視差計算獲得深度信息，但是需要消耗較多的計算時間，立體視覺的精度也受限于標定質(zhì)量，并且在無紋理環(huán)境下（例如，夜間駕駛場景，積雪環(huán)境，大雨和強烈照明條件）下的性能較差，激光雷達的使用很好地填補了相機存在的不足。激光雷達視野較寬并可以直接進行測距，獲得車輛周圍物體的距離、角度以及反射強度信息，測距精度可以達到厘米級。此外，激光雷達是主動探測，不依賴于外界光照條件或者目標本身的輻射特性，只需要發(fā)射自己的激光束，通過探測發(fā)射激光束的回波信號來獲取目標的信息，因此對光線變化不太敏感，可以全天候工作。目前激光雷達按照線束的多少主要可以劃分為單線激光雷達和三維激光雷達。單線激光雷達只有單線束，只能提供有限的視場，為了補償視場的不足，設(shè)計了三維激光雷達，三維激光雷達采用了旋轉(zhuǎn)機制，并采用一對以上的發(fā)射和接收單元分布在垂直方向上，通過電機的旋轉(zhuǎn)形成多條線束的掃描。目前主流的產(chǎn)品有4線、8線、16線、32線、64線和128線三維激光雷達，線束越多，技術(shù)越難，價格也越昂貴。近年來，由于成本降低以及分辨率和范圍的增加，三維激光雷達傳感器開始成為物體檢測，分類，跟蹤和駕駛場景理解的有效選擇。（1）單線激光雷達單線激光雷達依靠發(fā)射器在雷達內(nèi)部進行勻速旋轉(zhuǎn)，產(chǎn)生同一高度的一排點陣。單線激光雷達頻率高，有效測距較短，在無人駕駛系統(tǒng)中它主要用于彌補其他傳感器存在的盲區(qū)，實現(xiàn)緊急避障的作用。（2）三維激光雷達三維激光雷達按照工作原理主要分為機械旋轉(zhuǎn)式和固態(tài)三維激光雷達。機械式旋轉(zhuǎn)三維激光雷達主要是通過機械方式改變掃描方向，由多束激光并排繞軸旋轉(zhuǎn)360度，每束激光掃描一個平面。在車載三維激光雷達領(lǐng)域，Velodye最資深，有著成熟的技術(shù)和豐富的經(jīng)驗，目前Velodyne能夠產(chǎn)出16線、32線、64線和128線激光雷達，如圖3.1所示Velodyne系列三維激光雷達。這種激光雷達的掃描頻率可以達到5-25Hz,它的掃描速度只受制于其激光發(fā)射單元的電子響應(yīng)速度，因此它可以做到比其它類型的雷達更高的掃描頻率。3.1Velodyne系列三維激光雷達此外，這種激光雷達在旋轉(zhuǎn)掃描時，其發(fā)射單元和接收單元時進行了時間同步，測量精度高，對邊界環(huán)境的抗干擾能力特別強固態(tài)三維激光雷達沒有了物理的機械旋轉(zhuǎn)部件，而是通過MEMS、相控陣或者Flash技術(shù)改變掃描方向，采用基于電子部件進行數(shù)據(jù)讀寫。由于固體激光雷達是通過電子元件進行波束控制，從而改變掃描激光掃描的方向，因此可以做到像圖像一樣非常高的掃描分辨率。固態(tài)激光雷達沒有了機械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，激光發(fā)射和接收器的數(shù)量也大幅度地減少了，降低了整個激光雷達的部件數(shù)量，使用壽命得到了很大的提升，同時體積也可以做的很小，大大降低了生產(chǎn)成本。因此，固態(tài)雷達是激光雷達未來的發(fā)展趨勢，也是智能車實現(xiàn)量產(chǎn)必不可少的感知器。如下圖3.2所示，速騰聚創(chuàng)展示的一款MEMS固態(tài)雷達，采用的是MEMS技術(shù)方案，替代了機械旋轉(zhuǎn)式結(jié)構(gòu)，使得機器更加緊湊，可完美嵌入任何車體。圖3.2MEMS固態(tài)雷達及點云圖3.2.3毫米波雷達毫米波雷達是在輔助駕駛系統(tǒng)中不可或缺的傳感器，目前已經(jīng)成為高檔車的標配。毫米波雷達，顧名思義就是工作在毫米波波段的雷達，其雷達波長介于1-10mm發(fā)射頻率介于10GHz-200GHz。與紅外、激光等光學(xué)導(dǎo)引頭相比，毫米波在煙霧、灰塵等惡劣環(huán)境下穿透能力更強，受天氣影響較小，傳輸更遠，且不受障礙物形狀、顏色的干擾，能夠全天候全天時工作，有效地彌補了攝像頭等車載傳感器在車載應(yīng)用中所不具備的使用場景。毫米波雷達發(fā)射毫米波然后再接收回波，通過反射波的時間差來確定目標與雷達的相對距離，通過計算反射波頻率的偏移量來確定目標與雷達的相對速度。目前根據(jù)毫米波雷達的工作頻段主要可以分為24GHz和77GHz毫米波雷達。24GHz毫米波雷達探測距離較短一般在15-30m,但是探測角度（FOV）大，在中短距離探測有明顯的優(yōu)勢，而77GHz毫米波雷達探測角度較小，但是探測距離較長，探測距離在150-250m,有的高性能毫米波雷達產(chǎn)品探測距離甚至能夠達到300m，可以滿足無人車對于中長距離目標的探測的需求。3.2.4V2X車路協(xié)同傳感器雖然智能駕駛技術(shù)近年來得到了突飛猛進的發(fā)展，但目前還只能在特定的場景下應(yīng)用，要實現(xiàn)乘用車智能駕駛商業(yè)化應(yīng)用還面臨著諸多地挑戰(zhàn)。目前智能車主要是單車智能，車輛行車感知依賴于車載傳感器，導(dǎo)致整車成本居高不下，此外車載傳感器感知范圍也很有限。V2X技術(shù)借助于無線通信技術(shù)，通過車與車，車與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施（如路上安裝的激光雷達、相機、毫米波雷達等傳感器），車與其他目標之間的通信可以實時、超視距地感知行車周邊的信號燈、標牌、行人、車輛以及突發(fā)事件，彌補了車載傳感器存在的不足，同時可以顯著降低智能車整車成本，提高道路行車的安全性。因此，V2X車路協(xié)同傳感器有望成為完整的智能駕駛汽車行車感知系統(tǒng)的必要組成部分。作為前期探索V2X在智能車系統(tǒng)上相關(guān)應(yīng)用，在車上部署了萬集的WV2X-921的車路協(xié)同系統(tǒng)車載終端，并在長安大學(xué)汽車試驗場的信號燈、交叉路口等地方部署了WV2X-L911路側(cè)終端，并開發(fā)了基于車輛協(xié)同感知系統(tǒng)，如圖2.10所示3.3三維激光雷達工作原理激光雷達本質(zhì)上是利用一種光學(xué)測量原理，對空間中物體的距離進行定位和測量。激光雷達的工作原理與眾所周知的雷達技術(shù)相同，但它不是使用無線電波，而是使用紫外、紅外或者可見電磁波譜中的光束。激光雷達用于測量傳感器系統(tǒng)與被測對象之間的距離，車載激光雷達通常使用飛行時間發(fā)來測量距離。測量距離基本上是與發(fā)射和接收激光脈沖之間的時間是成正比的，由于雷達到物體的距離的不同，點的分布密度變化很大，在物體的內(nèi)部，點密度隨著傳感器相對物體表面角度的變化而變化，當(dāng)三維激光雷達以一個傾斜的角度沿著建筑物、汽車等物體掃描時會產(chǎn)生非常稀疏的點。此外，與相機相比，三維激光雷達還缺乏顏色和紋理信息，因此僅利用三維激光雷達輸出的三維點云進行目標的識別有很大的困難。雖然激光雷達存在一些缺點，但是三維激光雷達更符合城市環(huán)境下的智能駕駛行車感知系統(tǒng)的要求。它可以全天候工作，同時可以直接獲得場景的三維空間數(shù)據(jù)，對復(fù)雜的城市環(huán)境精確的建模。第4章激光雷達發(fā)展趨勢響應(yīng)速度、驅(qū)動電壓、旁瓣壓縮等一些最基礎(chǔ)的科學(xué)技術(shù)對于激光雷達的影響比較大，分別影響著激光雷達系統(tǒng)的掃描速度和功率等，材料性能的提升也會促進整體的性能提升。同時，對于驅(qū)動電壓的縮小對降低系統(tǒng)的整體能耗具有重要的作用。OPA的旁瓣壓縮技術(shù)是通過對整體系統(tǒng)的掃描視角的不斷提升，來獲得更大范圍的掃描，分辨率的不斷提高也可以讓系統(tǒng)獲得更高的清晰度。因為，機械式的激光掃描設(shè)備安裝過于困難，并且系統(tǒng)較為龐大，所以，目前的市場價格還是很高。為了盡量彌補缺陷，降低價格，研發(fā)人員通過夜以繼日的研究終于解決了該問題。MEMS器件是一種從機械向固態(tài)轉(zhuǎn)變的過渡型方案，它的特點就是小型和速度快，并且MEMS擁有可以忍受較大熱壓的結(jié)構(gòu)，所以可以承受更多的激光能量，同時，它的整體單元尺寸過于龐大，所以它受環(huán)境影響的概率又提高了，振動等因素的不斷發(fā)展變化又讓它不斷提升。隨著激光雷達的不斷發(fā)展，整體數(shù)據(jù)性能的提升，它的圖像質(zhì)量也會提高，讓整體的設(shè)備發(fā)展中存在著各種發(fā)展的可能性，提升了人的使用過程，讓人對環(huán)境的分析程度得到了加深。相比于其他產(chǎn)品，液晶光學(xué)相控陣器件在整體空間架構(gòu)方面的商業(yè)化運用更為廣泛，它具有全固態(tài)、價格便宜、可以產(chǎn)業(yè)化制作的特點；缺點是它的反應(yīng)速度要稍微慢一些，光束的可轉(zhuǎn)向范圍要更小一些。經(jīng)過這么多年的發(fā)展，集成光波的單向控制芯片中擁有全固態(tài)、體積小的LiDAR解決方案得到了廣泛的發(fā)展研究；另一方面，硅基材質(zhì)的相控陣雷達也擁有了COMS的相同特點，價格降低，存在的缺陷是掃描速度還有待提升，可以通過采用硅基等離子體色散效應(yīng)的相位調(diào)制器來滿足更高速的應(yīng)用需求。從現(xiàn)有的相控陣芯片的相關(guān)性能分布上看，相控陣雷達的大規(guī)模集成將增大激光雷達的反射面積和提高分辨率，但它也會加大電級排布的困難性。因此，對于一種高精度、高效率、小型化的電極的發(fā)明創(chuàng)造就顯的極為重要了。目前在研究比較熱門的車載激光雷達領(lǐng)域，成熟商用的激光雷達大多是機械式激光雷達，行業(yè)龍頭Velodyne公司成立于1983年，經(jīng)過多年機械雷達研究的積累，行業(yè)地位很難動搖。LeddarTech公司是MEMS激光雷達的代表公司。國內(nèi)的相關(guān)激光雷達公司的成立普遍要晚一些，北科天繪等新興公司將大量的精力都投入到機械式激光雷達的改進方面，在MEMS的激