摘要：目前我国科技发展迅速，促使我国汽车领域的快速进步。激光雷达在无人汽车领域中具有良好的有效性，能够切实推进无人汽车领域的健康稳定发展。本文主要是从激光雷达的基本情况分析入手，重点分析其原理、优势，介绍了其系统构成情况，阐明激光雷达在无人驾驶汽车领域的重要性，为推进无人汽车领域的良好发展提供一定借鉴和参考。
关键词：激光雷达；无人汽车；应用
引言
民用无人驾驶汽车受到现代社会自动化研究的飞速发展的影响，也受到了技术上的支持。无人驾驶汽车的研发也受到了很多企业或科研机构的青睐。
激光雷达技术诞生在传统雷达技术和现代激光技术相结合的现代社会，是一种先进的光学遥感技术。激光雷达的信息利用振幅和相位等作为载体。可以轻松地实现精准测速并实现三维位置定位，具有极大的测速范围和超强的抗干扰能力。本文具体说明了激光雷达技术在无人汽车领域的应用原理和优势，并分析了具体应用。
1激光雷达在无人驾驶中的重要作用
激光雷达LiDAR的全称为LightDetectionAndRanging，即激光探测和测距。其正好与雷达Radar的定义Radiodetectionandranging（无线电探测和测距）相对应。与雷达原理相似，激光雷达使用的技术是飞行时间（TOF，TimeofFlight）。具体而言，就是根据激光遇到障碍物后的折返时间，计算目标与自己的相对距离。激光光束可以准确测量视场中物体轮廓边沿与设备间的相对距离，这些轮廓信息组成所谓的点云并绘制出3D环境地图，精度可达到厘米级别，从而提高测量精度。
众所周知，雷达技术已经在许多具有高级驾驶辅助系统（ADAS）的量产车上装配使用。但是为了进一步提高检测精度和可靠性，在严苛的无人驾驶系统中激光雷达成为一种不可替代的传感器。2010年以来，随着ADAS技术不断进步，激光雷达在智能汽车产业也得到越来越多的重视。在ADAS中，激光雷达通过透镜、激光发射及接收装置，基于飞行时间原理获得目标物体位置、移动速度等特征数据并将其传输给数据处理器；同时，汽车的速度、加速度、方向等特征数据也将通过CAN总线传输到数据处理器；数据处理器对目标物体及汽车本身的信息数据进行综合处理并根据处理结果发出相应的被动警告指令或主动控制指令，以此实现辅助驾驶功能。
2激光雷达的基本原理
2.1物理原理
激光雷达作为现代的先进遥感技术，是利用对障碍物的反射的光的探测来得到目标物体的位置信息。现在，超短脉冲激光技术和高灵敏度的信号探测系统在不断地进步之中，使得激光雷达测量精度和空间分辨率更加高，探测的范围也越来越大。激光雷达工作时，会先由发射机发射一束激光束，激光束到达障碍物表面后，便由接收装置对反射的回波进行处理，提取其中有用的信息。将回波信号的时间隔、频率变化等上传至计算机将进行分析，便可以准确计算目标物体有效的信息，最后与激光器本身的位置以及发射激光束的方向相结合，便可以人工构建障碍物的位置及形状等信息。
2.2系统组成
激光雷达测量系统分为硬件部分和软件部分。其中，三维激光扫描器、速度传感器等装置属于硬件系统。软件则侧重结果性的输出形式，负责对数据的收集、信号的分析以及三维立体坐标的确定等方面。此外，还可以细分不同的软件模块，工程管理、数据采集、三维显示等分别对应不同的实际领域。其中，负责对数据的预先处理和计算的数据处理模块是整个系统的核心部分。
激光雷达工作时先采集数据，并将所得的初始数据保存与计算机中，并雷达与计算机的联系畅通。三维现实模块就是为用户提供扫描信息，模型的建立和数据的分析都属于此模块。输出模块是最终的成果，可以将包含测量物体的体积、变化量、报表的输出和生成等信息以报表的形式呈递给用户。
3优势
激光雷达在实际应用的过程中，表现出较多明显的优势：（1）清晰度和测量精度都较高。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆其中精度可以控制在2cm以内，角度分辨率为0．09°，从而较为清楚明确的绘制出周围的环境状况。（2）探测能力较强，测速范围较大。激光雷达能够全面的接收到障碍物的材质、位置。（3）拥有着较强的抗干扰能力。其实际应用过程中，一般不会受到其他红外线雷达光束的干扰。
4激光雷达在无人汽车领域的应用分析
4.1激光雷达应用方向
激光雷达测量工作进行中，能够充分有效探测出相应的信息和数据，构建起较为完整的三维数据体系，并加以良好显示。将激光雷达积极应用在无人汽车领域之中，将能够起到良好的效果。当前很多高级驾驶辅助系统的量产车之中，配置上良好的雷达技术，在推进汽车驾驶活动安全稳定开展方面具有积极作用。而无人驾驶系统之中，对于安全性、精度性等多方面要求较高，需要保证检测的可靠性和高精度性，简单的雷达技术无法满足无人驾驶领域的发展需求。激光雷达作为检测精度更高的现代化传感技术，对于无人汽车领域的总体发展具有积极意义。在激光雷达实际应用的过程，充分使用了接收装置、激光发射和透镜构件，借助于飞行时间原理，获取到目标物体的各项特征数据，包含位置、移动速度、距离，并将其传输到数据处理器之中。数据处理器能够开展切实有效的处理活动，发布出相应的指令，如主动控制指令、被动警告指令，发挥优良的辅助驾驶功能，便于无人驾驶汽车的正常运行。
4.2测距方式分类
（1）如果按照成像方式分类，可分为扫描成像雷达和非扫描成像雷达两种。将激光雷达和二维光学扫描镜结合起来，便构成了成像式激光雷达。成像式激光雷达对周围环境进行逐点扫描测量，借此来获取目标障碍物的位置信息。非扫描成像雷达则是先由分束器系统发出不同方向的光射向待测区域。被测物体表面散射的光被二维成像器接收，便可以通过对信息的分析构建立体位置图像。
（2）根据所发射光束数量来分类，则分为单线激光雷达和多线激光雷达。单线激光雷达工作时用一条激光束扫描一个区域，便可以计算障碍物与发射器的相对位置，多线激光雷达是指同时发射两条或两条以上的激光束为探测光的激光雷达，关键的旋转扫描电机最多可以同时发射64条激光束，扫描结果返回处理器中，处理器建立立体几何模型。在实际运用之中，多个激光器协调工作，并且每一个激光器都有一组单独数据来协助建立三维模型。
5激光雷达的发展趋势
5.1国内企业加速追赶，目标产品逐步成型
国内与国外比起来，在多线激光雷达上有较大差距，但是应用于服务机器人、扫地机器人的激光雷达并没有太大差别。国内的激光雷达产品多用于服务机器人、地形测绘、建筑测量等领域，尚未研制出可用于ADAS及无人驾驶系统的3D激光雷达产品。不过，随着智能汽车的浪潮从国外涌向国内，以镭神智能等为代表的多家国内企业也开始尝试进入车用激光雷达这个新兴行业。
5.2低成本化时代来临，路径选择求同存异
目前，应用于智能汽车的车用激光雷达尚未能够步入大规模量产阶段。除了技术、法律等因素外，高昂的价格也是阻止车用激光雷达市场化的障碍之一。以谷歌无人驾驶汽车为例，其使用的激光雷达就是Velodyne公司研制生产的64线束激光雷达，价格为至少50万元人民币。而Velodyne公司认为，车用激光雷达价格至少下降到1万元人民币以下，才有望实现大规模应用。因此，低成本化是车用激光雷达未来发展的基本方向。目前行业有三种方式来降低整个激光雷达的成本与价格：①降维，即使用低线束低成本激光雷达配合其它传感器；②用全固态激光雷达代替机械激光雷达；③通过规模效益降低激光雷达的单个成本。
结语
激光雷达技术属于先进的光学遥感技术，充分结合了传统雷达技术和现代激光技术的优势，该项技术充分利用相位、振幅的载体作用，能够快速实现三维位置定位目标，精确测量速度，且具有较强的抗干扰能力。激光雷达在无人汽车领域发展过程中具有积极意义，能够良好提升无人驾驶汽车的检测精度，扩展较大的检测范围，保障无人驾驶汽车运行的安全性和可靠性。
参考文献：
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[2]赵一鸣，李艳华，商雅楠，李静，于勇，李凉海.激光雷达的应用及发展趋势[J].遥测遥控，2014，35（05）：4-22.
论文作者:张守军,许伟伟,孙健
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/10/24
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