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深度解讀

美國國防部研發芯片式激光雷達

星之球激光 來源:車雲(yun) 網2015-06-02 我要評論(0 )   

最近,美國國防部先進項目研究局(DARPA)研發出了一種新型的芯片式激光雷達。

   在無人駕駛或自動駕駛技術中,雷達是核心傳感器件之一。它的發展毫無疑問決定了無人駕駛技術的落地速率。最近,美國國防部先進項目研究局(DARPA)研發出了一種新型的芯片式激光雷達,號稱成本更低、效率更高,而且從名稱上就可以看出來,它小到可以被放到微型芯片上,應用範圍更廣。那麽,這一芯片式激光雷達到底是個什麽東東?

我們(men) 平時所說的雷達,從(cong) 發射源上可分為(wei) 兩(liang) 種:Radar和Lidar。Radar(RadioDetection & Ranging)是一種使用無線電作為(wei) 其能量源的傳(chuan) 感器,主要用於(yu) 探測目標物體(ti) 是否存在並確定目標距離和角度位置。Lidar(Light Detection & Ranging)是一種激光器作為(wei) 輻射源的雷達,是激光技術與(yu) 雷達技術相結合的產(chan) 物。激光因其方向性好、探測距離精度高的特點,在軍(jun) 事和商業(ye) 上越來越受到重視。

  車載雷達如果用的是Radar,多可藏在汽車的保險杠後,或是嵌入到車體外殼裏。但是對於以激光器作為發射源的雷達Lidar,大都基於簡單的機械轉動裝置,這個裝置往往過於笨重,就像在車頂倒扣了一個“水桶”一樣。
  因此,近10年來,在自動駕駛汽車激光雷達傳感器的選配方麵,國內外高校和科研機構多選擇使用美國Velodyne公司生產的車載64線激光雷達,它能對本車周邊半徑70米範圍內的環境進行三維掃描,以3D激光點雲的方式呈現,給予自動駕駛汽車的智能決策係統提供周圍環境最原始的判斷依據。但由於其體積大且價格比較昂貴(約合人民幣70萬元),汽車廠商是基本不會選擇使用64線激光雷達的傳感器配置方案,而是選擇使用低成本的毫米波雷達加立體視覺的解決方案。
  毫米波雷達加立體視覺的傳感器解決方案可以把硬件成本控製在10萬元(人民幣)以內,不到64線激光雷達價格的1/7,但是依靠多攝像頭進行車輛自身定位和周邊障礙物的檢測及位置估計,在算法實現上較激光雷達來得複雜,實時性和可靠性也有待提高。

日前,美國國防部先進項目研究局(DARPA)研發出了一種新型的芯片式激光雷達,不僅(jin) 體(ti) 積小,而且成本低、效率高,芯片上的微型激光掃描儀(yi) 可以輔助自動駕駛汽車精確感知周邊環境、提高車輛自身的定位精度、實時快速地檢測附近的動/靜態障礙物等等。DARPA將該芯片式激光雷達命名為(wei) Sweeper(Short-range Wide-field-of-viewExtremely agile Electronically steered Photonic EmitteR,短距、寬視場、極度靈敏的電子掃描光學發射器),它每秒鍾的發射頻率是100,000Hz,比目前最快的激光器還快10,000倍。

  試驗證實,Sweeper水平掃描角度能達到51度,雖然相比於VelodyneHDL 64線激光雷達的360度水平角要小很多,但它已經是目前微型激光掃描儀所能達到的最廣水平視野範圍了。如果想要得到周邊360度的全景覆蓋,可以用多個這樣的微型激光掃描儀通過安裝在不同位置,選取不同的傾斜角度,對周邊環境進行掃描,然後通過激光器的標定進行數據融合,最後將掃描數據整合到1張全景圖中。
  據介紹,這種新型的激光雷達小到可以被放到微型芯片上,且它對激光束的控製不依賴於任何的機械轉動裝置,而是使用許多微型的發射器陣列,根據光學相控陣列的原理,通過對所發射激光束與其他激光束的疊加或抵消,來形成指向特定方向的激光束。研究人員開發了有史以來最複雜的二維光學相控陣列,將光學和電子器件集成到了一塊單獨的芯片上,該陣列能產生高分辨率的光束方向圖,將來可能會為環境感知和三維成像領域帶來革命性的進步。
  DARPA研發低成本、小體積、高效率的芯片式激光雷達有望進一步促進自動駕駛汽車和智能機器人的商業化前景。當然,除了車載激光雷達之外,該芯片式激光器還可用於自主導航、檢測發現生化武器、目標的精確打擊、生物醫學成像,三維全息影像和超高速率數據通信等其他軍事和商業化技術應用領域。

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