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軍工航天

激光雷達在大氣探測、目標捕獲等領域具有較廣泛的應用前景

2023-04-25 我要評論(0 )   

節能環保、新能源汽車、智能汽車成為(wei) 我國汽車發展方向,智能汽車主要是發展自主式智能汽車和網聯式智能汽車。自主式智能汽車和網聯式智能汽車要實現上述功能隻裝配普通...

節能環保、新能源汽車、智能汽車成為(wei) 我國汽車發展方向,智能汽車主要是發展自主式智能汽車和網聯式智能汽車。自主式智能汽車和網聯式智能汽車要實現上述功能隻裝配普通微波雷達是不能實現的,要實現上述功能,激光雷達是自主式智能汽車和網聯式智能汽車電氣係統控製係統中必不可少的元件。

激光雷達具有波束窄、體(ti) 積小、非接觸測量等特點,可探測雲(yun) 霧、氣溶膠、空中風場、空氣汙染物、溫濕度變化等多種參數。它采用光頻段進行探測,比毫米波高出幾個(ge) 數量級,探測精度比微波雷達更具優(you) 勢。因此激光雷達在大氣探測、目標捕獲等領域具有較廣泛的應用前景。


目前能在智能汽車上使用的掃描式激光雷達有機械式旋轉激光雷達、微機電係統掃描式雷達和相控陣激光雷達。機械式旋轉激光雷達(發射、接收、共軸旋轉的激光雷達)是目前比較成熟的,已有無人駕駛概念汽車試用機械式旋轉激光雷達裝置。基於(yu) 微機電係統的掃描式雷達目前屬於(yu) 技術研究狀態,它的原理是通過微機電係統掃描鏡來改變光路。相控陣激光雷達是通過逐點掃描的方式,即通過多個(ge) 小天線之間發射的激光的發射相位來改變光路而實現的。麵陣式激光雷達發射的就是一個(ge) 麵陣的光,主要問題在於(yu) 探測距離較近。


在飛行時間ToFLiDAR中,激光發出持續時間為(wei) τ的光脈衝(chong) ,在發射的瞬間激活計時電路內(nei) 部時鍾。從(cong) 目標反射的光脈衝(chong) 到達光電探測器時,會(hui) 產(chan) 生一種使時鍾失效的輸出電信號。這種電子測量往返ToFΔt可計算出目標到反射點的距離R。若現實中激光和光電探測器位於(yu) 同一位置,其距離R是由以下兩(liang) 個(ge) 因素影響:c為(wei) 光在真空中的速度,n為(wei) 傳(chuan) 播介質的折射率(空氣中折射率接近1)。這兩(liang) 個(ge) 因素影響著距離分辨率ΔR:若激光點的直徑大於(yu) 要解析的目標大小,則測量Δt和脈衝(chong) 的空間寬度w(w=cτ)的不確定性為(wei) δΔt。在典型汽車LiDAR係統中,激光產(chan) 生的脈衝(chong) 持續時間約為(wei) 4ns,因此最小光束發散角是必需的。


對汽車激光雷達係統設計者來說,最關(guan) 鍵的就是選擇光的波長。目前最受歡迎的兩(liang) 種波長是905nm和1550nm,對於(yu) 汽車LiDAR來說,由於(yu) 天氣條件和反射表麵類型可能性眾(zhong) 多,這是一個(ge) 複雜的問題。在現實的環境中,由於(yu) 1550nm的吸水率比905nm的更強,其實905nm的光損失更少。


激光雷達相關(guan) 技術算法在傳(chuan) 統關(guan) 鍵模塊上仍需實現更好的輕量化、精確性、魯棒性以及通用化,語義(yi) 地圖和深度學習(xi) 的融入已成為(wei) 趨勢,與(yu) 其他能實現自主定位源的傳(chuan) 感器如深度相機、毫米波雷達等進行多源融合亦是當前研究熱點,激光雷達相關(guan) 技術對無人平台實現自主智能化的發展必將產(chan) 生深遠影響。


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