隨著自動(dòng)駕駛汽車(chē)與智能化工業(yè)機(jī)器人應(yīng)用從想象逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，汽車(chē)和工業(yè)廠商開(kāi)始尋求新的環(huán)境感知解決方案，力圖讓這些機(jī)器能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航，激光雷達(dá)（Light Detection and Ranging，LiDAR）便是該領(lǐng)域發(fā)展最快的技術(shù)之一。隨著其越來(lái)越成熟和可靠，應(yīng)用范圍也變得更加廣泛，在安防監(jiān)控、工業(yè)自動(dòng)化、土木建筑等領(lǐng)域同樣呈現(xiàn)了巨大的市場(chǎng)想象力，而ADI公司的高性能激光雷達(dá)相關(guān)產(chǎn)品系列則可以助力這些想象一一落地。

高分辨率深度感知檢測(cè)，激光雷達(dá)如何凸顯優(yōu)勢(shì)？

眾所周知，傳統(tǒng)雷達(dá)以微波作為載波，通過(guò)發(fā)射電磁波對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射并接收其回波，由此獲得目標(biāo)的距離、速度、方位、高度等信息，激光雷達(dá)（LiDAR）則利用激光器作為發(fā)射光源，通過(guò)發(fā)射激光束探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)，是激光技術(shù)與現(xiàn)代光電探測(cè)技術(shù)結(jié)合的先進(jìn)探測(cè)方式。

就汽車(chē)自動(dòng)駕駛應(yīng)用為例，采用激光雷達(dá)解決方案與車(chē)前車(chē)后各部署毫米波雷達(dá)和用于ADAS功能的攝像頭相較各有優(yōu)勢(shì)。準(zhǔn)確的環(huán)境感知和精確的定位是自動(dòng)駕駛汽車(chē)在復(fù)雜動(dòng)態(tài)環(huán)境中能夠進(jìn)行可靠導(dǎo)航，信息決策以及安全駕駛的關(guān)鍵，這兩個(gè)任務(wù)需要獲取和處理真實(shí)環(huán)境中的高度準(zhǔn)確且信息豐富的數(shù)據(jù)。傳統(tǒng)上，相機(jī)捕獲的圖像數(shù)據(jù)能夠提供二維語(yǔ)義和紋理信息，且低成本和高效率，是感知任務(wù)中最常用的數(shù)據(jù)之一，但是圖像數(shù)據(jù)缺少三維地理信息。雷達(dá)適合遠(yuǎn)距離檢測(cè)和跟蹤，激光雷達(dá)則提供更高的角分辨率，可以識(shí)別對(duì)象并對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。換句話說(shuō)，雷達(dá)適合檢測(cè)對(duì)象是否存在，激光雷達(dá)則能夠在雷達(dá)檢測(cè)到對(duì)象的基礎(chǔ)上提供關(guān)于該對(duì)象的具體信息。因此，由激光雷達(dá)收集的密集的、準(zhǔn)確的、具有三維地理信息的點(diǎn)云數(shù)據(jù)也應(yīng)用于感知任務(wù)中。此外，激光雷達(dá)對(duì)照明條件的變化不敏感，可以在白天和夜晚工作，即使有強(qiáng)光和陰影干擾。

激光雷達(dá)則提供更高的角分辨率，可以識(shí)別對(duì)象并對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)

雖說(shuō)雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)、定位導(dǎo)航傳感器三者兼?zhèn)涫亲詣?dòng)駕駛最理想的解決方案，但業(yè)界有試驗(yàn)證明，激光雷達(dá)已完全具備“獨(dú)自作戰(zhàn)”的能力，即便在沒(méi)有車(chē)燈照明的情況下也能正常工作。不過(guò)，集成在測(cè)試車(chē)輛上的傳統(tǒng)激光雷達(dá)系統(tǒng)價(jià)格高昂，目前多出現(xiàn)在高端豪華零售汽車(chē)中。據(jù)悉，ADI公司在真正非機(jī)械式且經(jīng)濟(jì)高效的激光雷達(dá)技術(shù)上進(jìn)行了大量投資，以促進(jìn)汽車(chē)激光雷達(dá)系統(tǒng)的采納成為主流，并使汽車(chē)供應(yīng)商和OEM能夠在客車(chē)中部署基于激光雷達(dá)的ADAS和自動(dòng)駕駛應(yīng)用。ADI公司擁有豐富的高性能信號(hào)鏈和電源管理元件，可用于構(gòu)建幾乎任何激光雷達(dá)系統(tǒng)，這些產(chǎn)品適用于脈沖或FMCW/連續(xù)波系統(tǒng)，以及構(gòu)建在900 nm至1500 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的系統(tǒng)。

滿足個(gè)性化需求的激光雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)參考

對(duì)于設(shè)備集成商而言，除了成本限制外，設(shè)計(jì)激光雷達(dá)系統(tǒng)時(shí)也會(huì)面臨一些技術(shù)挑戰(zhàn)，包括SNR最大化、最小可檢測(cè)要求、視場(chǎng)以及航位推測(cè)等，處理這些系統(tǒng)的功耗和散熱同樣是不小的挑戰(zhàn)。此外，客戶在開(kāi)發(fā)自己的激光雷達(dá)時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中會(huì)存一些不同之處：接收和發(fā)送光學(xué)器件、激光器的數(shù)量和方向、激光發(fā)射模式、激光束控制，以及光接收元件的數(shù)量。

不管做出什么選擇，在接收信號(hào)鏈和激光器驅(qū)動(dòng)信號(hào)要求方面，所有傳感器都高度相似。基于該假設(shè)，ADI公司設(shè)計(jì)出模塊化激光雷達(dá)原型制作平臺(tái)AD-FMCLiDAR1-EBZ，讓客戶能夠使用他們自己的硬件輕松配置或更換器件。該平臺(tái)根據(jù)特定的應(yīng)用要求設(shè)計(jì)，但仍可以用作整個(gè)系統(tǒng)。AD-FMCLiDAR1-EBZ 是ADI經(jīng)過(guò)實(shí)踐檢驗(yàn)的1D非掃描激光雷達(dá)開(kāi)發(fā)模塊硬件平臺(tái)，可以靈活地滿足個(gè)性化設(shè)計(jì)需求，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，并降低激光雷達(dá)開(kāi)發(fā)的復(fù)雜性。它包括可在客戶設(shè)計(jì)中集成的開(kāi)源軟件框架以及Matlab和Python的包裝器。

作為高性能的激光雷達(dá)原型制作平臺(tái)，AD-FMCLiDAR1-EBZ也是905 nm脈沖dToF激光雷達(dá)開(kāi)發(fā)套件。這個(gè)參考設(shè)計(jì)中選用的組件主要是針對(duì)長(zhǎng)距離脈沖激光雷達(dá)應(yīng)用。該系統(tǒng)采用905 nm激光源，由高速、雙通道4A MOSFET ADP3634驅(qū)動(dòng)。它還包括由可編程電源 LT8331供電（用于生成APD電源電壓）的First Sensor公司的16通道APD陣列。包括多個(gè)低噪聲、高帶寬的4通道LTC6561 TIA，一個(gè)AD9094 AD9094 1 GSPS、8位ADC，其在通道上的功耗最低，為每通道435 mW。

激光雷達(dá)技術(shù)多樣化場(chǎng)景應(yīng)用探討

事實(shí)上，除了在自動(dòng)駕駛應(yīng)用領(lǐng)域開(kāi)始導(dǎo)入激光雷達(dá)技術(shù)外，激光雷達(dá)在地理測(cè)量中的應(yīng)用已經(jīng)有一段時(shí)間，其可以快速精準(zhǔn)地獲取研究對(duì)象三維空間結(jié)構(gòu)參數(shù)、表面信息（回波波形、紋理、反射強(qiáng)度，反射系數(shù)、粗糙度等），也是唯一能測(cè)定森林覆蓋區(qū)的可靠技術(shù)，在未來(lái)的勘探測(cè)繪應(yīng)用前景同樣廣泛。

在修造建筑物時(shí)，激光雷達(dá)可用于實(shí)時(shí)監(jiān)視施工進(jìn)度，將這些測(cè)量結(jié)果與當(dāng)前原理圖進(jìn)行比較，并允許更新這些原理圖。它解決了精度、位置、圖像及其他點(diǎn)云數(shù)據(jù)方面的困擾，能夠在密度和精準(zhǔn)度上為整個(gè)建筑物生成更加直觀的3D模型，還可以對(duì)現(xiàn)有結(jié)構(gòu)進(jìn)行掃描，以更好地了解隨時(shí)間變化建筑進(jìn)度的完整性，使我們能夠更適當(dāng)?shù)卦u(píng)估翻新或重建的需求。

工廠和倉(cāng)庫(kù)區(qū)都屬于危險(xiǎn)之地，激光雷達(dá)則可幫助機(jī)械臂和移動(dòng)機(jī)器人（AGV）等運(yùn)動(dòng)部件測(cè)量系統(tǒng)到所關(guān)注物體的距離，改變路線以避免碰撞，甚至可在檢測(cè)到安全隱患時(shí)關(guān)機(jī)。在叉車(chē)等自動(dòng)駕駛應(yīng)用中，同樣可以使用 LiDAR 解決方案設(shè)置安全幕。而在長(zhǎng)途卡車(chē)運(yùn)輸和運(yùn)載車(chē)輛中，甚至可以將激光雷達(dá)用進(jìn)行裝貨量的估算等。

十年前，激光雷達(dá)還只是光成像測(cè)距和檢測(cè)的縮寫(xiě)，現(xiàn)在它已不僅僅是下一代汽車(chē)技術(shù)的代名詞，未來(lái)也將逐漸走向主流化，在工業(yè)自動(dòng)化、地圖繪制、土木建筑，VR/AR游戲等更多領(lǐng)域落地開(kāi)花。

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