激光雷达

激光雷达技术课程报告

课程名称：激光雷达技术

班级：113121

姓名：张栋

学号：20121003790

专业：遥感科学与技术

日期: 2015 年1 月14 日

激光雷达在汽车产业和公路交通中的应用研究意义：

1.有效提高汽车的安全性能：

为保障汽车驾驶时的舒适性和安全性，世界各国对汽车防撞技术的研究和发展投入了大量的人力、物力和财力。据统计，危险境况时，如果能给驾驶员半秒钟的预处理时间，则可分别减少追尾事故的30％，路面相关事故的50％，迎面撞车事故的60％，所以现代汽车安装各类雷达系统以保障行车安全。[1]

2.检测车身零部件的精度：

激光雷达的检测系统是有着诸多优点,其中包括高精度、适用能力强以及较高的可靠性,才能够飞速的发展。激光雷达的检测技术在汽车产业中可适用的项目种类较多。激光雷达系统能够用来测量较复杂位置的尺寸。例如可以测量汽车的凸轮轴、曲轴以及阀座等零部件的长度、直线度、垂直度和密度等。这些尺寸的分辨率可达到,重复的精度可达到0.2;am。

3.通过逆向设计，节约汽车生产成本：

激光雷达扫描系统的快速成型技术主要应用于样件汽车模型的制作和模具的幵发,这项技术能够较大的缩短新产品的幵发周期,降低了开发的成本,并且能够使新产品的市场竞争力得到了提高。还能够应用在汽车的零部件上,多用于分析和检验加工的工艺性能、装配性能、相关的工装模具以及测试运动特性、风洞实验和表达有限元分析结果的实体等。利用激光雷达的非接触式测量、高精度、检测速度快等特点,在汽车车身的三维检测和幵发设计过程中,激光雷达得到了广泛的应用。利用激光雷达测量得到车身的点云数据,对车身进行逆向设计,将点云数据进行预处理,然后进行曲线、曲面、实体模型的重构,最终实现车身模型重现的目的。[2]

研究现状：

一、车载激光雷达的发展历史：

20世纪60年代，以欧美和日本为代表的一些在汽车行业领先的发达国家进行研究汽车防撞雷达。由于当时技术水平的限制，加上汽车主动防御没被完全重视的原因，尽管掀起的这股研究高潮中各个研究机构和汽车制造商合作并有了一些成果，局限于微波理论和硬件的技术水平和硬件系统的成本问题，雷达很难做到结构简单、体积轻巧和价格低廉。加上车载雷达工作的环境恶劣、干扰因素较多，当时的防撞雷达研究并不很理想。

1986年，奔驰公司发起，包括遍及欧洲的17家主要汽车生产厂和50多个研究所，制订了“Promtheus”计划，将组合传感器、通信、人工智能技术于一个系统中，其目的是改进汽车的安全性、经济性和有效性，其中研制出的性能优良的汽车防撞雷达，帮助驾驶员避免发生交通事故，是该计划的一个重要组成部份，该计划，随着微波器件及其集成技术的高速发展，以及微处理器性价比的突飞猛进，使得制造出低成主本、高性能的汽车防撞雷达成为可能，进入90年代后，德国在这方面的研究工作处于领先地位。

20世纪90年代中期以后，一些公司开始将注意力转向汽车的新型防撞雷达，这种新型防撞雷达应用于高速公路，称为“AICC"，即自主智能巡航控制。是汽车雷达发展的高级阶段，就实际情况看，国际上研制出的用于高速公路的防撞达基本上都只需完成向驾驶员提供危险警报功能，为驾驶员争取一定的反映时间。欧盟RadarNet研究项目整合己有研究成果，研制新型多功能汽车防撞雷达，其中，德国奔驰公司和英国劳伦斯电子公司联合研制的汽车防撞雷达工作于35GHz，探测距离150米，信号处理系统可以计算出前方车辆或障碍物的距离及相对速度，并根据后车速度计算出必要的安全距离，当两车距离小于安全距离时发出灯光和声音报警信号，安装在轿车、客车上试用，效果较好。美国防撞技术研究起步较晚，但目前已处于世界领先水平。主要代表有福特和Eatonlorad公司开发的汽车防撞雷达系统，其前方探测距离106米，可在探测范围内跟踪20多个目标，工作频率24.725GHz。国内对汽车防撞装置的研究相对比较晚，整体水平也相对较低。具有代表性是有:上海汽车电子工程中心研制的SAE-100型毫米波汽车防撞雷达样机，采用LFMCW制式，工作频率35GHz，测距范围大于100米，测速范围大于100km/h采用增益为26dB的喇叭天线，发射功率405mW，以DSP为中央处理器。

二、车载激光雷达发展现状：

1.自动泊车技术：

自动泊车系统一般在汽车前后四周安装感应器，这些感应器既可以充当发送器，也可以充当接收器。它们会发送激光信号，当信号碰到车身周边的障碍物时会反射回来。然后，车载计算机会利用其接收信号所需时间确定障碍物的位置。也有部分自动泊车系统采用保险杠上安装摄像头或者雷达来检测障碍物。总的来说其原理是一样的，汽车会检测到已停好的车辆、停车位的大小以及与路边的距离，然后将车子驶入停车位。

其工作模式为如下，当汽车移动到前车旁边时，系统会给驾驶员一个信号，告诉他应该停车的时间。然后，驾驶员换倒挡，稍稍松开刹车，开始倒车。然后，车上的计算机系统将接管方向盘。计算机通过动力转向系统转动车轮，将汽车完全倒入停车位。当汽车向后倒得足够远时，系统会给驾驶员另一个信号，告诉他应该停车并换为前进挡。汽车向前移动，将车轮调整到位。最后，系统再给驾驶员一个信号，告诉他车子已停好。

目前的自动泊车系统主要为半自动辅助系统，辅助倒车过程，还不能够实现全自动泊车。

2.ACC主动巡航技术：

ACC系统包括雷达传感器、数字信号处理器和控制模块。司机设定预期车速,系统利用低功率雷达或红外线光束得到前车的确切位置,如果发现前车减速或监测到新目标,系统就会发送执行信号给发动机或制动系统来降低车速,使车辆和前车保持一个安全的行驶距离。当前方道路没车时又会加速恢复到设定的车速,雷达系统会自动监测下一个目标。主动巡航控制系统代替司机控制车速,避免了频繁地取消和设定巡航控制,使巡航系统适合于更多的路况,为驾驶者提供了一种更轻松的驾驶方式。

当前应用到ACC系统上的雷达主要有单脉冲雷达、毫米波雷达、激光雷达以及红外探测雷达等。单脉冲雷达和毫米波雷达是全天候雷达，可以适用各种天气情况，具有探测距离远、探测角度范围大、跟踪目标多等优点。激光雷达对工作环境的要求较高，对天气变化比较敏感，在雨雪天、风沙天等恶劣天气探测效果不理想，探测范围有限，跟踪目标较少，但其最大的优点在于探测精度比较高且价格低。红外线探测在恶劣天气条件下性能不稳定，探测距离较短，但价格便宜。

3.自动刹车技术：

高致死率的汽车交通事故推动了自动紧急制动系统的发展。自动紧急制动系统的监测系统由一个嵌入格栅的雷达、一个安装于车内后视镜前端的摄像头及一个中央控制器组成。雷达监测汽车前方的物体和距离，而摄像头探测物体类型型。高清摄像头监测行人和自行车运动轨迹。中央控制控制器监测全局信息并分析交通状况。当出现状况时发出警示信号提醒司机，若司机未能及时做出反应，系统也将强制控制车辆制动。[1]

本田在全球率先开发出了时速60公里状态下也能紧急制动的技术。能够避免碰撞的最高时速比过去提高了一倍。丰田计划2015年度在批量销售的汽车上配备自动刹车系统。富士重工业也在14年5月份销售的旅行车“Levorg”上装载了避免冲撞时速为50公里的新型自动刹车系统“EyeSight”。

4.无人自驾技术：

福特公司推出的无人自驾汽车中使用。其名为“激光雷达系统”，本系统在车顶安装四个可旋转激光雷达传感器，持续向四周发射微弱激光束，从而实时勾勒出汽车周围360度3D街景，同时结合360摄像头以帮助汽车观察周围环境，系统将收集到的信息进行分析，区分恒定不变的固体（车道分隔，出口坡道，公园长椅等）以及不断移动的物体（受惊的小鹿，行人，迎面而来的车辆等），并将所有的数据都汇总在一起，再根据密歇根大学开发的算法判断周围环境，从而做出相应的反应。

总体上来说，本系统并不能真正意义上的实现无人自驾，发布会上福特开发副总裁也表示其主要是用来测试“最先进的辅助驾驶系统”，例如自动化自助泊车和避障技术。而富于创新激进的谷歌，目前也在研究无人自驾，同时尝试开发用无人自驾车载机器人送快递，开出租等激进的创意。另外，丰田也推出了一款类似福特的无人自驾系统，其也表示系统应该是“帮助驾驶员更加安全驾车的智能且又细心的副驾驶角色”，而不是真正意义上的无人驾驶。

5.汽车快速成型技术：

于1990年激光雷达的快速成型技术是在计算机技术、高分子材料技术、激