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借助激光雷達(dá)透過云霧探測(cè)物體量程可達(dá)180m

智能駕駛或無人駕駛車輛必然是車輛智能化的發(fā)展趨勢(shì),目前全國(guó)各地多個(gè)城市都有相關(guān)智能車輛測(cè)試甚至落地運(yùn)營(yíng)的新聞。目前智能(無人)駕駛車輛多采用了一個(gè)或者多個(gè)激光雷達(dá)作為主要的障礙物檢測(cè)為智能駕駛提供環(huán)境的感知結(jié)果。

然而由于激光雷達(dá)的固有特性導(dǎo)致激光雷達(dá)在雨霧、灰塵環(huán)境中不要用,會(huì)將雨霧、灰塵識(shí)別成障礙物。有過無人駕駛開發(fā)經(jīng)驗(yàn)的工程師可能會(huì)體會(huì)比較深。這個(gè)問題的根本原因是幾個(gè)雷達(dá)的光束打到雨霧、灰塵上會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象,激光雷達(dá)接收到反射的激光,則判斷雨霧、灰塵為障礙物,造成誤識(shí)別。雨霧、灰塵造成的誤識(shí)別已經(jīng)成為激光雷達(dá)應(yīng)用中的難點(diǎn)。

針對(duì)此種情況,多次回波技術(shù)可以對(duì)激光雷達(dá)的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正,在雨霧等惡劣天氣下也能保持較穩(wěn)定的探測(cè)性能。

 借助激光雷達(dá)透過云霧探測(cè)物體量程可達(dá)180m

多次回波指的是激光雷達(dá)發(fā)射的光束打到一些物體上會(huì)發(fā)生反射和透射,透射的光再遇到物體還會(huì)發(fā)生反射,這樣激光雷達(dá)發(fā)射一束光就不只接收到一次反射光,而是接收到多次反射光,采用相應(yīng)的算法對(duì)多次發(fā)射光進(jìn)行處理,就是多次回波技術(shù)。

多次回波技術(shù),在很多激光雷達(dá)中都有應(yīng)用。最常見的處理方法就是采用最后一次回波,如果在雨霧、灰塵環(huán)境中,激光可以穿透雨霧、灰塵,并最終打到障礙物上,并反射,采用最后一次回波就可以把雨霧、灰塵濾除掉。當(dāng)然多次回波的作用是有限的如果雨霧、灰塵很大,激光完全穿透不了,依然會(huì)造成誤識(shí)別。例如:

假設(shè)雨霧和被測(cè)車輛之間的距離為L(zhǎng),雨霧回波信號(hào)Echo1的脈寬為Δt,只有當(dāng)雨霧與被測(cè)車輛之前的間距S>V光速×Δt/2時(shí),雨霧和車輛的回波信號(hào)Echo1和Echo2才能被區(qū)分開,雷達(dá)能測(cè)到兩個(gè)目標(biāo),通過算法處理,得到被測(cè)車輛的準(zhǔn)確距離。另外距離越近,雨霧的回波信號(hào)Echo1越強(qiáng),因此一般雨霧只會(huì)形成一次可以探測(cè)到的回波信號(hào),并非雨霧環(huán)境下全程都有回波信號(hào)。如下圖:搭建簡(jiǎn)易測(cè)試場(chǎng)景對(duì)多次回波技術(shù)的效果進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)中使用三角架支撐TF03激光雷達(dá),在降雨量較大時(shí)對(duì)應(yīng)開啟/關(guān)閉多次回波測(cè)量結(jié)果

 借助激光雷達(dá)透過云霧探測(cè)物體量程可達(dá)180m

無多次回波測(cè)試效果:根據(jù)測(cè)試結(jié)果,開啟多次回波后,測(cè)量誤差顯著減小,LiDAR可穿透一定程度水霧。同理,根據(jù)多次回波技術(shù)獲取到的數(shù)據(jù),結(jié)合特定的濾波算法,激光雷達(dá)同樣可實(shí)現(xiàn)一定程度的雨雪霧霾塵穿透。

 借助激光雷達(dá)透過云霧探測(cè)物體量程可達(dá)180m

現(xiàn)實(shí)生活中,絕大多數(shù)常規(guī)場(chǎng)景下,主要產(chǎn)生的為二次回波,三、四回波的情況相對(duì)較少,五次及以上的回波出現(xiàn)的概率近乎為零。在一些特殊場(chǎng)景中,如森林地區(qū)、莊稼地、草原等,多次回波出現(xiàn)的頻率會(huì)大大增加。綜合來看,激光雷達(dá)中使用的多為二次回波技術(shù)來實(shí)現(xiàn)雨霧穿透。

 借助激光雷達(dá)透過云霧探測(cè)物體量程可達(dá)180m

截至目前,結(jié)合雨霧算法(多次回波探測(cè)技術(shù))的工采網(wǎng)提供的激光雷達(dá) 長(zhǎng)距離傳感器 - TF03-180是一款工業(yè)級(jí)高速測(cè)量的激光雷達(dá),且量程可達(dá)最高180m。針對(duì)室外強(qiáng)光和雨雪霧環(huán)境①的補(bǔ)償算法,使其在強(qiáng)光和雨雪霧環(huán)境下依然可以正常工作。已成功在交通行業(yè)落地,可檢測(cè)國(guó)內(nèi)某交通流量項(xiàng)目、高速車速檢測(cè)等項(xiàng)目。

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