简述激光雷达的结构原理分类及特点?

简述激光雷达的结构原理分类及特点?,第1张

激光雷达发射器先发射激光,经过物体( O b j e c t ObjectObject )反射后被 C M O S CMOSCMOS (一种图像传感器,即图中 I m a g e r ImagerImager )捕捉,设捕捉点为 x 2 x_2x

2

。现过焦点 O OO 作一条虚线平行于入射光线,交 I m a g e r ImagerImager 于 x 1 x_1x

1

,由于 β \betaβ 已知,所以可得到 x 1 x_1x

1

的位置。记 x 1 , x 2 x_1,x_2x

1

,x

2

之间距离为 x xx,易得左右两个三角形相似,所以有:q f = s x \frac{q}{f}=\frac{s}{x}

f

q

=

x

s

,又有 s i n β = q d sin\beta=\frac{q}{d}sinβ=

d

q

,二者联立可得 d = s f x s i n β d=\frac{sf}{xsin\beta}d=

xsinβ

sf

.

这样就可得到物体到激光发射器的距离 d dd 了,激光雷达将这样的发射器和接收器组装在一起,经过机械旋转360°即可得到一周障碍物的距离。

TOF测距原理

由三角测距的计算公式不难发现,当距离 d dd 很大时,每变化 δ d \delta dδd 引起的 x xx 变化很小,导致精度下降,这就限制了测量范围。

而TOF(Time of flight)原理克服了测量距离这一难点,并且提高了精度:

TOF原理十分简单,就是利用光速测距。首先激光发射器发射激光脉冲,计时器记录发射时间;脉冲经物体反射后由接收器接受,计时器记录接受时间;时间差乘上光速即得到距离的两倍。

TOF原理看似简单,但是实现起来确有很多难点:

计时问题:由于光速过快,测量时间会变得很短。据网上数据得:1cm的测量距离对应65ps的时间跨度。这需要计时器的精确度很高。

脉冲问题:发射器需要发射高质量的脉冲光,接收器接受脉冲光的时候需要尽量保持信号不失真。

对于同一距离的物体测距时,得到的回波信号可能不一样,如下图的黑白纸,这就需要特殊的处理方式来处理。

但总的来说TOF原理的精度远远超过三角测距,只是由于诸多难点导致成本略高。像大一立项时因为没钱,所以用的三角测距的思岚A1,精度不是很高。而ROBOCON战队里的sick激光雷达就是TOF原理,精度非常高,贵是有道理的~

雷达分类

机械激光雷达

机械激光雷达使用机械部件旋转来改变发射角度,这样导致体积过大,加工困难,且长时间使用电机损耗较大。但由于机械激光雷达是最早开始研发的,所以现在成本较低,大多数无人驾驶公司使用的都是机械激光雷达。

MEMS激光雷达

MEMS全称Micro-Electro-Mechanical System,是将原本激光雷达的机械结构通过微电子技术集成到硅基芯片上。本质上而言MEMS激光雷达是一种混合固态激光雷达,并没有做到完全取消机械结构。

主要原理为:通过MEMS把机械结构集成到体积较小的硅基芯片上,并且内部有可旋转的MEMS微振镜,通过微振镜改变单个发射器的发射角度,从而达到不用旋转外部结构就能扫描的效果。

大致原理如下图:

相控阵激光雷达

两列水波干涉时会出现某处高某处低的情形:

光学相控阵原理类似干涉,通过改变发射阵列中每个单元的相位差,合成特定方向的光束。经过这样的控制,光束便可对不同方向进行扫描。雷达精度可以做到毫米级,且顺应了未来激光雷达固态化、小型化以及低成本化的趋势,但难点在于如何把单位时间内测量的点云数据提高以及投入成本巨大等问题。

动态原理图如下:

FLASH激光雷达

FLASH激光雷达原理非常简单:在短时间内发射出一大片覆盖探测区域的激光,再以高度灵敏的接收器,来完成对环境周围图像的绘制。

激光雷达的数据

分成N份

分成M份

N线点云数据

1线点云数据

时间戳

1个点云数据

点云数量M

X方向偏移量

Y方向偏移量

Z方向偏移量

反射强度

激光雷达数据的处理顺序一般为:

数据预处理(坐标转换,去噪声)

聚类(根据点云距离或反射强度)

提取聚类后的特征,根据特征进行分类等后处理工作。

激光雷达数据的处理顺序一般为:

数据预处理(坐标转换,去噪声)

聚类(根据点云距离或反射强度)

提取聚类后的特征,根据特征进行分类等后处理工作。

6月14日,美国芯片公司博通在美国证券交易委员会(SEC)官网发布财报,博通表示,受到华为等公司影响,其年销售额将比预期削减20亿美元。

博通成为华为事件影响下首个对营收影响做出量化预估的大型芯片厂商。在电话分析师会议上,该公司总裁兼CEO陈福阳(Hock Tan)称,环境的不确定性引发了对增加订单和主动减少库存的担忧。

博通净利同比降81%,股价跌超8%

当日,博通公布了截至5月5日的2019财年第二季度财务业绩,并宣布更新其2019财年业绩预期。该公司净收入为55.17亿美元,同比增长10.0%,持续经营业务的营收为29.49亿美元,同比增长20.1%,但净利润(含有非持续经营业务的影响)为6.91亿美元,同比下降81%。

这样的业绩未能达到此前FaceSet调查的分析师预期,后者预计博通该季度收入为56.8亿美元。不仅如此,博通宣布下调2019财年的收入预期,从245亿美元减少到225亿美元。此举,导致博通股价在盘后交易中小幅上涨后即暴跌超过8%。

从具体业务来看,博通最大的业务部门半导体解决方案的收入为40.9亿美元,低于此前分析师预计的41.8亿美元,同比下降了9.9%;基础设施软件部门虽然收入大幅度提升至14.13亿美元,但其包含了包括其2018年收购的CA业务;知识产权业务也减少了1400万美元收入,仅为1600万美元。

这家总部位于美国圣何塞的公司制造了一系列射频芯片和电路,这些芯片和电路被用于移动电话和移动网络基站内部。总裁兼CEO陈福阳表示,截至11月的2018财年中,来自华为的收入约为9亿美元,这占其总收入的4.3%。

业界预估华为禁令将产生达百亿美元影响

2019年5月,美国商务部将华为列入“实体清单”,禁止企业在未经许可的情况下向华为提供来自美国的产品和技术。在这后,甚少有向华为发货的美国公司在财务报告中提及这一影响的具体表现。但随着博通的披露,业界预估这将产生达百亿美元的影响。

华为是美国芯片行业最赚钱的客户之一。据业内人士表示,华为曾是博通的第一大客户,在交换机等产品中使用博通芯片。

2018年底,华为公布的92家核心供应商名单中有33家美国公司,占比最高。华为曾披露,2018年其700亿美元采购预算中,约有110亿美元用于购买来自美国公司的零部件。华为的采购对象包括,为其提供智能手机芯片的高通和博通,为其提供基站组建的英特尔和软件的甲骨文,以及其他美国众多小型技术供应商。

据通信媒体报道,一些规模较小的芯片公司已经警告称,对华为的禁令将侵蚀它们的收入。生产射频产品的Qorvo Inc.和生产光网络产品的Lumentum Holdings Inc.上个月双双下调了约5000万美元的季度收入预期。

行业人士认为,美国商务部的命令还可能会影响到华为非美国供应商,因为这些公司业务涉及到美国。有知情人士告诉记者,Arm此前告诉员工必须暂停与华为的业务往来,就是因为其有部分技术研发位于美国,而美国政府或以此为借口要求Arm停止与华为的业务往来。

不仅如此,谷歌也调整了与华为的业务关系。5月20日,谷歌总部回应记者称,其正在遵守美国政府对华为的命令,并审查其影响。不过,该公司也表示这一举措并不影响华为现有设备运行。

在“实体清单”事件之后,华为开始陆续为其自有产品造势。最先做出反应的是芯片部门,5月17日,华为海思总裁何庭波在至员工信中披露,“备胎”转正。华为消费者业务CEO余承东随后响应,并表示消费芯片一直作为其“主胎”使用。接下来,华为在世界各地注册其自有 *** 作系统商标。

在一系列自有产品陆续披露期间,华为董事长任正非接受媒体采访时表态,禁令下来,华为增长速度会下降,但不会造成公司的负增长,或者对产业造成伤害。事实上,华为已在中国移动40个城市的招标中中标37个。

CEO:地缘政治的担忧导致需求削减

博通起源于惠普1961年开始的半导体业务。上个世纪九十年代,惠普CEO卡莉•菲奥莉娜一连串 *** 作引发惠普大变革,1999年将惠普起家的包括半导体的测量设备业务剥离成立安捷伦。2005年,KKR和银湖两个善用杠杆交易的资本方联合从安捷伦手中以26.6亿美元买走了半导体业务改名为安华高。

1953年出生在马来西亚的陈福阳2006年开始担任安华高的CEO,公司在2008年上市。2007年开始,安华高陆续收购各种资产,2013年进入高潮,当年底其以66亿美元并购了LSI,而2016年其以370亿美元收购了博通。随后,安华高更名为BroadcomLimited(博通)。

2018年4月,博通宣布已将总部迁回美国。因为在宣布这一决定的几周前,美国总统特朗普曾以国家安全为由下令禁止该公司以1170亿美元收购高通的交易。迁回美国,虽然会面临更高的税率,这将使该公司每年增加约5亿美元的支出,但是这将令博通收购美国公司时避开美国外国投资委员会的审查。

博通公司总裁兼CEO陈福阳在白宫宣布把总部从新加坡迁往美国。

从博通的一系列动作来看,其正在积累现金流。财报中,博通宣布以13.3亿美元回购并注销470万股股票,而该公司CFOTomKrasue表示,第二季度创造了25亿美元自由现金流的新纪录,同比增长了20%。尽管市场环境充满挑战且收入前景不断变化,但仍然预计这一年增加的现金流比例为两位数。

陈福阳表示,虽然博通技术产品的潜在需求仍然强劲,但是地缘政治的担忧导致这些需求的削减。这些影响还将蔓延到第二季度,博通称由于无线业务销售疲软以及局势紧张,收入将比去年同比增长10%,至55.2亿美元。这一数字不仅低于第一季度,而且低于FaceSet调查的分析预期。


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