传感器课程作业创新项目申报书--高分辨率3D激光雷达
传感器课程作业
创新项目申报书
一、项目简介（研究背景，意义以及研究内容）
1、项目背景
化石能源的日渐枯竭以及气候环境的恶化使得绿色节能可持续发展理念普世流行，其中交通减排是节能减排的主要途径，双碳目标的提出，新能源汽车替代传统燃油车已然成为不可逆转的趋势。各国大力推行科技创新，5G通信技术，动力电池的发展以及充电桩等新型基础设施建设的大力布局，使得智能电动汽车成为可能，智能网联电动汽车成为其中的主导技术趋势，技术的不断迭代升级，使得汽车逐渐走向电动化，智能化，自动化。自动驾驶成为各大智能汽车的重要卖点，然而用户更多关注的是自动驾驶的安全性问题。
2、项目意义
①自动驾驶需要环境感知，决策，执行来实现，其中环境感知尤为重要。就环境感知，目前市面上有两大主流方案，纯视觉方案以及激光雷达融合方案。特斯拉采用的纯视觉+机器学习方案，实现L3级的辅助驾驶，但是其交通事故涌现不断，数据不足，极端恶劣天气，复杂的路面状况下，纯视觉方案的环境感知都无法应对。本项目的高分辨率3D激光雷达可以应对上述的复杂情况，实现更加安全的L4级自动驾驶，解决用户对安全性的担忧，加速智能汽车对市场的渗透。
②L4级自动驾驶的真正实现，是人从枯燥乏味的驾驶任务中解放，节省时间，增加舒适性，提高人的工作效率。自动驾驶汽车与交通网络的实时通信使车路协同成为可能，提高交通系统整体的运行效率以及安全性，减少交通网络维护的人力成本。
③纯视觉方案是基于光学摄像头，其中光学摄像头的主流厂商大多为欧美国家，目前国内的市场份额以及利润都占比较少；而车规级的激光雷达由国内厂商率先突破，有实现千元级价格，使得激光雷达在智能汽车的普遍应用成为可能。大疆科技，华为科技，禾赛科技等国内厂商的不断涌现，在国际市场上占据着较大的市场份额。智能汽车将是超万亿级的市场，其中硬件将会是利润率最大的一部分，激光雷达的融合感知方案的流行，将会使中国智能汽车产业实现弯道超车，成为全球智能汽车产业主导者。
3.项目的研究内容
本项目主要是基于L4级自动驾驶的高分辨率车规级3D激光雷达，从而实现更具安全性的自动驾驶。当前，自动驾驶环境感知部分有两大技术路线：基于光学摄像头下的纯视觉+机器学习方案；基于激光雷达的融合感知方案。市面上激光雷达大多为机械式，价格高达70万以上，本项目的3d激光雷达是固态式MEMS，采用更少的激光收发模组，增加棱镜，在保证高分辨率的前提下，成本大幅下降，继而实现千元价格，使得激光雷达成为智能汽车环境感知的主流方案.
二、研究方案，研究的创新点
1.研究方案
激光雷达是激光探测及测距系统的简称，是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统，由激光发射机、光学接收机、扫描系统和信息处理系统等组成。其工作原理是向目标发射探测信号(激光束)，然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,即可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而实现对目标进行探测、跟踪和识别。激光雷达生成的通常是点云数据。
1）激光发射系统：激励源驱动激光器按一定周期发射激光脉冲，激光调制器通过光束控制器对激光的方向和线数进行调试，然后通过发射系统将激光射向目标；
2）激光接收系统：光电探测器接受目标物体反射回来的激光，产生接收信号；
3）信息处理系统：接收信号经过放大处理和数模转换，由信息处理模块进行分析计算，获取目标表面形态、物理属性等数据并建立 3D 空间模型。
4）扫描系统：以稳定的速度进行旋转，同时对所在平面的扫描，获取实时的平面图信息。本项目采用MEMS全新架构，引入微振镜，仅需一束激光光源就可以通过微振镜反射来实现多线数的效果，有效降低激光器和探测器的需求数量， 从而降低成本。
研究创新点
机械结构简化：毫米级尺寸的微振镜缩减了激光雷达的尺寸；
分辨率高：MEMS 微振镜可以精确控制光线角度；
更具性能优势：分辨率高，信号精度高，3D 空间建模，高性能，车规级，能够大规模量产；
本项目激光雷达产品实现功率与成本的平衡：针对 MEMS 激光雷达功率较低的问题，采用多线程微振镜激光测量模组技术做出改进。采用多个发射和接收组件，利用 MEMS 振镜的垂直扫描密度易于控制的优点，使同线数下激光雷达产品所含有的激光发射接收模组的数量处于机械激光雷达和 MEMS 激光雷达之间。
2021.11.13
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