激光雷达lidar知识点滴

激光雷达lidar知识点滴
LiDAR（Light Detection and Ranging），是激光探测及测距系统的简称，另外也称Laser Radar [1] 或LADAR（Laser Detection and Ranging）。
用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。
激光雷达（英文：Laser Radar），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。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,就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,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。
本文参考文献链接
https://baike.baidu.com/item/%E6%BF%80%E5%85%89%E9%9B%B7%E8%BE%BE/2374379?fr=aladdin
https://mp.weixin.qq.com/s/ysETJJiUDSv2VwJti8A6pA
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https://maimai.cn/article/detail?fid=1727536333&efid=ytv0cEz1AFwodMFz5iwTzQ&share_channel=2&webid=eyJ0eXAiOiJKV1QiLCJhbGciOiJIUzI1NiJ9.eyJ1IjoyMjgyMzM0MzMsImZpZCI6MTcyNzUzNjMzM30.Fex0xrlsL5RMokoneoefZnpaiLYKjEdjEBC9onZWtaY&use_rn=1&_share_channel=wechat
激光雷达到底应该装在哪儿？

集度的双激光雷达方案引发热议。那么，激光雷达到底应该装在哪里？不同位置对其性能又有怎样的影响？

集度汽车机器人的双激光雷达方案一经公布，便引发了一场热议。
激光雷达到底应该装在哪里？这一看似琐碎的问题引得各位大佬亲自下场，李想、何小鹏和集度CEO夏一平纷纷发表见解。在集度之前，大部分车载激光雷达都是装在车顶或前保险杠的位置。车前盖上装两个可伸缩的激光雷达可以说是极具开创性的方案。
而考虑到实用性，这个方案到底怎么样？
01 理想与集度方案
集度对于其双激光雷达方案的描述是：不仅特色鲜明，外观非常加分，双激光雷达的配置也显示出安全优势。首先，双激光雷达的点云视场更广、更安全，相比单雷达设计的120度FOV，车头双雷达可实现水平180度的FOV覆盖。在“鬼探头”、左右有遮挡物等行车场景中，对左右横穿行人或障碍物的识别能力更强。其次，对车辆重点区域的识别更精准，在车辆正前方60度FOV的区域内，双激光雷达可做到加倍重叠，目标物上的点云数据更多，识别准确率更高。第三，在高阶自动驾驶的冗余安全方面，双激光雷达可互为安全冗余，比单激光雷达方案的可靠性更强。李想几乎是在第一时间发表评论： “在车顶上放一个，和在机盖或保险杠放两个，性能上没有任何区别，甚至头顶的单颗性能会更好。但是，在行人碰撞、维修成本和震动控制（链接主车体）上，都是车顶是最优的。唯一的问题是，车顶激光雷达的造型会需要适应，因为太像机动战士-高达了。” 当然，李想自家的理想L9就是用的车顶激光雷达方案。

第二天，夏一平也马上回应： “还是有差别的，120度的FOV和180度的FOV还是不一样的，解决的corner case也不一样，所以在产品的能力上和体验上甚至是安全性还是有差别的。” 对于这些优势，李想大概也是认可的。但同时他也认为，集度在量产时应该不会把激光雷达放在车前盖上，因为过不了最新的行人碰撞法规。据集度营销增长负责人张伽豪在媒体沟通会上表示，目前公布的激光雷达方案是在车前盖上左右对称安装两个激光雷达，可以升降的，不用时可以收缩。这是集度概念车的方案。不排除后续量产时改变安装方式的可能。
02 不同安装位置对覆盖面的影响
到底是车前盖上两颗的方案好还是车顶一颗的方案好？
目前来看，两种方案各有优缺点。
智驾网咨询了激光雷达系统量产解决方案供应商亮道智能，测试过国内外多款不同路线的激光雷达，并对激光雷达的量产有着深入的理解。亮道智能认为，安装高度的不同对于目标检测来说是有差异化的，越高地面线的盲区越大。但同时，视野会更好，可以越过前车检测到前前车。装车顶需要考虑到视场角（FOV）下边缘跟车顶盖的位置，所以根据车型的不同通常会有下倾几度的适配。装在引擎盖位置的话，一般引擎盖比较平，就需要激光雷达往上倾，牺牲掉一部分激光雷达的FOV。此处影响的主要是激光雷达的垂直FOV。一般垂直FOV较小，以理想和集度使用的禾赛AT128为例，水平FOV与垂直FOV分别为120度和25.4度。由于机械式激光雷达采用的是旋镜模式，水平FOV可达360度。但暂且只考虑垂直FOV。智驾君借用速腾聚创的一张图例来展示激光雷达安装在不同位置时对垂直视野的影响。可以看出，在垂直视场上，激光雷达安装位置越高，视野就越远，但近处的盲区就会相对较大。因而，从覆盖面上来说，如果采用的是在车顶安装一颗前向激光雷达的方案，在车辆四角补充2-4个中短距的激光雷达是比较安全的做法。这也是亮道智能认为比较合理的配置。当然，要视车企安装激光雷达的需求。在考虑性价比的前提下，如果更注重对近处障碍物的识别，选择在较低的位置安装激光雷达能尽量减小近处的盲区。如奔驰具备L3级自动驾驶辅助功能的EQS。由于要实现的L3级自动驾驶能力是在高速拥堵，车速小于60km/h时的自动驾驶，搭载的法雷奥第二代SCALA激光雷达装在前保险杠中间就能很好地达到目的。

但安装位置较低时也要考虑到容易被前方遮挡的问题，需要其他传感器的配合。

集度安装在车前盖上的方案属于比较居中的位置。在采用AT128激光雷达本身具备10%反射率下200米探测距离的前提下，可以得到适中的视野。如果是在高速场景下，一般近处障碍物较少，车顶激光雷达就能对远处有更好的视野。采用这个方案的包括蔚来ET7，包括理想L9。当然，土豪的话，全方位覆盖自然是最好的。集度双激光雷达方案的优势主要体现在水平FOV上。首先，由于目前上量产车的激光雷达基本以半固态为主，都达不到机械式的360度水平FOV。至于为什么不用机械式，一方面是贵，一方面是丑。理想L9和集度使用的禾赛AT128激光雷达水平FOV为120度。此时，使用两个激光雷达的优势就很明显了。在水平FOV上，单个激光雷达只能实现120度的覆盖，两个就能实现180度的覆盖。正前方60度的重叠区域内，由于点云密度高，识别能力也更强，精度更高。

当然，此处探讨的只是在所有其他变量都相同的情况下，单纯考虑安装在不同位置对FOV的影响。从实际效果上来说，自然还受到激光雷达自身性能的影响。就水平FOV，小鹏表示曾考虑过在车顶装两个激光雷达。“最开始想放两颗在车顶的，但是无论如何设计，都类似兔子的耙耳朵，后来还是放弃了。”
03 外观、工程等方面的影响
牵扯到了选择安装位置时其他方面的考量，比如外观。李想表示装在车顶唯一的问题是太像高达战士了，需要适应一下。

不得不说，理想L9的车顶激光雷达造型确实让人有些一言难尽，蔚来的处理就还算顺眼。
但不管怎么设计，在车顶装激光雷达就不免会多一个鼓包。这不仅影响外观，同时也会对车的风阻表现产生影响。

最终小鹏选择了装在两侧车大灯处，做隐蔽处理。

像最早搭载激光雷达的奥迪A8和奔驰EQS，激光雷达硬件也是集成在保险杠上，对外观几乎不产生影响。此外，在选择安装位置时还需要考虑工程问题等诸多细节。例如，亮道智能认为就工程角度而言，激光雷达装在车顶，受到甩泥、碎石撞击的影响也相对较小。但安装在车顶，对于清洗装置的使用很难把控。另外车顶在夏天可能因阳光暴晒导致温度过高，也会增加产品老化的速度。弹出式装机方案主要的挑战在于工程化的可靠性。比如说，使用过程中因为机械老化，震动等原因导致安装角度的偏移，对在线错位检测和纠正的要求较高。正如李想提出的，把激光雷达装在车前盖上，在行人保护方面存在隐患，无法通过最新的行人碰撞法规。当前市面上的车前盖普遍被设计得更软，富有弹性，就是为了在碰撞到行人时尽可能降低伤害，但安装激光雷达后显然无法满足这个要求。同时，车前盖的位置也容易在日常的小碰撞中变形，导致激光雷达容易受损，进而推高轻微事故的维修成本。激光雷达到底放在哪里，并不是个单线的思考题，综合考虑感知性能、安全、成本、外观和工程等多种因素后的平衡与取舍。
04 多激光雷达方案
如果不考虑成本的话，车顶安装一颗前向长距激光雷达，车身安装2-4颗中短距角激光雷达是比较合理且安全的方案。盘点几款不差钱的方案。
威马M7搭载3颗激光雷达，分别位于车顶和翼子板两侧，采用的是来自速腾聚创的M1，实现水平探测范围达330度。

高调宣称“4颗以下别说话”的沙龙汽车，更是为“机甲龙”配置了4颗激光雷达。机甲龙采用华为96线激光雷达，从官网图来看，4颗的位置应该是分别放在车顶一颗，车头两侧各一颗，以及车尾一颗。

同样采用4颗激光雷达方案的还有3月发布的路特斯ELETRE，搭载4颗雷达，有两颗可伸缩式的128线激光雷达，同样来自禾赛。布局采用前轮眉两个，车顶前后各一个。

多激光雷达方案采用的基本是前面所说的车顶前向激光雷达加四周补盲的方案，应该说在传感端的安全性是值得肯定的。
当然，考虑到激光雷达的成本，这几款车的售价都不便宜。
05 结语
2022被称为激光雷达上车元年。所谓元年，即是没有前人的经验可以参考。在激光雷达量产上车的过程中，要达到怎样的效果，采用什么样的技术路线，用几颗激光雷达，怎么安装，都还在探索中。正如现在尚无定论什么技术路线的激光雷达更优，安装在什么位置也没有定论，需要视主机厂不同的需求来确定。亮道智能表示，激光雷达的量产是个漫长的过程，从硬件落地到真正实现量产上车还有很长一段路要走。在与国外主机厂合作激光雷达上车量产时，对方会提供厚厚几本资料，其中详细罗列了工程要求。安装位置的考量只是极小的一个部分。国内的主机厂尚未形成这样的规范。各家采用什么技术，如何安装都还处于百花齐放的状态。激光雷达的上车量产有着多种可能。
路特斯搭载4颗激光雷达，禾赛，速腾聚创再下一城
2022年3 月 30 日消息，路特斯于伦敦时间 3 月 29 日 19:30（北京时间 3 月 30 日 2:30）正式发布旗下首款纯电 SUV 车型 ——ELETRE，新车有望于今年下半年在武汉智能工厂实现正式投产，2023 年在中国、英国以及欧洲市场上市。
第二款搭载4颗激光雷达车型
据悉Eletre搭载了4颗激光雷达，这是继长城机甲龙后第2款搭载4颗激光雷达的车型，给大家介绍一下该车型的驾驶辅助传感器情况。
路特斯Eletre除了搭载 2 颗英伟达 Orin 芯片，Eletre 搭载了 34 个驾驶辅助传感器：
• 4 颗激光雷达
• 6 颗毫米波雷达
• 12 颗超声波雷达
• 4 颗 200 万环视摄像头
• 7 颗 800 万辅助驾驶摄像头
• 1 颗车内摄像头
另外，Eletre 还搭载了 2 颗高通 8155 芯片，支持超级图像渲染、支持 3D 影像等功能。

据悉，路特斯Eletre 的激光雷达位于前挡风玻璃的顶部，以及两侧的前轮拱，为伸缩式激光雷达，配合车顶曲线、隐藏式门把手等设计，不仅让整车的造型十分美观，确保了超低风阻系数。

关于激光雷达供应商
从视频中激光雷达的位置推测，位于前挡风玻璃顶部的激光雷达主要是实现ADAS测距功能，属于长距激光雷达。位于前轮两侧的激光雷达应该是补盲作用为短距激光雷达。
Eletre前向激光雷达AT128
据了解长距激光雷达的供应商是禾赛科技，大概率采用禾赛科技的AT128，目前，禾赛AT128已经获得超过全球数百万台的主机厂前装量产定点，包括理想、集度、高合、路特斯等。

AT128核心指标

AT128图像级点云展示

AT128与其他典型混合固态激光雷达探测200米物体对比时长

AT128实测点云展示高清感知
据了解补盲激光雷达的供应商是速腾聚创，大概率采用速腾聚创的M1，除了路特斯，速腾的M1 目前也是全球唯一一款量产交付的车载固态智能激光雷达，已经拿到全球40+车型定点。包括上汽智己、广汽埃安、比亚迪、极氪、小鹏、Lucid等，除了乘用车还有商用车，如一汽解放等。

据官方介绍，M1 通过一系列专利技术，可以保障点云数据质量在各类驾驶场景中的安全可靠性，从产品侧消除业界的棘手难题。此外，M1 还内置污迹检测、智能清洗、智能加热、性能检测、电源管理、网路管理等配套功能，达到 ASIL-B 功能安全等级，以帮助车载感知系统达到 ASIL-D 的功能安全设计。

除了打磨高性能、车规级的硬件，速腾还有独特的软硬件创新——MEMS 二维扫描芯片技术赋予 M1 可智能变焦的「凝视」功能，也就是说 M1 可以任意改变横向和纵向的扫描速度从而改变扫描形态，且在收到指令后的下一帧即可完成切换。这项功能类似于摄像头的变焦技术，可以根据驾驶场景调节扫描方式，随时聚焦驾驶者关心的重点感知区域，提升激光雷达感知能力，帮助增强自动驾驶性能。

集度自动驾驶，纯视觉和激光雷达
4月18日，集度再次公开了一小部分其首款概念车型外观，此次重点在于车前灯和车前盖处激光雷达的设计，而激光雷达的上车意味着集度已经敲定了自动驾驶方案的硬件系统。
集度首款汽车机器人概念车前盖（图自集度）
集度智驾负责人王伟宝表示，集度SIMUCar（软件集成模拟样车，Software Integration Mule Car）迭代升级为2.0版本，其自动驾驶系统已加入激光雷达传感器，并与集度自研的高阶自动驾驶智能架构JET1.0（电子电气架构+SOA）实现融合。
据王伟宝介绍，SIMUCar 2.0阶段正在测试开发的纯视觉和激光雷达自动驾驶方案，在算法上可以相互独立，目的在于实现量产车在感知安全上的冗余。与传统方案相比，这两套自动驾驶方案互为备份、相互补充，既能自驱也可协同。
供应链方面，集度的选择是英伟达自动驾驶芯片Orin X和禾赛科技半固态激光雷达AT128。
集度采用了两颗激光雷达，相较于更多的激光雷达方案有一定成本上的优势，相较于单颗激光雷达方案的120度FOV（视场角），可以实现水平180度的FOV覆盖，从而加强汽车在“鬼探头”、左右有遮挡物等行车场景中的识别能力。此外，该方案可在车辆正前方60度FOV的区域内做到加倍重叠，这也是车辆需要重点识别的区域。
对于激光雷达方案的选择，王伟宝告诉界面新闻，集度就半固态或纯固态等方案进行过多方面研判，但作为量产车型，首要考虑点在于量产周期。
“所以激光雷达的产能状态，性能指标，比如FOV、感知盲区、整体尺寸、价格等等，整个（选择）基于所谓创业期的选型。”王伟宝说，“更多还是通过软件定义硬件的方式，考虑实现软件方案需要的是什么。”
与此同时，王伟宝表示，基于对传感器未来技术发展的预判，集度才会做出当下纯视觉和激光雷达相互独立的一套方案。“从视角上来看，随着下一个阶段算法的逐渐提升，传感器的性能可能会走向覆盖更加广泛的场景。”作为车企，希望单一传感器有更广泛的场景识别能力。
SIMUCar是集度用于前置自动驾驶功能和数字智能座舱等开发流程、提升量产效率的研发流程。据介绍，SIMUCar 1.0已在去年12月完成高速、城市双域融通，并在今年2月底完成了与集度智能架构JET1.0的融合适配。
王伟宝表示，SIMUCar1.0和2.0是小学和中学的关系。SIMUCar1.0阶段更专注于自动驾驶的基础能力建设，包括软件架构和相关基础功能逻辑的开发，并与底盘适配；SIMUCar 2.0是提升并形成基础能力的时期，其底层架构已升级为集度自研的高阶自动驾驶智能化架构JET（JIDU Evolving Technology），包含电子电气架构EEA和整车操作系统SOA。
在SIMUCar 2.0阶段，相关的域控制器和传感器，已逐渐达到量产状态，一些基础的自动驾驶能力，包括ADAS功能，泊车，智能交互等，都会逐渐达到量产状态。
不过软硬件解耦的研发方式，也会引起外界对于集度汽车在最终软硬件适配度方面的疑惑。
对此，王伟宝解释称，这一问题的核心在于团队所做的JET，后者几乎提供了所有智能化所涉及的整车电子电器架构，包括核心域控、传感器及其之间的通路等等，这可以保证车辆完成软硬解耦开发。
“今年年底的时候，真正跟真实的车辆去联调。”但由于95%甚至98%的软件开发功能已经基于JET开发完成，联调工作比例会非常小。

参考链接
https://baike.baidu.com/item/%E6%BF%80%E5%85%89%E9%9B%B7%E8%BE%BE/2374379?fr=aladdin
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