激光雷達(dá)Lidar與毫米波雷達(dá)Radar：自動(dòng)駕駛的利弊

Lidar vs
Radar: pros and cons for autonomous driving

新型無人駕駛汽車的數(shù)量在緩慢增加，各種掃描設(shè)備使汽車生產(chǎn)商能夠制造出更獨(dú)立、更智能、更安全的自動(dòng)駕駛汽車。在本文中，我們將定義激光雷達(dá)或雷達(dá)遙感是一個(gè)更好的設(shè)備。

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What is LIDAR?

How does LiDAR remote sensing work?
Where is LIDAR used?
LIDAR vulnerability

What is RADAR?

How does RADAR work?
How is RADAR used?
RADAR vulnerability

Comparison of RADAR vs LIDAR

Advantages of LIDAR over RADAR
Advantages of RADAR over LIDAR

快速導(dǎo)航

什么是激光雷達(dá)？

激光雷達(dá)遙感是如何工作的？

激光雷達(dá)在哪里使用？

激光雷達(dá)易損性

什么是雷達(dá)？

雷達(dá)是怎么工作的？

如何使用雷達(dá)？

雷達(dá)易損性

雷達(dá)與激光雷達(dá)的比較

激光雷達(dá)相對(duì)于雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)

雷達(dá)相對(duì)于激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)

像特斯拉和谷歌這樣的世界知名公司在他們的汽車上安裝了激光探測(cè)器，讓汽車在駕駛時(shí)看到其他車輛、行人和道路上的各種障礙物。不幸的是，這些檢測(cè)系統(tǒng)價(jià)格昂貴，而且有更便宜的替代設(shè)備來執(zhí)行同樣的任務(wù)——問題是這些選項(xiàng)是否足夠有效，足以完全取代汽車公司定制解決方案中更昂貴的工具。

在本文中，我們將概述激光雷達(dá)和雷達(dá)遙感，并確定每個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)。

WHAT IS LIDAR?

激光雷達(dá)也被稱為光成像探測(cè)和測(cè)距。這是一種可以探測(cè)物體表面的技術(shù)，以及它們的大小和精確的配置。
激光雷達(dá)是繼雷達(dá)和聲納之后出現(xiàn)的，它使用激光脈沖掃描環(huán)境，而不是無線電波或聲波。美國軍方和美國宇航局在45年前發(fā)明了激光雷達(dá)技術(shù)，用于測(cè)量太空距離，盡管它的首次商業(yè)用途直到1995年才用于地形測(cè)量。
現(xiàn)在，激光雷達(dá)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相當(dāng)緊湊，允許工業(yè)界將這項(xiàng)技術(shù)用于新的用途。使用激光雷達(dá)技術(shù)的設(shè)備通常也被稱為相同的設(shè)備；它是一種掃描儀，可以創(chuàng)建任何物理對(duì)象的數(shù)字副本，與從頭開始繪圖相比，可以節(jié)省更多的時(shí)間。

HOW DOES LIDAR REMOTE SENSING WORK?

An algorithm of LIDAR functioning is as follows:

1. Laser signals are emitted

2. Laser signals reach an obstacle

3. Signal reflects from the obstacle

4. Signal returns to the receiver

5. and then A laser pulse is registered

激光雷達(dá)功能的算法如下：

發(fā)射激光信號(hào)

激光信號(hào)到達(dá)障礙物

信號(hào)從障礙物反射

信號(hào)返回接收器

然后記錄激光脈沖

該裝置發(fā)射激光脈沖，向不同方向向外移動(dòng)，直到信號(hào)到達(dá)物體，然后反射并返回接收器。事實(shí)上，這和聲納使用的原理相同，只是聲納發(fā)射聲波。使用激光雷達(dá)，光比聲音快100萬倍。一個(gè)例子是在一個(gè)有閃電的颶風(fēng)中——起初，我們看到閃電，幾秒鐘后才聽到聲音。
如此高的速度使該設(shè)備能夠每秒從大量的激光脈沖中接收數(shù)據(jù)。這意味著信息更新更頻繁，因此接收到更精確的數(shù)據(jù)。內(nèi)部處理器保存激光器的每個(gè)反射點(diǎn)，并生成環(huán)境的三維圖像。例如，這些工作原理允許使用安裝在飛機(jī)上的激光雷達(dá)來創(chuàng)建精確的地圖。
此外，同一個(gè)處理器可以使用一個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)公式，即已知激光脈沖速度和反射時(shí)間，計(jì)算出被探測(cè)物體與激光雷達(dá)接收器之間的距離，然后計(jì)算出激光脈沖經(jīng)過的距離。這種可能性在汽車工業(yè)中得到了應(yīng)用，并在那里蓬勃發(fā)展：所有無人駕駛汽車都使用車載激光雷達(dá)掃描周圍環(huán)境。

WHERE IS LIDAR USED?

在美國波特蘭州立大學(xué)，他們使用激光雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)來檢查具有大表面積的廣闊生態(tài)系統(tǒng)中樹木生長的進(jìn)程。研究人員在飛機(jī)上安裝了這些裝置，使他們能夠跟蹤每一片樹葉和樹枝的外觀。

利用激光雷達(dá)，NASA通過測(cè)量大氣元素的密度來計(jì)算平流層溫度。此外，電影業(yè)還利用這一技術(shù)來重現(xiàn)稀有或排他性的環(huán)境，而這些環(huán)境是被禁止的，用于商業(yè)和視覺目的。

這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)明對(duì)汽車工業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了巨大的影響。自動(dòng)駕駛和無人駕駛汽車使用激光雷達(dá)掃描周圍環(huán)境并規(guī)劃汽車的行為，以避免與障礙物發(fā)生碰撞。

LIDAR VULNERABILITY易損性

很容易產(chǎn)生假回波，使設(shè)備檢測(cè)到比實(shí)際使用的信號(hào)波長相同的兩個(gè)發(fā)射器更遠(yuǎn)或更近的現(xiàn)有物體，而原來的激光雷達(dá)具有相同的信號(hào)波長。只有一個(gè)收發(fā)機(jī)和兩個(gè)脈沖發(fā)生器可以產(chǎn)生激光雷達(dá)信號(hào)的多個(gè)副本并將其發(fā)送到接收器，這使得設(shè)備可以看到不存在的物體。

WHAT IS RADAR?

雷達(dá)也被稱為無線電探測(cè)和測(cè)距，用來探測(cè)遠(yuǎn)處的物體，確定它們的速度和位置。我們都很熟悉這個(gè)裝置，因?yàn)榫煸诖蠖鄶?shù)地區(qū)都使用它來檢測(cè)和調(diào)節(jié)道路上超速行駛的車輛。
雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)明于1940年，也就是第二次世界大戰(zhàn)之前；然而，發(fā)展實(shí)際上始于1886年，當(dāng)時(shí)一位德國物理學(xué)家意識(shí)到無線電波可以從固體物體反射。下面介紹雷達(dá)的工作原理。

HOW DOES RADAR WORK?

聲音回音允許我們利用聲波從固體物體反射來確定物體的距離。聲音向前和向后傳播所需的時(shí)間由聲源和反射聲波的表面之間的距離決定。同時(shí)，回波的多普勒頻移允許我們通過測(cè)量回波的音調(diào)來確定運(yùn)動(dòng)物體的速度。

這個(gè)原理是基于雷達(dá)系統(tǒng)的，唯一的區(qū)別是雷達(dá)使用無線電波而不是聲音。無線電波比聲音傳播得更遠(yuǎn)，人類的感覺器官無法探測(cè)到。因此，激光雷達(dá)和雷達(dá)的主要區(qū)別在于它們使用不同的信號(hào)來探測(cè)目標(biāo)，盡管它們的工作原理是相同的。

此外，無線電波和光波有相同的速度——光速。所以，當(dāng)談到每個(gè)系統(tǒng)（激光雷達(dá)系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)）數(shù)據(jù)更新速度的問題時(shí)，我們有一個(gè)公平的結(jié)論。

HOW IS RADAR USED?

最廣泛使用的雷達(dá)是用于軍事目的。配備雷達(dá)的飛機(jī)可以精確測(cè)量高度，并探測(cè)附近的其他航空運(yùn)輸設(shè)備。海上雷達(dá)系統(tǒng)也以類似的方式用于測(cè)量其他船舶之間的距離，以防止碰撞。
這項(xiàng)技術(shù)也用于短期天氣預(yù)報(bào)，以監(jiān)測(cè)風(fēng)和降水。探地雷達(dá)在地質(zhì)學(xué)中用來確定地殼的成分。最后，警察使用雷達(dá)槍來監(jiān)控交通速度，盡管由于激光雷達(dá)的精確性，激光雷達(dá)最近在這一地區(qū)得到了更廣泛的應(yīng)用。

RADAR VULNERABILITY

使用一個(gè)無線電波接收器和一個(gè)具有相同波長的發(fā)射器，一個(gè)初始的雷達(dá)可以產(chǎn)生無線電噪音，使設(shè)備將移動(dòng)物體的速度計(jì)為零。這就是為什么，當(dāng)涉及到雷達(dá)和激光雷達(dá)自動(dòng)駕駛汽車系統(tǒng)時(shí)，這兩種設(shè)備都是騙人的，并且具有相同的安全級(jí)別。

COMPARISON OF RADAR VS LIDAR

激光雷達(dá)相對(duì)于雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)

雷達(dá)相對(duì)于激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)

短波使我們能探測(cè)到小物體。激光雷達(dá)可以建立一個(gè)物體的精確的三維單色圖像。激光雷達(dá)使用的缺點(diǎn)限制了在夜間/多云天氣下的使用。工作高度只有500-2000米。這是一項(xiàng)相當(dāng)昂貴的技術(shù)。雷達(dá)可以很容易地在多云天氣和夜間工作。更長的工作距離。雷達(dá)使用波長較短的缺點(diǎn)不允許探測(cè)到小目標(biāo)。由于波長較長，雷達(dá)無法向用戶提供物體的精確圖像。

如果我們?cè)跊]有任何背景的情況下單獨(dú)比較這兩種技術(shù)，那將是浪費(fèi)時(shí)間。它們的工作原理相似，但各自使用不同種類的波和波源。雷達(dá)使用天線發(fā)射無線電信號(hào)，但激光雷達(dá)設(shè)備有專門的光學(xué)和激光接收和傳輸。

當(dāng)探測(cè)距離比目標(biāo)的實(shí)際外觀更重要時(shí)，雷達(dá)顯然更方便。例如，在空中，正在飛行的大型物體很可能是一架飛機(jī)，為了避免碰撞，必須盡快探測(cè)到它。

另一方面，當(dāng)我們?cè)诼飞系臅r(shí)候，識(shí)別一個(gè)物體是行人、汽車還是墻是非常重要的。這種識(shí)別將允許系統(tǒng)使用機(jī)載軟件預(yù)測(cè)移動(dòng)，也不會(huì)聚焦在前方500米以外的物體上。

在激光雷達(dá)和雷達(dá)自主駕駛方面，這些品質(zhì)使得基于光的工作原理的設(shè)備成為贏家。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的激光雷达Lidar与毫米波雷达Radar：自动驾驶的利弊的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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