激光雷達具備獨特的優(yōu)點,如極高的距離分辨率和角分辨率、速度分辨率高、測速范圍廣、能獲得目標的多種圖像、抗干擾能力強、比微波雷達的體積和重量小等。這使得激光雷達能精確測量目標位置(距離和角度)、運動狀態(tài)(速度、振動和姿態(tài))和形狀,探測、識別、分辨和跟蹤目標。
自1961年科學家提出激光雷達的設(shè)想,歷經(jīng)40余年的發(fā)展,激光雷達技術(shù)已從最初的激光測距技術(shù),逐步發(fā)展了激光跟蹤、激光測速、激光掃描成像、激光多普勒成像等技術(shù),因此出現(xiàn)了各種不同種類的激光雷達,被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域,激光雷達在很多年前,并未被大眾所熟知,直至近年來機器人和無人駕駛技術(shù)的興起,激光雷達才逐漸進入人們的視野,在一開始激光雷達不只為機器人(包括無人駕駛)而誕生,它還被廣泛應(yīng)用于VR/AR、智慧交通、海洋探索和漁業(yè)資源監(jiān)測、3D打印等領(lǐng)域。
機器人領(lǐng)域——幫助機器人實現(xiàn)自主定位導航
自主定位導航是機器人實現(xiàn)自主行走的必備技術(shù),不管什么類型的機器人,只要涉及到自主移動,就需要在其行走的環(huán)境中進行導航定位,但傳統(tǒng)的定位導航方法由于智能化水平較低,沒有解決定位導航的問題,直至激光雷達的出現(xiàn),在很大程度上化解了這個難題,機器人采用的定位導航技術(shù)是以激光雷達SLAM為基礎(chǔ),增加視覺和慣性導航等多傳感器融合的方案幫助機器人實現(xiàn)自主建圖,路徑規(guī)劃、自主避障等任務(wù),它是目前性能最穩(wěn)定、可靠性最強的定位導航方法,且使用壽命長,后期改造成本低。
掃地機器人是目前單線激光雷達應(yīng)用最廣泛的領(lǐng)域,激光雷達配合slam算法,可以讓掃地機器人在房間里實現(xiàn)智能清掃,清掃的過程中繪制地圖,實時傳輸?shù)绞謾CAPP,就算用戶不在家,也可以通過手機APP查看清掃情況,以及安排其他地方清掃。
無人車領(lǐng)域——自主感知道路環(huán)境及規(guī)劃路線
在無人車領(lǐng)域,激光雷達主要以多線數(shù)為主,作用與機器人領(lǐng)域相當,主要是幫助汽車自主感知道路環(huán)境,自動規(guī)劃行車路線,并控制車輛到達預定的目標。激光雷達是怎么幫汽車識別路口與方向呢?激光雷達使用的技術(shù)是飛行時間,就是根據(jù)激光遇到障礙物后的折返時間,計算目標與自己的相對距離。激光光束可以準確測量視場中物體輪廓邊沿與設(shè)備間的相對距離,這些輪廓信息組成所謂的點云并繪制出3D環(huán)境地圖,精度可達到厘米級別,從而提高測量精度。
說到無人車領(lǐng)域,業(yè)內(nèi)人士都知道Velodyne 64線“大花盆”,它是自動駕駛的寵兒,HDL-32線、VLP-16線激光雷達也是原型車上的熱門激光雷達。
無人機領(lǐng)域——規(guī)避障礙物
目前,激光雷達在低空飛行直升機障礙物規(guī)避方面已進入實用階段,在其他軍事應(yīng)用研究領(lǐng)域也日趨成熟。直升機在進行低空巡邏飛行時,極易與地面小山或建筑物相撞。為此,研制能規(guī)避地面障礙物的直升機機載雷達是人們夢寐以求的愿望。目前,這種雷達已在美國、德國和法國獲得了成功。
美國研制的直升機超低空飛行障礙規(guī)避系統(tǒng),使用固體激光二極管發(fā)射機和旋轉(zhuǎn)全息掃描器可檢測直升機前很寬的空域,地面障礙物信息實時顯示在機載平視顯示器或頭盔顯示器上,為安全飛行起了很大的保障作用。