無人駕駛激光雷達(dá)細(xì)節(jié)知識科普

視場角

我們都知道激光雷達(dá)視場角分為水平視場角和垂直視場角，激光雷達(dá)的水平視場角為360°，垂直視場角一般為40°。

1. 水平視場角

激光雷達(dá)的水平視場角很好理解，激光雷達(dá)在水平旋轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一周就是360°。

2. 垂直視場角

激光雷達(dá)的垂直視場角是40°，這里要注意2點(diǎn)，一是視場角的偏置，二是激光雷達(dá)光束的分布。

視場角的偏置 – 視場角的偏置為5°，也就是說激光雷達(dá)在水平方向向上的掃描角度為15°，而在水平方向往下掃描的角度為25°。這也很好理解，我們主要是需要掃描路面上的障礙物，而不是把激光打向天空，為了良好的利用激光，因此激光光束會盡量向下偏置一定的角度。

周期采集點(diǎn)數(shù)

激光雷達(dá)采集的點(diǎn)數(shù)計(jì)算如下，首先看激光雷達(dá)的線數(shù)，比如32線，則垂直方向上會發(fā)出32個(gè)激光光束，采集32個(gè)點(diǎn)，而64線則是64個(gè)點(diǎn)，垂直方向上的點(diǎn)數(shù)和激光雷達(dá)的線數(shù)有關(guān)系。

因?yàn)榧す饫走_(dá)在旋轉(zhuǎn)掃描，因此水平方向上掃描的點(diǎn)數(shù)和激光雷達(dá)的掃描頻率有一定的關(guān)系，掃描越快則點(diǎn)數(shù)會相對較少，掃描慢則點(diǎn)數(shù)相對較多。一般這個(gè)參數(shù)也被稱為水平分辨率，比如激光雷達(dá)的水平分辨率為0.2°，那么掃描的點(diǎn)數(shù)為360°/0.2°=1800，也就是說水平方向會掃描1800次。

那么激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)一周，即一個(gè)掃描周期內(nèi)掃描的點(diǎn)數(shù)為1800*64=115200。圖2是禾賽64線激光雷達(dá)的參數(shù)列表。可以看到掃描頻率為10Hz的時(shí)候水平角分辨率為0.2°，在掃描頻率為20Hz的時(shí)候角分辨率為0.4°（掃描快了，分辨率變低了）。輸出的點(diǎn)數(shù)和計(jì)算的也相符合1152000 pts/s。

有效檢測距離

激光雷達(dá)的有效測量距離和最小垂直分辨率有關(guān)系，也就是說角度分辨率越小，則檢測的效果越好。如圖3所示，2個(gè)激光光束直接的角度為0.4°，那么當(dāng)探測距離為200m的時(shí)候，2個(gè)激光光束之間的距離為200m*tan0.4°≈1.4m。也就是說在200m之后，只能檢測到高于1.4m的障礙物了。                              

如果需要知道障礙物的類型，那么需要采用的點(diǎn)數(shù)就需要更多，距離越遠(yuǎn)，激光雷達(dá)采樣的點(diǎn)數(shù)就越少，圖4分別是激光雷達(dá)50m和100m采樣到的點(diǎn)數(shù)，可以看到100m的時(shí)候的點(diǎn)比50m稀疏不少，點(diǎn)數(shù)越少，就越難以識別準(zhǔn)確的障礙物類型。

時(shí)間同步

激光雷達(dá)提供了時(shí)間同步硬件接口，通過GPS提供時(shí)鐘源給激光雷達(dá)，可以保證激光雷達(dá)的時(shí)間和GPS的時(shí)間保持同步，也就是說激光雷達(dá)可以保證周期采樣的時(shí)間非常精準(zhǔn)。