多線激光雷達

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多線激光雷達‌是一種能夠同時發射及接收多束激光的激光旋轉測距雷達。

簡介

多線激光雷達通過電機的旋轉，獲得多條線束，線數越多，物體表面輪廓越完善，處理的數據量也越大，對硬件的要求更高。一般多線激光雷達設計為2的指數級，如4線、8線、16線、32線、64線和128線等，不同的線束採集到的信息不同，對應的工作場景也不同。

應用

多線激光雷達能夠識別物體的高度信息，並獲取周圍環境的3D掃描圖，因此主要應用於無人駕駛領域。在這一領域，多線激光雷達可以掃描到汽車周圍環境的3D模型，通過對比上一幀及下一幀環境的變化，較為容易地檢測出周圍的車輛及行人。此外，多線激光雷達還具有同步建圖（SLAM）的特性，能夠通過實時得到的全局地圖與高精度地圖中的特徵物進行比對，加強車輛的定位精度並實現自主導航。

從技術路線上看，多線激光雷達主要有MEMS、flash面陣、OPA等不同流派，且不同技術路線的產品在可靠性、量產難度、成本、成熟度、工藝難度上均存在差異。

多線激光雷達的工作原理主要基於光的反射特性。具體來說，激光雷達通過發射激光束並測量反射回來的信號(目標回波)來實現對目標的距離、方位、高度、速度等信息的高精度測量。以下是多線激光雷達工作的幾個關鍵步驟：

激光發射：激光雷達的激光發射器將電能轉換成光能，發射出激光束。

激光照射：激光束照射到地面或其他表面，遇到障礙物時會發生反射。

回波檢測：反射回來的激光束被激光雷達的光學接收系統捕獲，轉化為電信號。

時間測量：記錄激光發射到接收回波之間的時間間隔，這個時間差可以轉換為距離，因為光速是恆定的，所以距離可以通過時間乘以光速的一半來計算。

數據處理與顯示：通過信號處理單元，將收集到的數據進行處理和分析，最終形成可用於導航、定位等的點雲圖像。

激光雷達的系統組成包括激光發射單元、接收單元、控制單元以及信號處理單元。這些組成部分共同協作，以實現對周圍環境的精確感知和三維重建。

工作原理

多線激光雷達的工作原理與雷達非常相近。由激光器發射出的脈衝激光由空中入射到地面上，打到樹木上，道路上，橋樑上，房子上，引起散射。一部分光波會經過反射返回到到激光雷達的接收器中。接收器通常是一個光電倍增管或一個光電二極管，它將光信號轉變為電信號，記錄下來。同時由所配備的計時器記錄下來同一個脈衝光信號由發射到被接收的時間T。

於是，就能夠得到由飛機上的的激光雷達到地面上的目標物的距離R為:R=CT/2。這裡C代表光速，是一個常數，即C=300,000公里/秒。

激光雷達每一個脈衝激光的最大距離分辨率(maximum range resolution)也可由以下公式給出：⊿R=C/2·(tL+tN+tW)這裡，tL代表激光脈衝的長度，tN代表接收器電子器件的時間常數，tW代表激光與目標物體的碰撞時間常數。

車載激光雷達系統的優劣主要取決於2D激光掃描儀的性能。激光發射器線束的越多，每秒採集的雲點就越多。然而線束越多也就代表着激光雷達的造價就更加昂貴。

從當前車載激光雷達來看，機械式的多線束激光雷達是主流方案，但受制於價格高昂的因素尚未普及開來。不過作為核心傳感器，低成本方案將加速無人駕駛的到來。如國內的速騰聚創已經實現了16線束激光雷達的量產，依靠深圳強大的電子電器市場以及人力資源優勢，將無人駕駛激光雷達的價格降下來了。

剛開始是太空掃描、接着是軍事制導、後面是地圖測繪，直到，現在連家裡的掃地機器人和出行開的汽車都離不開它時，我們才發現，了解一款激光雷達是如何工作的，成為了我們存在且不被小學生鄙視為科技文盲的必選項。

綜上所述，多線激光雷達在無人駕駛等領域發揮着重要作用，其技術路線多樣，且隨着技術的不斷發展，其應用場景也將進一步拓展。