TOF激光雷达核心技术瓶颈——激光雷达干扰问题

激光雷达作为自动驾驶领域重要的传感器,其运行稳定性极其重要。但不可避免的是,激光雷达在运行过程中会受到一些因素的干扰,导致识别效果大打折扣。“真正对激光雷达产生干扰的,是外来的、激光雷达无法判断是否为自己发出的脉冲光——准确地说,这是一种串扰。”

比如在一段双向四车道上,行驶的自动驾驶汽车上都安装了激光雷达,那么,其中一辆车很有可能会接收到来自其他车辆的脉冲串扰。激光雷达的串扰极易带来误判和漏判问题,影响自动驾驶汽车的安全性。

那么如何解决?光学技术专家张石提供了四种技术思路。以其中的“加入时钟同步功能模块”为例,这种方法在激光雷达扫描模块中加入“时钟同步”,此同步功能将使同一区域内的所有激光雷达的扫描动作与同一个时钟信号保持同步,可以保证在某一时刻,同一个地点只有一台激光雷达扫到。

针对其他三种思路的解析,文中有更为深入的解析,并且对每一种思路存在的缺陷,张石也给出了他的思考,希望本文能对你有所启发。

以下为「大咖Live」实录摘选:

(阅读之前请大家注意:本文所讨论的激光雷达是基于飞行时间TOF的激光雷达)

激光雷达概述

激光雷达是一种用于精确获取被测物体位置、大小、速度、外部轮廓的传感器。而LiDAR(Light Detection and Ranging):是激光探测及测距系统的简称。

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*TOF激光雷达工作原理

其工作原理是通过激光测距设备测量激光的飞行时间来计算激光扫描仪与目标之间的直线距离。

在激光雷达中的基本光电元件是半导体激光器和APD。

激光雷达的干扰(串扰)问题

说到激光雷达的干扰,路旁的灌木、杂草、雨雪雾、玻璃、汽车行进道路上的各种障碍物以及日光影响下APD产生的散粒噪声,并不会形成激光雷达的干扰源。这些都属于汽车周围的环境,可以通过优化算法识别探测。

真正对激光雷达产生干扰的,是外来的、激光雷达无法判断是否为自己发出的脉冲光。准确地说,这是一种串扰。

举例说来,如果在一段200米的双向四车道上,行驶的车都是安装有激光雷达自动驾驶车辆,那么,其中的一辆车,很有可能就会接收到来自其他一两百辆车的脉冲串扰。在激光雷达所发射的脉冲返回时,在相隔非常短的时间内,有一样的脉冲从其他的激光雷达中发射过来,则激光雷达就会接收到两束脉冲光,因此激光雷达就无法判断出哪束才是自己发射出去的。

如下图所示,激光雷达受到干扰后,已经判断不出物体的形状。

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*激光雷达受干扰示意图

激光雷达的串扰极易带来误判和漏判问题,而不能有效解决串扰问题,就会大大缩小LiDAR的应用范围。

避免这种串扰的方法

加入时钟同步功能模块

这种方法在扫描模块中加入时钟同步,此同步功能将使同一区域内的所有LiDAR的扫描动作与同一个时钟信号保持同步,可以保证在某一时刻,同一个地点只有一台LiDAR扫到。

这种方法的可以通过直接在激光雷达上装时钟同步模块来实现。

但同时也有一些缺点:

1. 依赖同步时钟源,需要所有无人车的LiDAR都跟GPS、北斗或者车联网时钟同步;

2. 如果出现无线信号中断的情况,则需要采用带有HOLD OVER功能的同步时钟模块。而此功能对于汽车应用来说,价格太高,难以推广应用;

3. 如果脉冲光很强(或者使用了SPAD),当漫反射光强过高时,当前的扫描就会失效



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