自動駕駛技術方興未艾。傳感器作為無人車的眼睛不可或缺,其中激光雷達因其可以得到目標的三維信息、抗干擾能力強、分辨率高等優(yōu)點,在自動駕駛技術的研究中占據了重要的地位。激光雷達測距是指通過發(fā)射激光和接收反射激光獲得激光在空間中傳播的時間進而計算出目標距離的一種技術。激光測距中測距精度是該技術的關鍵點。此外,遠距離、低成本、小型化、抗干擾等也是該技術發(fā)展的目標,然而目前并沒有一款能同時具備這些優(yōu)點的產品,本課題致力于研究具有以上優(yōu)點的自動駕駛場景下的激光雷達測距技術。本論文首先介紹各種類型的激光雷達包括機械式、混合式、固態(tài)式激光雷達,以及主流的車載激光測距技術。著重分析對比了脈沖式和相位式激光測距技術的優(yōu)劣。并結合激光在大氣中的傳輸理論和激光雷達測距原理設計了一種結構簡單、成本低廉的測距方案,通過發(fā)射頻率為20MHz,重復頻率為1MHz的周期性正弦信號,并采用全相位FFT方法實現厘米級別的激光測距精度。通過研究激光發(fā)射模塊、回波信號接收模塊和數據處理模塊中的關鍵技術設計精度測試系統(tǒng)來驗證本課題方案的測距精度。使用Quartus II軟件設計DDS信號發(fā)生器程序控制DA芯片產生調制信號。在接收... 

【文章來源】：電子科技大學四川省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數】：70 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

全自動駕駛用傳感器

第一章緒論31.2.1.1機械式激光雷達機械式激光雷達通常包括多個激光光源垂直排列形成線陣，通過硬件的機械式旋轉，改變激光的出射方向，從而實現對整個外部環(huán)境的三維空間掃描。典型的機械式激光雷達結構如圖1-3所示：目目標標αα1234567A電機L2L1L3圖1-3典型機械式激光雷達結構機械式激光雷達是產生最早也是當下使用最廣泛的激光雷達產品，如今正在進行無人車路測的公司包括國外自動駕駛第一梯隊的Waymo（谷歌母公司旗下）和國內第一梯隊的百度都在使用這種雷達。然而其復雜的工藝結構使得成本居高不下，使用壽命也因為部件之間的磨合而大大縮減。該類型產品在無人機，高精地圖，自動駕駛等場景中也都有被使用。1.2.1.2混合式激光雷達混合式激光雷達通過MEMS振鏡旋轉完成激光掃描，該振鏡通過振鏡和微機電系統(tǒng)（MEMS）結合形成，一般稱為MEMS激光雷達。其發(fā)射系統(tǒng)結構如圖1-4所示，通過驅動電路驅動MEMS振鏡旋轉同時驅動激光器產生激光，激光在旋轉振鏡的反射下實現掃描。圖1-4MEMS式車載激光雷達工作原理圖

電子科技大學碩士學位論文4通過MEMS振鏡，反射激光的掃描范圍和角度可以得到放大[3]。這種微振鏡相對成熟，相較于機械式激光雷達而言，可以以較低的成本同時保證準確度來實現激光掃描，不過由于接收端的光路依舊較為復雜，仍然存在微振鏡的振動，這樣就會影響到激光雷達的壽命，并且激光掃描受微振鏡面積限制，在掃描范圍上還有待改善。1.2.1.3全固態(tài)激光雷達全固態(tài)激光雷達則完全取消了機械式掃描結構，而是完全通過電子的方式來完成水平和垂直方向上的掃描，其內部結構沒有任何的運動部件，在運動過程中，可靠性高、耐持久性強，這樣的方式也大大縮小了激光雷達的體積并且價格低廉，隨著技術的發(fā)展成熟有望成為自動駕駛的標配。目前，該類型的激光雷達主要通過光學相控陣（OPA）和閃光（Flash）型這兩種技術來實現。1.2.1.4光學相控陣（OPA）技術光學相控陣技術的原理是通過多處振動產生的波相互疊加，不同的方向之間有的相互增強，有的則相互抵消。該技術采用多個激光光源形成陣列，通過控制各激光出射的時間，可以合成各種角度可控的光束。不過這種技術對激光陣列的單元尺寸精度要求很高[4]。圖1-5OPA激雷達工作原理圖目前，液晶相控陣和集成光波導型相控陣是當下OPA的兩種主要類型。McManamon等人研制出首個液晶材料的光學相控陣結構[5]，驗證了這種結構的可行性。Meyer在1972年就提出了一種光波導結構的相控陣，使用鉭酸鋰（LiTaO3）電光晶體材料制成[6]。驗證了該結構的可行性�，F如今光學相控陣技術日益成熟，在2017年CES大會上，Quanergy公司就展示了一款這種類型的雷達—低成本固

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
[1]大功率半導體激光驅動電源關鍵技術研究[D]. 劉談平.中北大學 2014

碩士論文
[1]飛秒激光流速測量方法研究[D]. 趙拓.天津大學 2018
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[3]基于TDC-GP2的遠距離脈沖式激光測距的研究[D]. 黃旭.北京交通大學 2012
[4]基于嵌入式FPGA的合并單元設計[D]. 周勇.華中科技大學 2011
[5]數字鑒相式激光測距系統(tǒng)幾個關鍵問題的研究[D]. 高嵩.大連海事大學 2007



本文編號：3068996