成功的自动驾驭轿车必定将运用严密集成的传感器体系来到达乃至逾越人类的驾驭才能。人类驾驭员一般运用双眼、双耳，以及车辆运动给人的反应来驾驭轿车。咱们的大脑会实时处理一切这些信息，并从人脑的驾驭经历数据库中直觉反应。复现人类驾驭才能所需的传感器包含雷达、激光雷达(LIDAR)、摄像头、惯性丈量单元(IMU)，以及超声波传感器。每种体系都有其优势，也有其缺陷。单一传感器的精度和性功用不足以替代一切其他传感器相得益彰的多传感器交融是大趋势。本文将介绍与LIDAR有关的首要规划考量，LIDAR是一种传感器，为各种自动驾驭解决方案供给很多数据。
在自动驾驭轿车中，LIDAR与雷达密切合作。这两种技能在作业中不会发生可见光，这关于夜间驾驭或弱光条件至关重要。雷达合适远间隔检测和盯梢，LIDAR则供给更高的角分辨率，能够辨认方针并对其进行分类。换句话说，雷达合适检测方针是否存在，LIDAR则能够在雷达检测到方针的根底上供给关于该方针的详细信息。
规划LIDAR体系时会面对一些技能应战，首要应战之一便是近红外波长要保持在人眼安全限值之下。关于这些安全攻略，请参阅IEC 60825-1。这并不是要下降人眼安全的重要性，本文评论的一切方面终究都会影响人眼安全。现在存在多种不同的LIDAR体系技能，规划杂乱程度各不相同，各有其长处和缺陷。
重要的是，一切规划需求重视的根底方面都相同。再此咱们侧重评论人眼安全以外影响体系规划的其他方面，包含：SNR最大化、最小可检测要求、视场、散热、功耗，以及航位估测。
检查接纳链路，会发现体系的信噪比(SNR)会影响在远间隔（100米至300米）检测小型方针的才能。ADC噪底不能超过接纳途径中的其他噪声源。假如布景光或散粒噪声奉献要素低于ADC的噪底或印刷电路板(PCB)噪声，体系精度就会受限。选用直接飞翔时刻(ToF)法要求体系能够输出短脉冲（~1 ns至5 ns），且运用高采样速率ADC检测这些脉冲。采样速率到达1 GSPS，即可满意接纳信号链路需求。此外，请注意，ADC的有用位数(ENOB)有必要支撑跨阻放大器(TIA)的整个输出规模，不能对信号施行削波。
体系需求检测100米开外的篮球吗？确认相关方针的反射率、尺度和间隔，会决议TIA的SNR需求。与ADC相同， TIA也需求检测相同的窄脉冲。由于体系需求处理的方针的间隔、反射率和尺度规模甚广，所以TIA有必要能够在饱满后中快速康复。高反射（比方交通标志怕爱）或近间隔方针能反射强光而形成TIA饱满，。这些都是常见事情，而体系康复的速度（以尽量削减致盲时刻）关于安全性至关重要。
图1.蛛网图，比较视觉、雷达和LIDAR。
体系的视场和角分辨率也会影响到检测一个篮球的才能。发射和接纳光学是决议视场的首要要素。角分辨率决议您能远间隔检测篮球巨细的方针并进行分类，仍是只能检测方针的存在。
关于LIDAR体系规划人员来说，处理这些体系的功耗和散热是不小的应战。当然，下降信号链的功耗会相应下降发生的热量。组件在的功用随温度会呈现大幅改变，其间更灵敏的一些组件或许需求温度补偿。运用热电控制器是一种不错的办法，能够高度精确地对IC进行冷却或加热。假如寻求精确的话，发光和感光二极管都需求温度补偿，以在LIDAR体系的作业温度规模内保持安稳的作业波长和功率。
在某些情况下，对雪崩光电二极管和激光器施加的偏置电压要到几百伏（正压或负压）。高效生成这些电压，且运用尽或许少的组件，是最佳规划实践所寻求的。要供给精确的基准电压源，需求运用精细数模转换器(DAC)生成偏置点、电流和电压。沿着传统的1.8 V至12 V电压域，LIDAR体系对电压的需求是有所增加的。当心挑选电源解决方案能够处理这一问题，尤其是解决方案中额定增加一种电压时。挑选具有关断或低功率形式的IC和电源也非常重要，这样的体系能够灵敏高能效地轮询多个通道。
集成LIDAR传感器的IMU具有多种优势。IMU传感器智能地交融多轴陀螺仪和加速度计，为除震和导航运用供给牢靠的方位和运动辨认。即便在杂乱的操作环境下，面对极限运动动力学问题时，精细微机电体系(MEMS) IMU也能供给所需的精度。
IMU为自动驾驭体系供给航位估测、定位和安稳功用。反过来，在ADAS或GPS功用下降，或许不行用时，上述功用又能为体系供给牢靠的数据。IMU能够有用运用高更新速率（每秒数千个样本），且能够不受外部环境改变搅扰。IMU越安稳，越能长时刻为体系供给要害且牢靠的航迹信息。
IMU能够直接集成到LIDAR模块中，用于检测、剖析和纠正车辆运转环境中常见的振荡。例如，IMU输出可辅佐拼接LIDAR点云，不然，这些点云会由于车辆跳过路面坑洼而呈现违背。此外，还能够运用IMU检测旋转式LIDAR体系的轴承磨损，以在实践呈现毛病之前修理LIDAR，进步安全性。
图2.自动驾驭轿车的LIDAR感知。
定论
在开始产品界说期间，需求考虑LIDAR体系的杂乱性，以确认可接受的SNR、检测要求、视界、散热约束以及功耗。了解哪些组件是各个问题的首要奉献要素，一起慎重挑选IC，能够大大进步规划的成功几率。
图3.LIDAR电气架构。
作者简介
Sarven Ipek于2006年参加ADI公司。在ADI公司任职期间，Sarven在毛病剖析、规划、特性表征、产品工程、项目办理和程序办理方面积累了丰厚的经历。Sarven现在是ADI公司麻萨诸塞州威明顿市自动驾驭和安全产品部分LIDAR部的营销司理。
他具有东北大学电气和计算机工程学士学位以及电气工程硕士学位，主修通讯体系和信号处理。
