来源：猛狮无人驾驶实验室
摘要：本报告将自动驾驶领域最为关键的传感器——激光雷达作为中心，通过调研其所扮演重要角色的领域——自动驾驶，以及自动驾驶和激光雷达的国内外发展现状，深入了解激光雷达的技术背景。以目前智能车生产厂家所采用的传感层技术为切入点，通过了解、掌握这些技术的特点、基本原理、适用场景、优缺点，来进一步深入激光雷达，了解其分类、基本工作原理、主要技术指标，对用于智能车的车载激光雷达的主要厂家、产品进行调研，获得主流产品的主要性能指标参数、测试数据等。
绪论
1.1研究背景与意义
早期激光雷达主要用于军事和民用地理测绘(GIS)等领域，比如地质测绘、监测树木生长、测量建筑项目进度等。随着自动驾驶的兴起，对于环境感知要求日趋严格，在自动驾驶架构中，传感层被比作为汽车的“眼睛”，包括车载摄像头等视觉系传感器和车载毫米波雷达、车载激光雷达和车载超声波雷达等雷达系传感器，其中激光雷达已经被广泛认为是实现自动驾驶的必要传感器。相比于其它类型的自动驾驶传感器，如摄像头，激光雷达探测的距离更远，精度更高。相对于摄像头而言，激光雷达由于为主动发射光束，故比较不容易受周围环境如弱光、雨雪烟尘的影响，而且摄像头在进行图像识别处理时需要消耗大量的处理器能力，而激光雷达产生的三维地图信息更容易被计算机解析。相比毫米波雷达，激光雷达的分辨率更高，并且毫米波雷达也不适用于行人检测和目标识别等工作。在自动驾驶领域，激光雷达与其它传感器互为补充，可以有效提高车辆对于周围环境感知的准确度。
本文以目前智能车生产厂家所采用的传感层技术为切入点，通过了解、掌握这些技术的特点、基本原理、适用场景、优缺点，来进一步深入研究其中对于自动驾驶最为关键的传感器——激光雷达，了解其分类、基本工作原理、主要性能指标，对用于智能车的车载激光雷达的主要厂家、产品进行调研，获得主流产品的主要性能指标参数、测试数据等。对车载激光雷达进行仿真，不仅能节省大量的燃料和经费，而且不受天气和场地的限制，因此具有巨大的经济效益。在仿真软件中，可以灵活地设置各种参数、模拟条件，同时也不存在安全隐患，因此具有巨大的社会效益。由于目前国内外对于车载激光雷达仿真系统的研究较少，本文抛砖引玉，尝试归纳、分析上述内容，最终得出车载激光雷达仿真系统的主要技术要求。
1.2自动驾驶概述
SAE(国际汽车工程师协会)J文件提出的五级自动驾驶分级方案是当前被普遍采用接受的标准，将自动驾驶技术分为L0~L5共六个等级。L0代表没有自动驾驶加入的传统人类驾驶，L1~L5则将自动驾驶的发展程度进行了分级：
表1-1SAE自动驾驶定义和分级标准
(注：参照[1]中表格修改整理)
无人驾驶专指L4、L5阶段，即驾驶员不介入的情况下汽车可以完成全自动驾驶的控制动作，指向自动驾驶汽车技术发展的最终形态。
自动驾驶覆盖L1到L5整个阶段，在L1、L2阶段，汽车的自动驾驶系统只作为驾驶员的辅助，但能够持续地承担汽车横向或纵向某一方面的自主控制完成感知、认知、决策、控制、执行这一完整过程，其他如预警提示、短暂干预的驾驶技术(ADAS,AdvancedDriverAssistanceSystems)不能完成这一完整的流程，不在自动驾驶技术范围之内。即汽车至少在某些具有关键安全性的控制功能方面(如转向、油门或制动)无需驾驶员直接操作即可自动完成控制动作。自动驾驶汽车一般使用机载传感器、GPS和其他通信技术设备获得信息，针对安全状况进行决策规划，在某种程度上恰当地实施控制。自动驾驶包括无人驾驶。
智能驾驶指搭载先进的智能系统和多种传感器设备(包括摄像头、雷达、导航设备等)，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作。智能驾驶包括自动驾驶以及无人驾驶。
以上三者的关系可由下图表示：
图1-1无人驾驶、自动驾驶、智能驾驶关系图
1.3智能车辆国内外发展现状及趋势概述
自年汽车诞生以来，结构逐步成型;年，汽车开始采用流水先生产;年，高速公路诞生;20世纪50年代，被动安全系统，如安全带、安全气囊出现;至此，以底盘、传动、轮胎、车身、机械为核心技术的汽车逐渐开始规模化生产，同时，国内汽车工业开始起步。年，Ford最早装配防抱死制动系统(ABS,Anti-lockBrakingSystem)这一主动安全系统;年，Mercedes-Benz率先配备电子稳定系统(ESP,ElectronicStabilityProgram);至此，以发动机、早期汽车电子技术、安全系统和节能为核心技术的汽车性能不断优化，大量资金和技术被引入，同时，国内汽车工业全面发展。年，Google开启自动驾驶项目，以汽车电子技术、自动驾驶、新能源为核心技术的汽车逐步向智能化、轻量化、电动化、网联化、出行方式共享化等方向发展;自动驾驶作为重要的发展趋势之一，将再次彻底改变出行方式。我国汽车工业起步较晚，但在新能源汽车等领域进展较快，并率先赶上自动驾驶研发热潮，有望在汽车产业发挥引领作用。
美国在20世纪80年代初已经开始自动驾驶技术的军事化应用，欧洲从80年代中期开始研发自动驾驶车辆，更多强调单车自动化、智能化的研究，日本的自动驾驶研发略晚于欧美，更多