闪光激光雷达实现无人驾驶导航

一艘宇宙飞船盘旋在灰色、布满陨石坑的月面上，扫描着它的着陆点，然后，在火箭的火焰中，扬起大量尘埃的火焰中，着陆器“墨菲斯”安全稳定地下降到一个空旷的地方。在布满碎石的岩石表面。

事实上，2014 年的这次飞行并不是一次新的登月——精心打造的月球景观实际上就在肯尼迪航天中心的跑道一侧。但它确实展示了一些非常新的东西：自主着陆在一定程度上是由一种特殊的 3D 成像仪（称为全局快门闪光激光雷达）实现的，它被用来帮助 NASA 接近和采样小行星，并且很快可能会帮助你的汽车安全地行驶在道路上。

传统激光雷达的工作原理是发送激光脉冲。当激光机械扫描整个场景时，该设备会计算脉冲从各个表面反射回来所需的时间。然后，它能够逐像素地将场景的 3D 地形图拼接在一起。顾名思义，全局快门闪光激光雷达使用单个激光脉冲生成整个地图，一次性获取所有数据。脉冲由具有数千个像素的焦平面阵列接收，这提供了许多优势，最重要的是速度。一次激光发射就可以产生数万个像素。

但它也显着减少了计算负载，因为所有数据都是在同一时刻、同一物理位置接收的。相比之下，使用传统激光雷达时，携带该设备的飞行器通常会在运动中发出一系列激光脉冲。你必须非常精确地跟踪该运动，以便正确计算如何将所有这些像素放在一起。

Amzarjerdian 的 NASA 团队早在 2006 年就开始探索闪光激光雷达的使用，同时致力于自主着陆和避险技术 (ALHAT) 项目，这项工作最终导致 Morpheus 在 2014 年成功模拟登月。“我们的目标是使用像 3D 相机一样的激光雷达，这样当我们前往月球或火星时，着陆器可以向下方看，看到岩石和陨石坑，然后找出最好的座位。

在之前的任务中，美国宇航局会提前分析图像，以找到平稳安全的着陆点。展望未来，现在科学家们想去更危险的地方。为了做到这一点，他们不能只选择最安全、最温和的地区。如果想去这些危险的地方，那就就必须有一个机载避险传感器。

好处

     如今，ASC 的闪光激光雷达不仅适用于太空，而且还是太空先驱。美国宇航局的起源、光谱解释、资源识别、安全-风化层探索者 (OSIRIS-REx) 小行星样本返回任务拥有一台相机，可帮助指导最终接近其目标小行星贝努 (Bennu)。传感器提供了小行星的范围以及它们正在接近的区域的 3D 地图，因此它们可以在最后几米内定位自己。”2020 年 7 月，OSIRIS-REx 计划在靠近目标小行星 Bennu 的位置航行，执行样本返回任务，这在一定程度上要归功于闪光激光雷达的引导。

但该成像仪也有大量地面应用，包括无人驾驶汽车，ASC 的汽车闪光激光雷达是根据太空就绪设备（例如飞往贝努的设备）改编的，但“基本技术是相同的”。除其他差异外，汽车版本要小得多，为 4 英寸 x 4 英寸 x 2 英寸，大约是符合空间要求的版本所需尺寸的八分之一。但基本的优势是相同的。最重要的是：传统激光雷达每个脉冲只有一个像素。闪光激光雷有 15,000 个像素。而且由于闪光激光雷在一次捕获中获取了整个数据帧，因此不会出现运动失真。通过降低软件处理要求，闪光激光雷达可以更快地识别道路危险，这对于与其他驾驶员、行人、骑自行车者等一起在道路上行驶时至关重要的安全优势。

处理数据的减少还有其他好处，包括将所需功率从传统激光雷达的约 150 瓦减少到 ASC 太空就绪系统的仅 40 瓦。相机能够生成无失真数据、点云数据，从而能够在各种应用中实现实时自主导航：空间平台、机载、陆地平台和海洋平台。