第二章：传感器基础与选型
2.1 激光雷达：我用它“看”世界
激光雷达，说白了就是给系统装上一双“激光眼”。它通过发射激光束，测量反射时间，算出物体的距离和形状。
我在项目中遇到过最头疼的事，就是激光雷达的选型。你想想看，市面上有机械式、固态、混合固态……价格从几千到几十万不等。怎么选？
工作原理：
- 发射激光脉冲 → 打到物体 → 反射回来 → 计算时间差 → 得出距离
- 多线束（16线、32线、64线、128线）决定点云密度
- 水平视场角通常360°，垂直视场角一般30°左右
选型考量：
| 参数 | 说明 | 我的建议 |
|---|---|---|
| 线束数量 | 16线够用，64线更精细 | 低速场景16线，高速场景至少32线 |
| 探测距离 | 100m-300m不等 | 城市道路100m足够，高速需要200m+ |
| 精度 | ±2cm到±5cm | 定位用选高精度，避障用普通即可 |
| 防护等级 | IP65/IP67 | 户外必须IP67以上 |
避坑指南：我曾经选了一款16线激光雷达，以为够用。结果在雨天，点云稀疏得跟筛子似的。后来换了32线，情况好很多。记住：线束越多，抗干扰能力越强。
2.2 摄像头：最像人眼的传感器
摄像头的工作原理，其实跟人眼很像。光线通过镜头，打在CMOS传感器上，转换成电信号，再变成数字图像。
我习惯把摄像头分为三类：单目、双目、RGB-D。单目最便宜，但缺深度信息；双目能算深度，但计算量大；RGB-D直接出深度图，但室外容易受干扰。
关键参数：
- 分辨率：1080P够用，4K更好（但数据量翻4倍）
- 帧率：30fps是底线，60fps更流畅
- 视场角：120°以上才能覆盖足够视野
- 动态范围：120dB以上才能应对逆光
我的经验：选摄像头时，别只看分辨率。动态范围更重要。有一次我在隧道出口，摄像头直接过曝，啥都看不见。后来换了高动态范围的型号，问题解决。
2.3 IMU：惯性测量单元，系统的“平衡感”
IMU包含加速度计和陀螺仪。加速度计测线性加速度，陀螺仪测角速度。两者结合，就能算出物体的姿态和位置。
说白了，IMU就是系统的“内耳前庭”。没有它，系统在GPS信号丢失时就会“晕头转向”。
选型要点：
| 参数 | 说明 | 我的建议 |
|---|---|---|
| 零偏稳定性 | 决定长时间漂移程度 | 低于10°/h算合格，低于1°/h算优秀 |
| 量程 | 加速度计±2g到±16g | 普通场景±4g，激烈运动±16g |
| 输出频率 | 100Hz到1000Hz | 融合定位需要至少200Hz |
注意：IMU有温漂问题。我曾经在零下20°C的环境测试，数据直接飘了。选型时一定要看工作温度范围，最好带温度补偿。
2.4 GPS：全球定位系统，但别太依赖它
GPS的工作原理很简单：卫星发信号，接收机算距离，然后定位。但实际没那么美好。
我遇到过最尴尬的事，是在高架桥下，GPS定位直接跳到对面车道。后来才知道，多路径效应是GPS的“天敌”。
选型考量：
- 定位精度：普通GPS 2-5m，RTK可达厘米级
- 更新频率：10Hz够用，20Hz更好
- 卫星系统：GPS+北斗+GLONASS多系统支持
- 抗干扰能力：城市峡谷场景尤其重要
我的习惯：GPS只作为“粗定位”，融合IMU和激光雷达做“精定位”。别指望GPS单独搞定一切，尤其是在城市里。
2.5 毫米波雷达：雨雾中的“火眼金睛”
毫米波雷达用毫米波段的电磁波，穿透雨雾的能力比激光雷达强得多。它主要测距离和速度，但角度分辨率不如激光雷达。
我做过一个对比测试：同样的大雨天气，激光雷达的有效距离降到30米，毫米波雷达还能保持150米。差距很明显。
选型参数：
| 参数 | 说明 | 我的建议 |
|---|---|---|
| 频率 | 24GHz/77GHz | 77GHz精度更高，推荐 |
| 探测距离 | 短距30m，长距250m | 前向用长距，侧向用短距 |
| 角度分辨率 | 1°到5° | 低于3°才能区分相邻车道 |
核心观点：没有完美的传感器。激光雷达精度高但怕雨雾，摄像头信息丰富但怕逆光，IMU不怕干扰但会漂移，GPS覆盖广但精度低，毫米波雷达全天候但分辨率低。融合才是王道。
2.6 选型总原则：我的“三板斧”
做了这么多年多传感器融合，我总结出三条原则：
- 冗余互补：同一个场景，至少两种传感器能覆盖。比如激光雷达和毫米波雷达同时测距。
- 成本可控：别为了追求极致性能，把成本搞到天上去。够用就好，留有余量。
- 接口统一：传感器输出格式尽量统一，不然融合算法会写到你崩溃。
嗯，传感器选型就聊到这儿。下一章我们聊聊传感器标定，那才是真正考验耐心的时候。