智能网联汽车传感器技术 课件 5.1.1激光雷达的认知

2023激光雷达的认知烟台汽车工程职业学院李晓艳1.激光雷达的定义目录CONTENTS2.激光雷达的历史3.激光雷达的工作方式4.点云的概念5.激光雷达的优点6.激光雷达的缺点激光雷达的定义激光雷达是LiDAR（LightDetectionandRanging），以激光束为信息载体，利用相位、振幅、频率等来搭载信息，并将辐射源频率提高到光频段，能够探测极微小的目标。武汉激光雷达站激光雷达的定义激光雷达波长在1550nm左右，参考电磁波波长谱，可以发现激光雷达发射的激光在红外线范围之内，而毫米波波长在毫米级别（1mm-10mm），其波长远远大于激光雷达的激光。电磁辐射波普激光雷达的历史激光雷达波长在1550nm左右，参考电磁波波长谱，可以发现激光雷达发射的激光在红外线范围之内，而毫米波波长在自上世纪60年代激光被发明不久，激光雷达就大规模发展起来。激光成为真正的推动者，使得激光雷达变得既便宜又可靠，使得与其他传感器技术相比更具有竞争力。激光雷达开始在可见光区域工作（红宝石激光器），而后是近红外区（Nd：YAG激光器），最后是在红外区域（CO2激光器）。目前，很多激光雷达工作在对人眼无害的近红外区域。基于激光雷达原理，OCT和数字全息等许多新的技术逐渐受到重视。毫米级别（1mm-10mm），其波长远远大于激光雷达的激光。车用激光雷达发展示意图激光雷达的历史激光雷达技术发展历程示意图◆1968年，世界上第一个激光海水深度测量系统;◆

20世纪70年代末，具有扫描和高速数据记录能力的机载海洋激光雷达;◆1980年，绘制出水深小于10m的海底地貌;◆

1984年，由于当时激光雷达系统较为原始，无法检测识别低于8m的树木;◆

20世纪90年代后期，形成机载激光扫描仪;激光雷达的历史激光雷达技术发展历程示意图◆

1993年，德国出现首个商用机载激光雷达系统;◆1995年，机载激光雷达设备实现商业化生产;◆20世纪90年代，星载激光雷达的研制和应用;◆2003年，正式将地学激光测高仪列入地球观测系统中;◆2018年，单光子激光雷达传感器。激光雷达的历史（国内）主动成像的连续光源三维激光雷达:浙江大学，采用余弦调制的连续光源的余弦一方波相关鉴相法，研制成功了无扫描三维激光雷达，并对15米处的自标进行了探测,测距精度为28厘米。点扫描三维激光雷达:2005年，国防科技大学的胡春生博士和秦石乔教授，研制成功了一种单点二维扫描方式的三维激光雷达，该系统采用了半导体激光器为光源，APD为接收器，作用距离为24米，能够以30Hz帧率成16x101分辨率图像，采样率约为48.5kz，测距精度为9.2厘米。浙江大学项志宇等人用已有的单点激光雷达改装制作了200*361像素，0.8Hz帧率，采样率约57.8KHz，目标距离8米时测距精度为3厘米。激光雷达的工作方式激光雷达是一种采用非接触激光测距技术的扫描式，主动传感器，通过向被测目标发射探测信号（激光束），然后通过搜集反射回来的光束形成点云和获取数据，测量反射或散射信号的到达时间、强弱程度等参数，数据经光电处理后可生成为精确的三维立体图像，以此确定目标的距离、方位、运动状态及表面光学特性。激光雷达的工作方式高频激光可在1s内获取大量（10^6-10^7

数量级）的位置信息，激光雷达采集到的物理信息呈现出一系列分散的、具有准确角度和距离信息的点，被称为点云，并根据这些信息进行三维建模。除了获得位置信息外，它还可通过激光信号的反射率初步区分不同材质。通过激光雷达获取的环境点云，可以准确地获得高精度的空间环境信息，测距精度达厘米级。激光雷达的优点

（1）探测范围广。探测距离可达300m以上。驾驶辅助系统——前瞻性激光雷达激光雷达的优点（2）分辨率高。激光雷达可以获得极高的距离、速度和角度分辨率。距离分辨率可达0.1m；角度分辨率能达10m/s以内；角度分辨率不低于0.1rad，能分辨3km距离内相距0.3m的两个目标，并可同时跟踪多个目标。距离和速度分辨率高，意味着可以利用距离-多普勒成像技术来获得目标的清晰图像。分辨率高，是激光雷达的最显著的优点，其多数应用都是基于此。激光雷达的优点（3）信息量丰富。可直接获取探测目标的距离、角度、反射强度、速度等信息，生成目标多维度图像。固态激光雷达激光雷达的优点（4）可全天候工作。激光主动探测，不依赖于外界光照条件或目标本身的辐射特性，它只需发射自己的激光束，通过探测发射激光束的回波信号来获取目标信息。固态激光雷达激光雷达的优点（5）隐蔽性好，抗干扰能力强。激光式线性传输的，具有良好的方向性和窄光束。激光雷达的优点（6）低空探测性能好，微波雷达由于各种地面回波的影响，在低空一定区域存在盲区。而对于激光雷达来说，只有被照射的目标才会产生反射，完全不存在低物回波的影响，因此可以“零高度”工作，低空探测性能较微波雷达强了许多。超低空目标预警雷达车激光雷达的优点（7）体积小、重量轻。通常普通微波雷达的体积庞大，整套系统质量数以吨记，光天线口径就达几米甚至几十米。而激光雷达就要轻便、灵巧的多，发射望远镜的口径一般只有厘米级，整套系统的质量最小的只有几十公斤，架设、拆收都很简便。而且激光雷达的结构相对简单，维修方便，操纵容易，价格也较低。激光雷达的缺点（1）受天气和大气影响大。激光一般在晴朗的天气里衰减较小，传播距离较远