汽车智能传感器技术与应用 项目五任务1：认识激光雷达-微课设计

汽车智能传感器技术与应用微课教学设计,,,,,

微课名称,项目五任务1：认识激光雷达,,,,

视频长度,5min,,,,

知识点描述,激光雷达的结构和工作原理，激光雷达的技术指标，激光雷达的应用场景,,,,

重难点,激光雷达的结构和工作原理,,,,

教学类型,知识原理类,,,,

设计思路,配合PPT的讲解分成两部分知识讲解，激光雷达的结构和工作原理，激光雷达的技术指标和应用场景。明确工作任务，引导学生学习激光雷达的结构和工作原理，激光雷达的技术指标和应用场景，并在任务完成后课后习题,,,,

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课程结构,画面内容,字幕,景别镜头,教学目的,备注

课程导入,教师出镜+PPT2,"一位客户注意到路面上行驶的无人驾驶出租车（Robotaxi）的顶部安装了一个又大又圆的东西，对此他感到非常好奇。你作为一名技术员，需要向客户讲解激光雷达的定义和作用，以及它在智能网联汽车上的安装位置。

",教师出镜+PPT2,明确学习任务，导入本节课内容,

学习目标,教师出镜+PPT3,"首先我们应该知道本节课的学习目标：1.能解释激光雷达的定义。

2.能说出激光雷达的结构。

3.能概括激光雷达的特点和技术指标。

4.能区分出激光雷达的类型和作用。

5.能叙述激光雷达的应用场景。",教师出镜+PPT3,明确学习目标,

激光雷达的结构和工作原理,教师出镜+PPT22,我们已经知道激光雷达的定义、特点以及的分类，接下来学习激光雷达的结构和工作原理、技术参数和应用场景。不同类型的激光雷达的结构存在一定的差异，以机械式激光雷达为例，机械激光雷达主要由激光发射器、激光接收器、信号处理单元和控制系统这四大核心组件构成，称为激光雷达四大核心组件。,教师出镜+PPT22,"讲解激光雷达的结构和工作原理,学生能够初步了解激光雷达的结构和工作原理。",

,教师出镜+PPT23,"（1）激光发射器：激光发射器是激光雷达中的激光发射机构。

（2）激光接收器：激光照射到障碍物以后通过障碍物的反射光线会经由镜头组汇聚到接收器上。

（3）信号处理单元：信号处理单元负责控制激光器的发射、信号处理，计算目标物体的距离等信息。

（4）旋转机构（控制系统）：将核心部件以稳定的转速旋转起来，实现对所在平面扫描，并产生实时平面图信息。",教师出镜+PPT23,,

,教师出镜+PPT224,"（1）激光雷达是以激光器作为辐射源，通过激励源激励，发出空间呈高斯分布的激光束，为了能得到质量更好的激光束，经由光束整形和激光扩束装置，使激光束空间分布均匀，加大了激光作用距离。

（2）整形和扩束的激光束作为激光雷达探测信号，以大气为传播媒介，辐射到目标物表面上。

（3）激光接收机接收目标物反射和散射信号，光信号经由光学探测器转变为电信号，回波检测处理电路从传来的电信号中分出回波信号和杂波干扰脉冲，并放大回波信号，将回波信号送往计算机进行数据采集与处理，提取有用信息",教师出镜+PPT224,,

激光雷达的技术指标和应用场景,教师出镜+PPT25,"激光雷达的主要性能参数有测量距离、测距精度、扫描频率、测距采样数、角分辨率、视场角、雷达线束、安全等级、使用寿命等。

（1）测量距离：激光雷达的测距与目标的反射率相关，目标的反射率越高则测量的距离越远。激光雷达所标称的距离大多以90%反光率的漫反射物体（如白纸）作为测试基准。例如190m@10%的含义为190m内可以探测到反射率大于10%的所有物体。

",教师出镜+PPT25,讲解激光雷达的技术指标和应用场景，学生能通过自己的理解描述相关知识点,

,,"（2）测距精度：指同一目标进行重复测量得到的距离值之间的误差范围。车载激光雷达的测距精度至少应达到10cm以内。

（3）扫描频率：指一秒内进行多少次扫描。较高的扫描频率可以确保安装激光雷达实现较快速度的运动，并且保证地图构建的质量。但提高扫描频率并不只是简单地加速激光雷达内部扫描电机旋转，需要对应提高测距采样率。不然当采样频率固定的情况下，更快的扫描速度只会降低角分辨率。

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,,"（4）测距采样率：是指一秒内进行多少次测距输出。在转速一定的情况下，采样率决定了每一帧图像的点云数目以及点云的角分辨率。角分辨率越高，点云数量越多，则图像对周围环境的描绘就越细致。

（5）角分辨率：指两个相邻测距点的角度。表示激光雷达分辨目标的能力，角分辨率越小，则表明能够分辨的目标越小。

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,,（6）视场角是指激光束通过扫描装置所能达到的最大角度范围，包括水平视场角（∠AOB）和垂直视场角（∠BOC）。垂直视场角一般在30°~50°之间。机械激光雷达的水平视场角一般是360°，而固态激光雷达的水平视场角一般在80~120°之间。,,,

,,（7）雷达线束：常见的激光雷达的线束有16线、32线、64线、128线等。多线激光雷达分布着多个激光发射器，再通过电机的旋转形成多条线束的扫描。理论上讲，线束越多、越密，对环境描述就更加充分。,,,

,教师出镜+PPT26,"目前，激光雷达在自动驾驶领域中，主要应用有两个：目标检测和SLAM定位与构图。

1.目标检测

自动驾驶车辆对周围环境的准确感知是确保自动驾驶安全的基础，因此感知数据的精度和可靠性十分重要。激光雷达作为自动驾驶目标检测的传感器之一，常用于物体检测、障碍物识别、道路分割和目标关键信息提取",教师出镜+PPT26,,

,教师出镜+PPT27,激光SLAM是指搭载激光雷达的车辆，使用实时的激光点云数据在运动中估计自身的位姿，同时增量式构建周围的环境地图的算法。基于激光雷达的SLAM不会受到光照影