《智能汽车传感器检测与应用》-模块八 激光雷达的应用与检测

模块八

激光雷达的应用与检测激光的认知任务1任务2任务3激光雷达的认知激光雷达工作原理任务4任务5激光雷达的应用激光雷达的安装与调试任务1激光的认知1.激光的定义

激光雷达是工作在光波频段的雷达，它利用光波频段的电磁波先向目标发射探测信号，然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较，从而获得目标的位置（距离、方位和高度）、运动状态（速度、姿态）等信息，实现对目标的探测、跟踪和识别。

与传统雷达使用无线电波相比，激光雷达使用激光射线，其射线波长一般在600-1000nm，远远低于传统雷达所使用的波长。因此，激光雷达在测量物体距离和表面形状可达到更高的精准，一般精准度可以达到厘米级。2任务1激光的认知1.激光的定义

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激光光束可以准确测量视场中物体轮廓边沿与设备间的相对距离，这些轮廓信息组成点云图并绘制出3D环境地图。任务1激光的认知2.激光的特性

4激光主要有四大特性：高方向性、高亮度、高单色性和高相干性。（1）高方向性：普通光向四面八方辐射，而激光基本沿某一直线传播，激光束的发散角很小，能有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度。（2）高亮度：激光在单位面积、单位立体角内的输出功率特别大。激光器能产生宽度极窄的光脉冲，由于能量被集中在极短的时间内发射出来，因此光功率极高。（3）高单色性：光的颜色由光的波长（或频率）决定，激光器输出的光波长分布范围非常窄，因此颜色极纯。由于激光的单色性极高，从而保证了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。（4）高相干性：光由光子组成，具有粒子性，从激光器中发射出来的光量子由于共振原理，在波长、频率、偏振方向都是一致的，使得具有非常强的干涉力，一般称作激光的相干性。激光具有时间相干性好，相干长度可达几十公里。模块八

激光雷达的应用与检测激光的认知任务1任务2任务3激光雷达的认知激光雷达工作原理任务4任务5激光雷达的应用激光雷达的安装与调试任务2激光雷达的认知1.激光雷达的定义

6什么是激光雷达？

激光雷达以激光束为信息载体，通过发射激光光束来扫描环境，搜集反射回来的光束，形成点云和获取数据，数据经光电处理后生成精确的三维立体图像。

任务2激光雷达的认知2.激光雷达的特点

7探测范围广：可达300m以上。分辨率高：距离分辨率可达0.1m；速度分辨率能达到10m/s以内；角度分辨率不低于0.1mard，即可以分辨3km距离上相距0.3m的两个目标，可同时跟踪多个目标。信息量丰富：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。可全天候工作：不依赖于外界条件或目标本身的辐射特性。与毫米波雷达相比，产品体积大，成本高。不能识别交通标志和交通信号灯。任务2激光雷达的认知3.激光雷达的结构

8激光雷达主要由激光发射器、激光接收器、信号处理单元与控制系统构成。激光发射器是激光雷达的激光发射机构，主要负责向障碍物发出激光信号；激光接收器主要接收经障碍物反射之后回来的激光信息；信号处理与控制系统负责控制激光器的发射，以及接收器接收到的信号的处理，它将接收回来的信号进行处理，根据这些信息计算出目标物体的距离等信息，是激光雷达系统最关键的环节，将直接影响激光雷达系统的测量精度。模块八

激光雷达的应用与检测激光的认知任务1任务2任务3激光雷达的认知激光雷达工作原理任务4任务5激光雷达的应用激光雷达的安装与调试9任务3激光雷达的工作原理激光雷达的测距原理10任务3激光雷达的工作原理三角测距法测距基本原理11任务3激光雷达的工作原理脉冲测距法测距公式为L=tc/2。注:设目标距离为L，激光脉冲往返的时间间隔是t，光速为c。12任务3激光雷达的工作原理调幅连续波测距13模块八

激光雷达的应用与检测激光的认知任务1任务2任务3激光雷达的认知激光雷达工作原理任务4任务5激光雷达的应用激光雷达的安装与调试14任务4激光雷达的应用

激光雷达具有高精度、高分辨率，能够精确测量目标的位置、形状及状态，从而引导车辆行进。激光雷达在智能网联汽车中起着类似于“眼睛”的作用，能够根据扫描到的点云数据快速绘制3D全景地图。目前已广泛应用于自适应巡航控制（ACC）、前车碰撞预警（FCW）和自动紧急制动（AEB）等系统，主要应用场景有障碍物识别、高精度定位导航、障碍检测及运动目标跟踪等。15任务4激光雷达的应用障碍检测及运动目标跟踪

激光雷达数据的特点，利用点和线段特征来描述环境；提取出当前时刻的点或线段特征，与已知地图进行匹配，从而得到车辆的位姿估计。这种方法需要建立环境的地图，并在已知地图的基础上进行定位，解决对环境地图的描述和地图自动生成问题、环境地图的匹配问题、以及定位的精度问题。

16任务4激光雷达的应用2.障碍物识别激光雷达对周围障碍物进行扫描，对障碍物的形状特征进行提取，对比数据库原有特征数据，进行障碍物分类与识别。17任务4激光雷达的应用3.高精度定位导航激光雷达在定位中的最主要的作用就是对位置传感器定位的校正。在运动定位中，位置传感器提供了智能网联汽车的大致的定位信息，在此基础上，激光雷达从环境中感知的信息（包括点线面的几何信息等）用来在小范围内和已知地图匹配，实现对位置传感器定位的校正。

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激光雷达的应用与检测激光的认知任务1任务2任务3激光雷达的认知激光雷达工作原理任务4任务5激光雷达的应用激光雷达的安装与调试19不同类别的激光雷达在汽车上的安装也有所不同。单线激光雷达：车辆四周、前保险杠多线激光雷达：车辆顶部、车辆四周固态激光雷达：车辆前侧任务5激光雷达的安装与调试1.激光雷达的安装位置20任务5激光雷达的安装与调试2.激光雷达的安装操作1）确定激光雷达的安装高度及俯仰角度（激光雷达的俯仰角为180°，横摆角为0°，侧倾角为0°），安装高度根据前方障碍物高度进行调整，横向安装位置为车辆正中央的轴线上，确定好位置后使用专用工具安装激光雷达。21任务5激光雷达的安装与调试2.激光雷达的安装操作2）将激光雷达电源及控制线束与其他功能部件连接。3）接通实训台电源，激光雷达安装完毕。任务5激光雷达的安装与调试3.激光雷达的调试

打开软件中实训操作界面，选择“传感器的安装与标定—激光雷达的安装与标定”菜单，点击“开始实验”，此时，软件界面中包括两个活动区域，分别是“激光雷达实时显示界面”和“激光雷达数据流显示界面”。点击“启动雷达