激光雷达光源
LiDAR(雷达)技术介绍
激光雷达与微波雷达的异同：
激光雷达工作原理：
向被测目标发射探测信号（激光束），然后测量反射或发射信号的到达时间、强弱程度等参数，以确定目标的距离、方位、运动状态及表面光学特性。
用飞行时间法（Time of flight method）测算出L：
从公式可以看出精度取决于时间，所以对接收装置的要求很高。如果做到1cm的精度，可以推出对时间的测量精度达到0.067ns。
这些核心指标参数，其实就可以判断一个传感器是否满足你的使用需求
最大辐射功率
第一重要的参数，首先看是否得到安全认证，是否需要做防护
水平视场
机械式雷达360度旋转，水平全视角
垂直视场
一般16线俯仰角30度，从-15度到15度，应用最多、最广泛
光源波长
光学参数，纳米参数
最远测量距离
是否满足长距离探测
测量时间/帧频率
传统雷达以微波作为载波的雷达，大约出现在1935年
雷达按频段可分为：超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等
激光雷达即激光探测及测距系统LiDAR(Light Detection and Ranging)，是一种通过发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。
用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。
LiDAR(雷达）技术介绍
相对于传统测距传感器，激光雷达在测量精度、测量距离、角分辨率、抗干扰能力等方面具有巨大的综合优势。
01背景概述
雷达（英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写），意思为"无线电探测和测距"，发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标的距离、速度、方位、高度等信息。
激光雷达的分类
激光雷达的分类激光雷达，简称Lidar，也称LaserRadar或LADAR（LaserDetectionandRanging：激光探测及测距），是通过激光照射目标并用传感器测量反射光来测量目标距离的一种测量方法。
目前激光雷达广泛应用在测绘、气象监测、安防、自动驾驶等领域。
且大部分人认为，激光雷达是自动驾驶不可或缺的关键传感器。
目前市面上可见的车载激光雷达，基本都是机械式，其典型特征即为拥有机械部件，会旋转，比如Velodyne著名的大花盆HDL64。
当然也有混合固态激光雷达，即外面不转了，但里面仍有激光发射器进行旋转的种类。
但除了这两种激光雷达外，因使用的技术不同，还分为多种激光雷达。
下面我们一起来全面了解激光雷达的分类。
根据结构，激光雷达分为机械式激光雷达、固态激光雷达和混合固态激光雷达。
1、机械式激光雷达机械激光雷达，是指其发射系统和接收系统存在宏观意义上的转动，也就是通过不断旋转发射头，将速度更快、发射更准的激光从“线”变成“面”，并在竖直方向上排布多束激光，形成多个面，达到动态扫描并动态接收信息的目的。
以Velodyne生产的第一代机械激光雷达（HDL-64E）为例，竖直排列的激光发射器呈不同角度向外发射，实现垂直角度的覆盖，同时在高速旋转的马达壳体带动下，实现水平角度360度的全覆盖。
因此，HDL-64E在汽车行驶过程中，就一直处于360度旋转状态中。
因为带有机械旋转机构，所以机械激光雷达外表上最大的特点就是自己会转，个头较大。
如今机械激光雷达技术相对成熟，但价格昂贵，暂时给主机厂量产的可能性较低；同时存在光路调试、装配复杂，生产周期漫长，机械旋转部件在行车环境下的可靠性不高，难以符合车规的严苛要求...等不足。
当前的激光雷达战场，机械旋转式方案占据着绝对的统治地位，目前除了美国Quanergy 以外，各大主流的激光雷达供应商都是以机械旋转式的产品线为主，并以此为基础不断推进更高线数产品的迭代。
激光雷达考试浓缩笔记
一、技术介绍1.激光雷达概念：激光探测与测量，Light Detection And Ranging，英文缩写为LiDAR，LiDAR的光源一般采用激光，原理与雷达原理相同，故都将LiDAR翻译为激光雷达，也可称为激光扫描仪。
工作原理：脉冲式和相位式，它有激光发射器、接收器、时间计数器、微电脑构成，成像为点云，并以数据为基础重建目标三维模型。
（相位式问题：相位测量仅能测出不足一周的相位差，相位差的分辨率限制测距的精度，为了保证精度而又兼顾测程，采用几个调制光波长配合测距。
）激光扫面技术分类：1D激光测距、2D激光测距、3D激光测距、多传感器的集成激光雷达和普通雷达的区别：普通雷达：射频电磁波被送到大气中，大气中的目标散射发射电磁波的一部分到普通雷达的接收器中。
激光雷达也发射和接收电磁波，但其频率相对较高，激光雷达工作在紫外光、可见光、近外红三个光谱波段激光雷达存在的问题两点同步难匹配、数据处理自动化程度低测量复杂度高、仪器昂贵、操作人员需要较高技巧、生产成本高、费时对天气、可见度等自然条件要求高很难获取较全面的信息2.三维激光扫描技术概念：三维激光扫描系统：由三维激光扫描仪、计算机、电源供应系统、支架以及系统配套软件构成、而三维激光扫描仪又由激光发射器、接收器、时间计数器、马达控制可旋转的滤光镜、控制电路板、微电脑、CCD相机以及软件组成。
三维激光扫描技术是一种先进的全自动高精度立体扫描技术，用三维激光扫描仪获取目标物表面各点的空间坐标，然后由获得的测量数据构造出目标物的三维模型的一种全自动测量技术。
是继GPS后的又一项测绘新技术，已成为空间数据获取的重要技术手段。
原理：三维激光扫描仪发射器发出一个激光脉冲信号，经物体表面漫反射后沿几乎相同的路径反向传回到接收器，可以计算目标点P与扫描仪距离S。
激光测距技术是三维激光扫描仪的主要技术之一，激光测距的原理主要有基于脉冲测距法、干涉测距法、激光三角法三种类型。
什么是LiDAR激光雷达
1 什么是LiDARLiDAR，是Light Detection and Ranging的缩写，常用作代表激光雷达。
LiDAR是一种传感技术，可发射低功率，人眼安全的激光进行脉冲测量，并测量激光完成传感器与目标之间往返所需的时间。
所得的聚合数据用于生成3D点云图像，同时提供空间位置和深度信息以识别，分类和跟踪运动对象。
LiDAR工作原理：LiDAR的工作原理是检测并测量返回传感器接收器的光。
一些目标比其他目标反射的光线更好，这使它们更容易可靠地检测和测量到传感器的最大范围。
比如，黑色表面善于吸收更多光，而白色表面能够反射更多的光。
这样一来，与目标主题颜色相对较暗的目标相比，相对颜色较亮的目标更容易在更长的距离上受到可靠地检测或测量。
对于窗户等像镜子一样的目标在检测和测量方面颇具挑战性，因为与在多个方向上分散光的漫射目标不同，类似镜子的物体只能反射很小的聚焦光束，而不会直接反射到传感器的接收器中。
同时，诸如路标和车牌之类的可反光目标将高百分比的光返回接收器，并且是LiDAR传感器的良好目标。
由于存在这些差异，LiDAR传感器的实际性能和最大有效范围可能会根据目标的表面反射率而有所不同。
1.1点云点云是在同一空间参考系下表达目标空间分布和目标表面特性的海量点集合，在获取物体表面每个采样点的空间坐标后，得到的诸多特征点的集合，称之为“点云”（Point Cloud）。
点云是由3D点数据组成的大型数据集，由激光测量原理得到。
车载激光雷达产生的点云包含来自周围环境的原始数据，这些原始数据是从移动物体（例如车辆和人）以及静止物体（例如建筑物，树木和其他永久性结构）扫描而来的。
然后可以通过软件系统转换包含数据点的点云，以创建给定区域的基于LiDAR的3D图像。
激光测量得到的点云内容包括三维坐标（XYZ）和激光反射强度（Intensity），强度信息与目标的表面材质、粗糙度、入射角方向，以及仪器的发射能量，激光波长有关参数等。
tof激光雷达测距原理(一)
tof激光雷达测距原理(一)TOF激光雷达测距原理TOF（Time of Flight）激光雷达是目前应用较广泛的测距技术之一。
本文将从浅入深，介绍TOF激光雷达的工作原理和相关技术细节。
什么是TOF激光雷达TOF激光雷达是一种基于激光测距原理的传感器。
它利用激光脉冲的发送和接收时间差来计算目标物体的距离。
TOF激光雷达可以广泛应用于自动驾驶、工业自动化、智能家居等领域。
TOF激光测距原理TOF激光雷达的测距原理是利用光的传播速度和发送接收时间差来计算距离。
1.发射激光脉冲：TOF激光雷达通过激光器发射一个短脉冲光束，该光束在空气中以光速传播。
2.接收反射光：光束照射到目标物体上后，会部分被反射回来。
TOF激光雷达内部的光接收器会接收到反射光，并记录下接收到光的时间。
3.计算距离：通过测量发射和接收时间差，乘以光速，即可得到目标物体到雷达的距离。
TOF激光雷达系统组成TOF激光雷达由以下几个主要组成部分构成：•激光器：产生短脉冲激光光束。
•光接收器：接收反射光，并记录接收时间。
•光电探测器：将接收的光信号转换为电信号。
•时间测量单元：记录发射和接收时间，计算时间差。
•数据处理单元：根据时间差和光速计算目标物体的距离。
TOF激光雷达的优点和挑战TOF激光雷达相比其他测距技术具有以下优点：•高精度：基于光速计算距离，测距精度高。
•高可靠性：不易受环境光影响，适用于各种场景。
•高抗干扰能力：能有效抑制其他光源的干扰。
然而，TOF激光雷达也面临一些挑战：•成本较高：相比其他传感器，TOF激光雷达的价格较高。
•受材料反射率影响：目标物体的材料反射率会影响测距精度。
•多目标识别：同时测量多个目标物体的距离需要较高的处理能力。
结语TOF激光雷达是一种应用广泛的测距技术，利用激光脉冲的发送和接收时间差来计算目标物体的距离。
它的工作原理简单，但在实际应用中需要考虑诸多因素，如材料反射率和多目标识别能力。
TOF激光雷达在自动驾驶、工业自动化等领域具有广阔的应用前景。
激光雷达中光电子技术的应用
激光雷达中光电子技术的应用摘要：随着光电子技术的不断发展，在激光雷达领域中也得到了深入应用，并在雷达信号传输、信息处理等领域中取得了明显的成果。
笔者结合自身的实际经验，充分进行了探究与实践，阐述了光电子技术与激光雷达的概念，并介绍了光电子技术在激光雷达中的应用，期望能为各位同仁带来一些有效帮助。
关键词：激光雷达；光电子技术；应用引言作为一种交叉渗透技术，对各个领域的学科知识，光电子技术都进行了一定的应用，在实际的使用环节，光电子技术的兼容性也相对较强。
作为现代重要的科学技术，激光雷达的发展也在不断融合各种先进的科学技术，而光电子技术就是其中有代表性的一种。
1.激光雷达概述1.1激光雷达的概念当前我们提到的激光雷达主要是指激光探测系统，发射光源为激光器。
在现今社会当中，激光雷达探测的应用比较广泛，发射、接收和信息处理系统是激光雷达的主要构成部分。
通过各式各样的激光器，在与光学扩束单元配合下构成发射系统，固定激光器、半导体激光器等都是发射系统的一种；光电探测器和望远镜共同构成了接收系统，光电倍增管、红外和可见光多元探测器都是接收系统的主要形式；信息处理系统的主要功能是处理激光雷达工作中产生的各种信息。
在实际的使用过程中，激光雷达的探测方法由于不同的原理，也有多普勒、荧光等不同形式。
1.2激光雷达的原理作为一种涵盖了光电检测技术、信号处理技术和激光技术的系统设备，激光雷达的工作原理是通过发射激光的形式，来探测目标物的状态特征，或者是通过间接的方式探测与目标物相关的物理状态特征量，通过接收回波信号的方式，对比与发射信号之间的差异，来实现探测目标。
在实际的应用过程中，根据实际应用需求的不同，激光雷达系统也有着不同的形式，并取得了一定的应用成果，但无论是哪种激光雷达系统，都必须要通过激光来实现探测的目标。
由于激光独特的光学特性，在测量过程中能够得到准确的测量数据，并且在远距离探测过程中，分辨能力是厘米级的。
激光雷达的构成和零部件
激光雷达的构成和零部件
激光雷达是一种利用激光进行距离测量的设备，其构成主要包括光源、发射器、接收器、处理器和数据存储器等部分。
光源是激光雷达的核心部件，通常采用气体激光器、半导体激光器或固体激光器等。
激光器的发射器将激光束发射出去，通过接收器接收返回的反射光，然后传输到处理器进行数据处理和分析。
接收器是激光雷达的另一个重要组成部分，其主要功能是接收反射回来的激光信号。
接收器通常由光电二极管、光电倍增管或光探测器等组成，可以将接收到的光信号转化为电信号，然后送入处理器进行处理。
处理器是激光雷达的核心部件，负责对接收到的激光信号进行处理和分析，并将数据输出到数据存储器中。
处理器通常采用数字信号处理器(DSP)、嵌入式处理器或计算机等，具有高速处理、分析和存储数据的功能。
数据存储器是激光雷达的另一个重要部分，用于存储处理器处理后的数据。
数据存储器通常采用内存、硬盘或闪存等，具有存储大量数据的能力。
综上所述，激光雷达的构成和零部件是一个相互协作的系统，每个部分都发挥着重要的作用，共同实现激光雷达的测量和分析功能。
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激光雷达的构成
激光雷达的构成激光雷达是一种测距仪器，它利用激光束将目标物体上的反射光信号进行采集和处理，从而实现对目标物体的测距和成像等功能。
激光雷达由光源、扫描系统、控制电路、接收器、信号处理器等组成，下面将详细介绍激光雷达的构成。
1.光源激光雷达的光源通常采用半导体激光器，其工作原理是通过在半导体材料中注入电流来激发载流子复合发射光，产生相干的激光光束，其波长通常在红外波段。
半导体激光器具有体积小、寿命长、功率高、能效高等优势，是目前激光雷达最常用的光源之一。
2.扫描系统激光雷达的扫描系统主要由两部分组成：扫描器和扫描控制系统。
扫描器通常有两种类型：旋转扫描器和线性扫描器。
旋转扫描器常用于激光雷达中较为常见的机械式激光雷达，通过旋转镜片等扫描光束，实现对目标物体的测量，典型的代表是Velodyne HDL-64。
线性扫描器通常用于光电式激光雷达，通过摆动镜片或线性阵列等扫描光束，对目标图像进行采集，典型的代表是HDL-32。
扫描控制系统主要是负责控制扫描器的运动，生成扫描波形和控制光束的空间位置，以实现激光雷达对环境的高效扫描和采集。
3.控制电路激光雷达的控制电路是负责对光源、扫描系统和接收器等进行控制的电路，常用的控制电路包括功率驱动电路、扫描控制电路、同步信号电路、数据采集电路等，用于实现激光雷达的精确测量、高速采集和数据处理。
4.接收器激光雷达的接收器通常由接收光学系统和接收电路组成。
接收光学系统主要是用于接收反射光信号，并将光信号转换为电信号以进行后续处理。
接收电路主要包括前端放大器、模拟滤波器、模数转换器等部件，用于将接收到的模拟光信号转换为数字信号，并进行滤波、放大和抗干扰等处理。
5.信号处理器信号处理器是激光雷达的核心部件，主要用于对采集到的光信号进行处理和分析，提取目标物体的信息。
常用的信号处理方法包括傅里叶变换、滤波、聚类、分割、模式识别等，用于实现对目标物体的形状、位置、速度等多维度参数的提取和分析。
光学现象对激光雷达测距精度的影响
光学现象对激光雷达测距精度的影响在当今的科技领域，激光雷达作为一种高精度的测量技术，被广泛应用于自动驾驶、地理测绘、航空航天等众多领域。
然而，其测距精度并非完全无懈可击，光学现象的存在常常给激光雷达的测距带来诸多挑战和影响。
首先，我们来谈谈大气折射这一光学现象。
大气的成分并非均匀一致，温度、湿度和气压的变化都会导致大气折射率的改变。
当激光在大气中传播时，就会像光线通过不均匀的玻璃一样发生折射，从而使激光的传播路径发生弯曲。
这意味着激光实际走过的路程与我们预期的直线传播路径有所偏差，最终导致测距结果出现误差。
例如，在炎热的夏日，靠近地面的空气温度较高，而上方的空气温度相对较低。
这种温度梯度会造成大气折射率的分层变化，激光在传播过程中就会不断地折射和弯曲。
对于远距离的测距任务来说，这种微小的折射累积起来可能会导致相当显著的测距误差。
接着，大气散射也是一个不能忽视的因素。
大气中的各种粒子，如灰尘、水汽、烟雾等，会使激光发生散射。
一部分激光能量会偏离原来的传播方向，导致到达目标物体的激光能量减少，反射回接收器的信号变弱。
这不仅降低了测距的有效信号强度，还可能增加噪声，使得测量结果的准确性大打折扣。
此外，多径效应也会对激光雷达测距精度产生影响。
当激光照射到一个复杂的目标表面，比如具有多个反射面的建筑物或者粗糙的地形时，激光可能会经过多条不同的路径反射回接收器。
这些不同路径的反射信号相互叠加和干扰，导致接收到的信号变得复杂且难以准确解析，从而影响测距的精度。
再来说说光学干涉现象。
如果在激光传播的路径上存在其他相似频率的光源，或者反射面的粗糙度使得反射光之间产生干涉，就会导致接收到的信号出现周期性的强度变化。
这可能会使测距系统误判信号的到达时间，进而产生测距误差。
还有一个容易被忽略的问题是光学像差。
激光雷达系统中的光学元件，如透镜、反射镜等，并非完美无缺。
它们可能存在各种像差，如球差、彗差、色差等。
这些像差会使激光在传播和聚焦过程中发生变形和弥散，影响激光的光斑质量和能量分布，从而对测距精度造成不利影响。
激光的应用
激光的应用——激光雷达工作在红外和可见光波段的雷达称为激光雷达。
它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器将电脉冲变成光脉冲发射出去，光接收机再把从目标反射回来的光脉冲还原成电脉冲，送到显示器。
LiDAR(Light Detection and Ranging)，是激光探测及测距系统的简称。
用激光器作为发射光源，采用光电探测技术手段的主动遥感设备。
激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测方式。
由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。
发射系统是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成；接收系统采用望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等组合。
激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法按照探测的原理不同可以分为米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。
自从1839年由Daguerre和Niepce拍摄第一张像片以来，利用像片制作像片平面图(X、Y)技术一直沿用至今。
到了1901年荷兰人Fourcade发明了摄影测量的立体观测技术，使得从二维像片可以获取地面三维数据(X、Y、Z)成为可能。
一百年以来，立体摄影测量仍然是获取地面三维数据最精确和最可靠的技术，是国家基本比例尺地形图测绘的重要技术。
随着科学技术的发展和计算机及高新技术的广泛应用，数字立体摄影测量也逐渐发展和成熟起来，并且相应的软件和数字立体摄影测量工作站已在生产部门普及。
但是摄影测量的工作流程基本上没有太大的变化，如航空摄影-摄影处理-地面测量(空中三角测量)-立体测量-制图(DLG、DTM、GIS及其他)的模式基本没有大的变化。
这种生产模式的周期太长，以致于不适应当前信息社会的需要，也不能满足“数字地球”对测绘的要求。
LIDAR测绘技术空载激光扫瞄技术的发展，源自1970年，美国航天局（NASA）的研发。
激光雷达的工作原理及数据处理方法
激光雷达的工作原理及数据处理方法激光雷达（Lidar）是一种利用激光器发射激光束并接收反射回来的光束以获取目标信息的传感器。
它广泛应用于遥感、测绘、自动驾驶、机器人等领域。
本文将详细介绍激光雷达的工作原理以及数据处理方法。
一、激光雷达的工作原理激光雷达主要通过发射和接收激光束来测量距离和获取目标的空间信息。
其工作原理如下：1. 激光束的发射激光雷达首先通过激光器产生一束高能、单色、相干的激光束。
该激光束经过光路系统聚焦后，以高速射出。
通常的激光雷达采用的是脉冲激光技术，激光束以脉冲的形式快速发射。
2. 激光束的传播与反射激光束在传播过程中，遇到目标物体后会部分被反射回来。
这些反射的激光束携带着目标物体的信息，包括距离、强度和反射角等。
3. 激光束的接收与测量激光雷达的接收器接收反射回来的激光束，并将其转化为电信号。
接收到的激光信号经过放大、滤波等处理后，被转化为数字信号进行进一步处理和分析。
4. 目标信息的提取与计算通过对接收到的激光信号进行时间测量，可以计算出激光束从发射到接收的时间差，进而得到目标物体与激光雷达之间的距离。
同时，激光雷达还可以通过测量反射激光的强度，获取目标物体的表面特征信息。
二、激光雷达的数据处理方法激光雷达获取的数据通常以点云（Point Cloud）的形式呈现。
点云数据是由大量的离散点构成的三维坐标信息，可以反映目标物体的形状、位置和细节等。
对于激光雷达数据的处理，常见的方法包括：1. 数据滤波激光雷达采集的原始数据中，通常会包含一些噪声点或异常点。
为了提高数据的质量，需要进行数据滤波处理。
滤波算法可以通过去除离群点、消除重复点和平滑曲线等方式，提取出目标物体的真实形态。
2. 点云配准当使用多个激光雷达设备或连续采集点云数据时，需要将不同位置或时间的点云进行配准。
点云配准可以通过地面特征或边缘特征的匹配，将多个点云数据对齐，形成一个整体的场景。
3. 物体分割和识别通过对点云数据的分割和分类，可以将不同的目标物体提取出来，并进行识别和分析。
智能网联汽车基础(七)——ADAS激光雷达和视觉系统(上)
(接上期)一、激光雷达1.激光雷达相关定义China SAE标准《智能网联汽车激光雷达点云数据标注要求及方法》对激光雷达、场景、点云等给出一系列的定义和规范。
激光雷达(l g h t d e t e c t i o n a n d ranging)：发射激光束并接收回波以获取目标三维信息的系统。
2.激光雷达特点车载激光雷达是目前车载环境感知精度最高的感知方式，探测距离可达300m，精度可控制在厘米级。
激光雷达以激光作为载波，激光是光◆文/江苏 周晓飞智能网联汽车基础(七)——ADAS激光雷达和视觉系统(上)波波段电磁辐射。
具有以下优点：①全天候工作，不受白天和黑夜的光照条件的限制。
②激光束发散角小，能量集中，有更好的分辨率和灵敏度。
③可以获得幅度、频率和相位等信息，可以探测从低速到高速的目标。
④抗干扰能力强，隐蔽性好。
激光不受无线电波干扰。
3.激光雷达类型 车载激光雷达根据其扫描方式的不同，可分为机械激光雷达和固态激光雷达。
机械激光雷达外表上最大的特点就是总成有机械旋转机构(图1)。
固态激光雷达由于无需旋转的机械机构，依靠电子部件来控制激光发射角度，其结构相对简单、体积较小，可安装于车体内。
长远来看微机电系统激光雷达(MEMS)、快闪激光雷达(Flash)等固态激光雷达有望成为重点。
4.激光雷达结构原理激光雷达主要包括激光发射、扫描系统、激光接收和信息处理四大系统，这四个系统相辅相成，形成传感闭环。
一般由光学发射部件、光电接收部件、运动部件和信号处理模块等部件组成。
激光雷达工作原理是向指定区域发射探测信号(激光束)，经过目标物反射后，收集反射回来的信号，与发射信号进行处理比较，即可获得待测区域环境和目标物体的有关空间信息，如目标距离、方位角、尺寸、移动速度等参数，从而实现对特定区域的环境和目标进行探测、跟踪和识别。
5.微机电系统激光雷达(MEMS)法雷奥SCALA激光雷达是一款已经应用到量产车上的车规级激光雷达(图2)，拥有145°的水平视场角(FOV)，可以探测到150m以内的动态或静态障碍物，垂直视场角为3.2°(图3)。
激光雷达工作原理
激光雷达工作原理激光是 2 0世纪 6 0年代出现的最重大科学技术成就之一。
它的出现深化了人们对光的认识 ,扩大了光为人类服务的天地。
激光技术从它的问世到现在 ,虽然时间不长 ,但是由于它有着几个极有价值的特点 :高亮度性、高方向性、高单色性和高相干性。
激光雷达是激光技术与雷达技术相结合的产物。
由发射机、天线、接收机、跟踪架及信息处理等部分组成。
发射机是各种形式的激光器，如二氧化碳激光器、掺钕钇铝石榴石激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器等；天线是光学望远镜；接收机采用各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管、红外和可见光多元探测器件等。
激光雷达采用脉冲或连续波2种工作方式，探测方法分直接探测与外差探测。
首先明白一下激光雷达，激光雷达是以激光为光源，通过探测激光与被探测无相互作用的光波信号来遥感测量的．使用振动拉曼技术进行测量的激光雷达技术即为拉曼激光雷达，主要用于大气遥感测量。
拉曼激光雷达属于遥感技术的一种。
激光雷达作为一种主动遥感探测技术和工具已有近50 年的历史，目前广泛用于地球科学和气象学、物理学和天文学、生物学与生态保持、军事等领域。
其中，传统意义上的激光雷达主要用于陆地植被监测、激光大气传输、精细气象探测、全球气候预测、海洋环境监测等。
随着激光器技术、精细分光技术、光电检测技术和计算机控制技术的飞速发展，激光雷达在遥感探测的高度、空间分辨率、时间上的连续监测和测量精度等方面具有独到的优势。
激光雷达是以发射激光束探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。
从工作原理上讲，与微波雷达没有根本的区别：向目标发射探测信号(激光束),然后将接收到的从目标反射回来的信号(目标回波)与发射信号进行比较,作适当处理后,就可获得目标的有关信息,如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数,从而对飞机、导弹等目标进行探测、跟踪和识别。
根据探测技术的不同，激光雷达可以分为直接探测型和相干探测型两种。
光学现象对激光雷达测距精度的影响
光学现象对激光雷达测距精度的影响激光雷达是一种广泛应用于测距和三维重建的技术。
它通过发射激光脉冲并测量其返回时间来计算目标物体的距离。
然而，光学现象对激光雷达测距精度产生了一定的影响。
本文将探讨几种常见的光学现象，并分析它们对激光雷达测距精度的影响。
首先，折射是一种常见的光学现象。
当激光束从一种介质进入另一种介质时，由于介质的密度不同，光线会发生折射。
这会导致激光束的传播方向发生偏移，从而影响激光雷达的测距精度。
为了减少折射对测距精度的影响，可以采用折射率较小的材料作为介质，或者通过校正算法来修正折射引起的误差。
其次，散射是另一种常见的光学现象。
当激光束与目标物体相交时，部分激光能量会被目标物体散射。
这会导致激光雷达接收到的返回信号强度减弱，从而影响测距精度。
为了克服散射带来的问题，可以采用高功率的激光发射器，以增加返回信号的强度；或者采用多普勒效应来区分目标物体和背景散射信号。
此外，反射是光学现象中的重要一环。
当激光束照射到目标物体上时，部分激光能量会被目标物体吸收，而另一部分则会被反射回来。
反射信号的强度与目标物体的表面特性有关，如光学反射率和表面粗糙度。
如果目标物体的表面粗糙度较高，反射信号会发生弥散，从而导致激光雷达测距精度下降。
为了提高测距精度，可以采用高分辨率的激光雷达，以捕捉更多的反射信号，并通过信号处理算法来减少粗糙表面引起的误差。
此外，光学噪声也会对激光雷达的测距精度产生影响。
光学噪声是由于环境光、杂散光或其他光源引起的。
这些噪声会干扰激光雷达接收到的返回信号，使其难以准确测量目标物体的距离。
为了降低光学噪声对测距精度的影响，可以采用滤波算法来抑制噪声信号，或者通过增加激光发射功率来提高信号与噪声的比值。
综上所述，光学现象对激光雷达测距精度有着重要的影响。
折射、散射、反射和光学噪声都会引起测距误差。
为了提高测距精度，可以采用合适的介质材料、增加激光发射功率、使用高分辨率的激光雷达以及采用滤波算法等方法来减少光学现象带来的误差。
激光雷达概述
激光雷达概述1、激光雷达LiDAR(Light Detection and Ranging)的定义及其组成系统激光雷达是激光探测及测距系统的简称。
是⼀种以激光器作为发射光源，采⽤光电探测技术⼿段的主动遥感设备。
激光雷达是激光技术与现代光电探测技术结合的先进探测⽅式。
由发射系统、接收系统、信息处理等部分组成。
图1 激光雷达技术⽰意图发射系统是各种形式的激光器，如⼆氧化碳激光器、掺钕钇铝⽯榴⽯激光器、半导体激光器及波长可调谐的固体激光器以及光学扩束单元等组成。
接收系统采⽤望远镜和各种形式的光电探测器，如光电倍增管、半导体光电⼆极管、雪崩光电⼆极管、红外和可见光多元探测器件等组合。
激光雷达采⽤脉冲或连续波两种⼯作⽅式，探测⽅法按照探测的原理不同可以分为⽶散射、瑞利散射、拉曼散射、布⾥渊散射、荧光、多普勒等激光雷达。
2、激光雷达的基本原理激光雷达是⼀种集激光、全球定位系统(GPS)和惯性导航系统(INS)三种技术与⼀⾝的系统，⽤于获得数据并⽣成精确的数字⾼程模型（DEM）。
这三种技术的结合，可以⾼度准确地定位激光束打在物体上的光斑。
它⼜分为⽬前⽇臻成熟的⽤于获得地⾯数字⾼程模型的地形激光雷达系统和已经成熟应⽤的⽤于获得数字⾼程模型的⽔⽂激光雷达系统，这两种系统的共同特点都是利⽤激光进⾏探测和测量，这也正是激光雷达⼀词的英⽂原译，即：LIght Detection And Ranging - LIDAR。
激光本⾝具有⾮常精确的测距能⼒，其测距精度可达⼏个厘⽶，⽽LIDAR系统的精确度除了激光本⾝因素，还取决于激光、GPS及惯性测量单元(IMU)三者同步等内在因素。
随着商⽤GPS及IMU的发展，通过LIDAR从移动平台上（如在飞机上）获得⾼精度的数据已经成为可能并被⼴泛应⽤。
LIDAR系统包括⼀个单束窄带激光器和⼀个接收系统。
激光器产⽣并发射⼀束光脉冲，打在物体上并反射回来，最终被接收器所接收。
接被收器准确地测量光脉冲从发射到反射回的传播时间。
16线激光雷达原理
16线激光雷达原理16线激光雷达是一种高精度、高可靠的激光测距设备，被广泛应用于自动驾驶、智能物流等领域。
它能够实现360度全方位高精度三维扫描，可以识别路面上的车辆、行人、道路标志等障碍物，为自动驾驶提供必要的实时数据支持。
那么，16线激光雷达的原理是什么呢？首先，我们需要了解激光雷达是如何工作的。
激光雷达主要由激光器、扫描器、接收器和处理器等部件组成。
激光器发射出一束高频率、高功率的激光光束，经过扫描器的旋转或振动，扫描器会将激光光束水平或垂直地发射出去，形成一定的扫描角度，这样就可以快速地扫描周围环境。
当激光光束与物体相交时，一部分光线被反射回来，接收器接收到反射回来的光线，并通过处理器进行解析和计算，最终得出物体的距离、形状等信息。
对于16线激光雷达，它主要采用了采样和拼接的技术，一次扫描可以得到16个激光线的数据。
在扫描时，扫描器会垂直地旋转，激光光线以16线的形式向周围环境发射，穿过目标物体并向接收器反射。
接收器接收到反射回来的激光光线信号后，通过时间戳来计算激光光线传播的时间差，再通过扫描器的位置信息来计算出每条激光线的角度和距离。
最终，将16个激光线的数据进行汇总，就能得到周围环境的三维模型。
此外，为了保证精度和稳定性，16线激光雷达还会采用多波长光源技术。
采用多波长技术后，可以克服天气、空气等因素对光信号的干扰，保证了距离测量的精度和可靠性。
总之，16线激光雷达是一种高精度、高可靠的激光测距设备，它主要通过采样和拼接技术、多波长光源技术等实现高精度的三维扫描。
它在自动驾驶、智能物流等领域具有广泛的应用前景。
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LIDAR的基本概念
• 激光雷达是以发射激光束探测目标的 位置、速度等特征量的雷达系统。从 工作原理上讲，与微波雷达没有根本 的区别：向目标发射探测信号(激光 束),然后将接收到的从目标反射回来 的信号(目标回波)与发射信号进行比 较,作适当处理后,就可获得目标的有 关信息,如目标距离、方位、高度、 速度、姿态、甚至形状等参数信息。 • LIDAR （Light Detection and Ranging) 或者叫LADAR（Laser Detection and Ranging)激光探测和测距系统的简称。
激光雷达用光源和光纤放大器
上海瀚宇光纤通信技术有限公司 上海科乃特激光科技有限公司
目录
• • • • 激光雷达的概念和应用 Connet脉冲激光光源 Connet单频光纤激光器 Connet光纤放大器
激光雷达LIDAR
• 激光雷达的基本概念 • 激光工作模式 • 测距雷达（Time of Flight：TOF)和相干多普 勒雷达（Coherent Doppler LIDAR：CDL） • 激光雷达对光源的要求 • 光源的参数和LIDAR参数的对应关系
• 连续激光器
激光器发射连续的激光，通过对激光的相位调制，或者依赖多 普勒频移效应。 发射端激光（本振光）和“接收”光的相位差和目标移动速度 有直接的比例关系
TOF测距雷达-非相干LIDAR
• 距离（Z）= 光速(c) x 时间 T/2 • 通常使用非相干光源
相干多普勒雷达-CDL
• 速度V=波长 x 频移fD/2 • 激光器光谱线宽通常小于10MHz长相干 长度
脉冲宽度
脉冲持续的时间，用字母t表示，通常以脉冲的半高全宽 （FWHM）来衡量；雷达系统中的脉冲宽度为ns到us量级，例 如1ns、10ns等。
光束发散角
Beam Divergence发散角，用于描述光束的发散程度，用符号 （γ）表示，单位为毫弧度（mrad)。其它描述光束发散情况的 参数还有M2，BPP等
LIDAR系统参数和激光器参数的关系
激光器参数
脉冲重复频率（PRF）
雷达系统参数
工作距离（z)
相互关系
重复频率低-->工作距离长，例如想实现1000m的探测距离，重复 频率需要<150kHz; c是光速
脉冲宽度 （τ）
可探测距离的精度（Δz)
例如：10ns脉冲宽度相当于1.6m的识别精度
光束发散角（γ）
LIDAR对激光光源的要求（1）
• 非相干测距雷达
激光波长理论上任何波长都可以使用；需要选择大气吸收低， 目标反射度高的波长。人眼安全波长越来越受到重视。 输出功率越高越好，但是要考虑到其它性能参数。 波长的稳定性和准确度要求不高，但是稳定的波长有助于通 过对噪声的滤波提高系统的信噪比。 激光器的相干长度无要求，最好非相干 激光器的光谱线宽无要求 相对强度噪声（RIN）不是很重要 抗震性能通常不是很重要 工作温度范围很重要，例如机载雷达 可靠性重要 成本较低
• 单脉冲能量
从uJ量级到mJ量级
• 脉冲宽度
从<1ns到几个us量级，决定了分辨精度 1ns用于成像、制图 几个ns用于遥感测距
• 脉冲重复频率
决定了速率、距离 几kHz用于遥感测距 几百kHz到MHz用于成像、制图
LIDAR的应用（1）-民用领域
• 地球科学-->地形测绘，激光雷达制图，断层运动、冰川监 控、海岸线变化、森林砍伐等 • 大气监测-->风速、污染、温度场分布 • 海洋学-->声学、生物质测试测量 • 航空--> 风切变、晴空湍流、无人机（UAV）引导 • 汽车-->避碰、测速、机器人车辆引导 • 结构性监控-->建筑、桥梁监控、油气管线、道路、隧道监 控等 • 城市安全-->其它泄露监控、火灾监控
LIDAR的基本概念
• Time of Flight (TOF)光的飞行时间测距雷 达 • 多普勒频移测速 • 去极化（Depolarization)宏观成分 • 差分吸收化学成分
激光器工作模式
• 脉冲激光器
大部分LIDAR系统采用脉冲工作，尤其是测距的激光雷达。 雷达的发射机发出激光脉冲，通过光学系统望远镜照射目标， 类似的光学系统“接收”测试目标的散射光，通过光电探测器 转换成电信号处理。 测试目标的距离通过激光发射到接收的时间和光速的关系来确 定。 Time of Flight: TOF
LIDAR的应用（1）-民用领域
• 相干多普勒测风雷达用于风电
LIDAR的应用（1）-民用领域
LIDAR对激光光源的要求（2）
• 相干多普勒雷达-CDL 激光波长理论上任何波长都可以使用；需要选择大气吸收低， 目标反射度高的波长。人眼安全波长越来越受到重视。 输出功率越高越好，但是要考虑到其它性能参数。 波长的稳定性和准确度非常重要 激光器的相干长度相干长度必须要大于等于工作距离！ 激光器的光谱线宽必须很窄 相对强度噪声（RIN）非常重要，决定了系统的灵敏度，RIN 越低，系统的灵敏度越高！ 抗震性能非常重要，尤其是恶劣工作环境 工作温度范围很重要，例如机载雷达 可靠性重要 成本较高
LIDAR系统激光器的参数定义
单脉冲能量
一个脉冲所包含的能量，用字母E表示，单位焦耳（J）。单脉冲能量 (J)=脉冲平均功率（W）/脉冲重复频率（sec-1), 通常为uJ到mJ量级。
脉冲重复频率
每秒发射的脉冲数量，用PRF或者f表示，单位为赫兹（Hz), 千赫兹 （kHz). 通常雷达系统的的脉冲重复大小 （Sx）
例如：1mrad的发散角，在1公里处，光束直径：1m
单脉冲能量（E)
系统的信噪比SNR 单脉冲能量越高，SNR越高
光谱线宽（Δ v)
速度（V） 线宽决定了测速的精度
LIDAR用激光光源的基本信息
• 工作波长
近红外1064nm；人眼安全1550nm （>1.4um) 可见光532nm：用于水下，例如测深仪 中红外2um波段