激光雷达技术专题讲座(1)
激光雷达技术原理-第一章(课堂PPT)
3
第一章 绪论
LiDAR技术的优势
激光雷达是一种集成了多种高新技术的新型测绘仪器, 具有以下优势：
➢ 非接触式 ➢ 精度高（毫米级/亚毫米级） ➢ 速度快（可达120万点/秒） ➢ 密度大(点间距可达毫米级) ➢ 数据采集方式灵活，同时对环境光线、温度都要求较低
2
4
第一章 绪论
LiDAR测量原理 – 测时（Light transit time）
2 36
LiDAR工作原理
2
37
37
Laser Receiver
➢ 发射激光脉冲 ➢ 入射脉冲传播到目标物 ➢ 入射脉冲与目标物作用 ➢ 反射脉冲返回到接收机 ➢ 回波信号处理
2
38
38
Laser Receiver
➢ 发射激光脉冲 ➢ 入射脉冲传播到目标物 ➢ 入射脉冲与目标物作用 ➢ 反射脉冲返回到接收机 ➢ 回波信号处理
中国科学院国家天文台
意大利国家天文研究所
北京大学
米兰理工大学
清华大学
都灵理工大学
中国地质大学（北京学
华东师范大学
中方预算经费：500万
2
2
30
嫦娥二号探月卫星
2010年10月1日18时59分57 秒，搭载着嫦娥二号卫星的长 征三号丙运载火箭在西昌卫星 发射中心点火发射。
（1617年，荷兰人斯涅耳(W．Snell)首创三角测量法）
2
12
2020年4月25日星期六
13 Van Leeuwenhoeksingel, Delft, The Netherlands
•国际水利环境工程学院IHE
2020年4月25日星期六 14
Asian Night
2020年4月25日星期六 15
学科前沿讲座论文激光雷达
激光雷达的定义及其原理激光和雷达都是发明于上世纪的尖端技术。
如今，集二者于一身的激光雷达系统正日益显现其巨大的应用潜力。
凭借能够精确、主动、快速获取目标三维空间信息的优势，激光雷达已成功应用于地形测绘、资源探测、环境调查及城市规划等领域，乃至全球变化研究。
激光雷达是"光探测和测距"(Light detection and ranging)的简称。
早先称为光雷达，因为那时使用的光源均非激光。
自激光器出现以来，激光作为高亮度、低发散的相干光特别适合作光雷达的光源，所以现在的光雷达均使用激光器作光源，名称也就统称为激光雷达了。
其主要工作在红外和可见光波段，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。
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。
因为光速是已知的，所以根据发射光的发出时间和后向散射光的接收时间的时间差就可计算出激光器与污染剂的距离。
这就是激光雷达能测距的原理。
激光雷达的分类激光雷达通常按照所用激光器、探测技术或雷达功能来分类。
可用于雷达系统的激光器种类很多，主要有二氧化碳激光器、Nd∶Y AG及喇曼移频的Nd∶Y AG激光器、氦-氖激光器，以及近年来迅速发展的Er∶Y AG激光器、GaAlAs半导体激光器和Ho∶Y AG激光器。
其中掺铒Y AG激光波长为2微米左右，而GaAiAs激光波长则在0.8-0.904微米之间；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；而按照不同功能，则可分为跟踪雷达、运动目标指示雷达、流速测量雷达、风剪切探测雷达、目标识别雷达、成像雷达及振动传感雷达。
《激光雷达简介》课件
测量范围越大，激光雷达的 探测距离就越远
测量范围越小，激光雷达的 探测精度就越高
激光雷达的分辨率是指其能够分辨的最小距离或角度 分辨率越高，激光雷达的精度和探测距离就越高 分辨率受激光雷达的硬件和软件设计影响 分辨率是衡量激光雷达性能的重要指标之一
扫描速率是指激光雷达在一定时间内能够扫描的频率 扫描速率越高，激光雷达的探测范围越广 扫描速率与激光雷达的硬件性能和算法有关 扫描速率是衡量激光雷达性能的重要指标之一
发射激光：激光雷 达发射激光束，形 成光束
接收反射：激光遇 到物体后反射，被 激光雷达接收
计算距离：通过计 算发射和接收的时 间差，计算出物体 与激光雷达的距离
生成图像：通过多次 发射和接收，激光雷 达可以生成三维图像 ，用于定位和导航
自动驾驶汽车：用于感知周围环境，实现自动驾驶 智能机器人：用于导航和避障，提高机器人自主性 测绘和地理信息：用于地形测绘、城市规划等 工业自动化：用于生产线上的物体检测和定位 安防监控：用于监控区域，实现智能安防 航空航天：用于卫星导航、空间探测等
激光雷达性能指标
测量距离：激光雷达可以精确测量物体的距离，误差范围在厘米级 测量角度：激光雷达可以精确测量物体的角度，误差范围在度级 测量速度：激光雷达可以精确测量物体的速度，误差范围在米/秒级 测量分辨率：激光雷达可以精确测量物体的分辨率，误差范围在毫米级
测量范围受到激光雷达的功率、 波长、接收器灵敏度等因素的 影响
工业监控：用 于监测生产设 备、环境、人
员等
环境监控来发展 前景
自动驾驶：激光雷达是自动驾驶汽车的关键传感器，可以提供精确的3D环境信息， 提高自动驾驶的安全性和可靠性。
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。
激光雷达基本知识(1)培训资料共65页文档
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
37、我们唯一不会改正的缺点是软弱。——拉罗什福科
xiexie! 38、我这个人走得很慢，但是我从不后退。——亚伯拉罕·林肯
39、勿问成功的秘诀为何，且尽全力做你应该做的事吧。——美华纳
40、学而不思则罔，思而不学则殆。——孔子
39、没有不老的誓言，没有不变的承 诺，踏 上旅途 ，义无 反顾。 40、对时间的价值没有没有深切认识 的人， 决不会 坚韧勤 勉。
谢谢！
36、自己的鞋子，自己知道紧在哪里。——西班牙
激光雷达基本知识(1)培训资料
36、“不可能”这个字(法语是一个字 )，只 在愚人 的字典 中找得 到。--拿 破仑。 37、不要生气要争气，不要看破要突 破，不 要嫉妒 要欣赏 ，不要 托延要 积极， 不要心 动要行 动。 38、勤奋，机会，乐观是成功的三要 素。(注 意：传 统观念 认为勤 奋和机 会是成 功的要 素，但 是经过 统计学 和成功 人士的 分析得 出，乐 观是成 功的第 三要素 。
激光雷达LIDARPPT课件
.
22
LiDAR的在我国的发展现状和发展趋势：
激光技术从它的问世到现在，虽然时间不长,但是由于它有: 高亮度性、 高方向性、高单色性和高相干性等几个极有价值的特点，因而在国防军事、 工农业生产、医学卫生和科学研究等方面都有广泛的应用。
军事方面的应用：目前，在水雷探测激光雷达、化学试剂探 测激光雷达、大气监测激光雷达、生化陆战激光雷达[1]等方面 已经有了很大的成就。 气象方面的应用：我国已经建立12 个沙尘暴长期观测站，首 次形成全国性的沙尘暴监测网络。 测风方面的应用：多普勒测风激光雷达具有高分辨率、高精 度、大探测范围、能提供晴空条件下三维风场信息的能力。 水土保持监测中的应用：目前，全国由于建设开发的影响， 给水土流失治理带来很大的难度，据调查，全国每年由于开发 建设使水土流失面积达到1.00×104km2由以上。
直升机障碍回避激光成像雷达：用于探测电话线、动力线之类
的障碍，该系统安装在UH-1H直升机上。
.
17
直升机障碍回避激光成像雷达
.
18
2003年6月Jigsaw系统装在UH-1 直升机上进行了飞行实验
飞行实验中获取的坦克目标的伪彩色3D 激光雷达图像处理过程显示
.
19
坦克目标的 伪彩色3D 激光雷达图 像
DGPS：机载LiDAR采用动态载波相位差分GPS系统。
✓ 手段：利用安装了电机上与LiDAR相连接的和设在一个或 多个基准站的至少两台GPS信号接收机同步而连续地观测 GPS卫星信号、同时记录瞬间激光和数码相机开启脉冲的 时间标记，再进行载波相位测量差分定位技术的离线数据 后处理。
✓ 目的：获取LiDAR的三维坐标。
.
24
结论：
《机载激光雷达》课件
随着技术的不断进步和应用需求的不断增加，机载激光雷达技术将不断向更高精 度、更高效率、更安全可靠的方向发展。
THANKS
感谢观看
《机载激光雷达》PPT课件
目 录
• 机载激光雷达简介 • 机载激光雷达技术 • 机载激光雷达应用案例 • 机载激光雷达的挑战与未来发展
01 机载激光雷达简 介
定义与特点
总结词
机载激光雷达是一种集激光测距、全球定位系统（GPS）和惯性测量单元（ IMU）于一体的遥感技术。
详细描述
机载激光雷达通过向地面发送激光脉冲并接收反射回来的信号，能够获取高精 度的三维地形数据。它具有高分辨率、高精度、快速获取数据等优点，广泛应 用于地形测绘、城市规划、资源调查等领域。
地震灾害评估
利用机载激光雷达技术，评估地震灾害对建筑物 和基础设施的影响，为灾后重建提供技术支持。
考古探测
遗址区地形测绘
通过机载激光雷达技术，获取遗址区高精度、高分辨率的地形数 据，为考古研究提供基础资料。
遗址区建筑物结构分析
利用机载激光雷达数据，分析遗址区建筑物的结构特点，为文物修 复和保护提供依据。
激光发射与接收
激光发射器根据不同的应用需求 ，发射不同波长的激光束，常见 的波长有近红外、中红外和远红
外等。
接收器通常使用光电倍增管或雪 崩二极管等光电传感器，用于接 收反射回来的光束，并将其转换
为电信号。
激光雷达通过测量反射回来的光 束与发射光束的时间差，计算出
目标的距离信息。
数据处理与分析
1
遗址区植物种类鉴定
通过分析机载激光雷达数据，鉴定遗址区植物种类，为环境考古和 生态研究提供数据支持。
04 机载激光雷达的 挑战与未来发展
激光雷达技术专题讲座(1)
目标，特别是一些形状大同小异的目标，还能
在实战中选择最佳的角度接近目标。
2. 激光成像雷达的应用: 巡航导弹、航空导弹、灵巧弹药等精确制导。
隐蔽物侦察
移动机器人等三维视觉系统 航路导引，
精确末制导
地形跟随和障碍物回避 目标自动识别和敌我识别
目标上瞄准点的选择
① CMAG研究计划
转动来扫描，优点是扫描线性好、精度高， 缺点是体积大、价格高；
一 基 本 知 识
检流计式振镜扫描器，扫描角15；
声子偏转器，利用声光效应使入射光线产 生偏转而实现光扫描，声光偏转器的扫描
角不大，一般在3左右
压电扫描器，利用逆压电效应产生摆动的 新型扫描器； 全息光栅扫描器。 光学相位扫描 MEMS扫描器
激 光 成 像 雷 达
彩色编码三维距离图像，很好地满足了航路导 引和末段制导的要求。
激 光 成 像 雷 达
F15E挂飞实验照片
③
美国海军“辐射亡命徒”先期技术演示计划
1992年,用激光雷达远距离非合作识别空中
和地面目标。 采用CO2激光成像雷达，由海军空战中心设 计，组装在Pack Tack吊舱中。
5.
激光雷达的基本体制
同微波雷达一样，可以依据信号形式、 探测方式和测量原理等对激光雷达体制
一 基 本 知 识
进行分类。
按不同信号形式: ①脉冲 ②连续波 ③每一类中又有不同的信号波形。
按不同探测方式: ①直接探测（能量探测）; ②相干探测（外差探测）
按不同功能:
①跟踪雷达（测距和测角）; ②测速雷达（测量多普勒信息）;
激光雷达·-演讲模板
-
1 激光雷达的原理 2 激光雷达的分类 3 激光雷达的应用
激光雷达·
1
激光雷达的原理
激光雷达的原理
激光雷达的原理与传统的雷达类似，但是 它使用的是激光束而不是无线电波。激光 雷达发射一束激光束，照射到目标物体后， 部分光束会反射回来并被接收器捕获。通 过测量激光束从发射到反射回来的时间， 可以计算出目标物体的距离。同时，通过 测量反射回来的光束的角度，可以确定目 标物体的方向
机器人技术：机器人技术中，激光雷达被用于进行环境感知和避障。通过使用激光雷达， 机器人可以获取周围环境的详细信息，并根据这些信息来规划路径、避免碰撞和执行其他 任务
地理信息系统(GIS)：在地理信息系统领域，激光雷达被用于生成高精度的三维地形图和地 表覆盖图。这些地图对于城市规划、土地资源调查、环境监测等领域具有重要意义
THE PROFESSIONAL TEMPLATE
校准
固态式激光雷达使用光学 相位调制器来控制激光束 的传播方向，因此不需要 机械旋转器。它能够生成 低精度的三维点云数据， 但是具有更高的可靠性和 耐用性，因此��适合用 于无人驾驶汽车和机器人
技术等应用领域
3
激光雷达的应用
激光雷达的应用
无人驾驶汽车：激光雷达是无人驾驶汽车的重要传感器之一。它能够生成高精度的三 维地图，识别道路上的障碍物和车辆，并帮助车辆进行自主导航和避障
建筑设计和工业制造等领域，帮助进行更精确
的决策和规划
测量与测绘
*
考古学
在考古学领域，激光雷达被用于进行遗址测绘
项 目4
10
项 目2
10
和三维建模。通过使用激光雷达，可以获取遗
址的高精度三维模型，为考古研究提供重要的
雷达应用电路-激光雷达测距ppt课件.ppt
看出探测器输出的信号与激光器的触发信号有一 固定延时，即系统延时。
3.2 时刻判别电路
时刻判别电路的作用是对放大电路的输 出信号进行实时监测，为后端时间间隔测 量电路提供计时终Ｉ卜信号。其性能直接 影响着计时精度和测距精度。主要由高速 比较器及其附属电路实现。目前用于激光 测距的时刻判别方法主要有三种：前沿定 时法，恒比定时法和高通定时法。
3.1 激光器外调制电路
• 此激光器有两种调制方式：内调制和外调 制。
• 本系统采用外调制方式，调制脉冲由单片 机编程产生。外调制脉冲有一下要求：
１）、调制频率：1~50 KHZ； ２）、脉冲宽度1.101 ts； ３）、下降沿触发。
• 根据外触发脉冲的要求，系统采用宏晶科技公司 的STC89C52RC单片机编程实现激光器外触发。
激光脉冲测距雷达是典型的非相干激光 雷达。它的优点是测距精度高，测距精度 与测程的远近无关；系统体积小（天线尺 寸小和重量轻），测量迅速，可以数字显
示；有通信接口，可以连成测量网络，或 与其它设备联机进行数字信息处理和传输， 激光测距仪和微波测距仪相比，具有波束 窄，角分辨率高，抗干扰能力强，避免了 近地面和海面的多路径效应的优点。
本文所研制系统的结构如图：
由图可以看出，单片机产生激光器的外触发信号，同时将触发信号作为时间间 隔测量电路的开始计时信号，时间间隔测量电路开始计时；光电探测器将接收到的 回波信号转化为电信号；时刻判别电路将光电探测器输出的模拟电信号脉冲整形为 规则的TTL电平信号；时刻判别电路输出的TTL信号作为时间间隔测量电路的 计时终止信号，时间间隔电路将测得的开始计时信号和计时终止信号之间的时间差 送给单片机，在经过单片机的运算得到距离信息，单片机将距离信息经过串口传送 给PC机，在PC上实时显示距离。
《激光雷达成像技术》课件
CONTENTS
• 激光雷达简介 • 激光雷达系统组成 • 激光雷达数据处理技术 • 激光雷达成像技术 • 激光雷达技术发展与展望
01
激光雷达简介
激光雷达的定义与特点
总结词
激光雷达是一种利用激光技术进行探测和测距的雷达系统，具有高精度、高分辨率和高速度的优点。
详细描述
干涉成像的特点
干涉成像具有高分辨率和高精度，能够提供目标的微小变化和细节信息。然而， 干涉成像对实验条件要求较高，需要稳定的实验环境和精密的测量设备。
成像质量评价
成像质量评价方法
成像质量评价是评估激光雷达成像系统 性能的重要手段。评价方法包括图像的 分辨率、对比度、噪声水平、畸变等指 标。通过对这些指标的测量和分析，可 以评估成像系统的性能和成像质量。
激光雷达通过向目标发射激光束，然后接收反射回来的光信号，并通过对光信号的处理和分析，获取 目标的位置、距离、速度和形状等信息。由于激光雷达采用激光作为探测手段，因此具有高精度、高 分辨率和高速度的优点，能够实现远距离、高精度的探测和测量。
激光雷达的工作原理
总结词
激光雷达通过发射激光束，并接收反射回来的光信号，通过对光信号的处理和分析，获取目标的距离和角度信息 ，从而实现目标的探测和定位。
01
02
03
接收光学系统
用于收集反射回来的激光 束，并将其聚焦在光电探 测器上。
光电探测器
将反射回来的光信号转换 为电信号，常见的光电探 测器有硅光电倍增管和雪 崩光电二极管。
信号处理器
对光电探测器输出的电信 号进行处理，提取出目标 物体的距离、速度、方位 等信息。
数据处理系统
信号处理算法
用于提取目标物体的特征信息， 如距离、速度、方位等。常见的 算法包括脉冲压缩、动目标检测 和跟踪、多普勒频移分析等。
激光雷达PPT
• 优势：（与其它方式比较） 空间分辨率高（角分辨率rad量级） 时间分辨率高 高测量精度（低对流层<1m/s，中高层<3m/s） 覆盖范围大（全球范围），适合星载平台 全球的分子散射测量：尤其在海洋或南半球 气溶胶散射测量：在低大气层和陆地上空 劣势： 适合晴天工作，大气穿透能力差（不适合雾、雨、雪天） 近地面水平作用距离有限（由于大气衰减）
• 地球表面观测系统
地面、海面、风散射仪等，只能提供表面大气层的数据
• 高空单层大气观测系统
机载和星载的云图变化的风场推算数据，该方式覆盖范围受限
• 高空多层大气观测系统
无线电探空仪和卫星探测器，无线电探空仪能够提供风场的垂 直分布情况，但是它主要是在北半球的陆地，很难给出大覆盖 范围的观测数据
在后向散射情况下，其多普勒频移：
一种相干探测测风技术
• 1500NM全光纤激光源测量超过10公里范围的风速 对于相干风激光雷达,用1.5μ m参杂的使用镱铒光 纤是为了较好的大气传输。光纤激光器采用峰值功 率在几百瓦的受激布里渊散射(SBS)标准光纤。 激光脉冲发送通过大气和风速测量使用多普勒效应 反向散射激光频移 。
• 数据分析
• 左图：风速光谱图
• 右图：为CNR函数范围符合传播的激光雷达方程图。
• 光谱图表明, (CNR)和估计的平均风速是超过1024个脉冲,对 应于0.1秒采集时间用一个简单的质心频率估计方法。完成10公 里以外风速测量的范围在0.1秒的平均时间。这是测量范围较好 的最长达到1.5μ m全光纤测风激光雷达。 • CNR下降到下限-30分贝左右。直到9公里,CNR测量是在好协 议与传播的激光雷达方程。CNR减少也可能被解释成大气动荡或 反向散射系数的减少后的边界限制。事实上,光束不是在大气中 直线传播。 • 此外,另一天测量,在13公里的最大射程达到估计风速平均超过 4096个脉冲时,获取对应0.41秒的时间。
激光雷达技术下册
激光雷达技术下册激光雷达技术是一种利用激光进行距离测量和成像的技术，具有高精度、高分辨率、高抗干扰能力等特点。
本册将详细介绍激光雷达技术的原理、应用及发展趋势，帮助读者全面了解和掌握这一先进技术。
第一章激光雷达技术概述1.1 激光雷达的定义激光雷达（Light Detection and Ranging，简称LiDAR）是一种主动遥感技术，通过发射激光脉冲，并接收从目标反射回来的激光脉冲，计算出激光往返时间，从而测量目标距离。
同时，通过对激光脉冲的编码、调制和信号处理，可以获取目标的详细信息，如三维结构、速度、形状等。
1.2 激光雷达的分类（1）脉冲激光雷达：发射脉冲激光，通过测量激光往返时间来确定目标距离。
（2）连续波激光雷达：发射连续波激光，通过测量激光的频率变化来确定目标距离。
（3）相干激光雷达：利用相干光进行测距，具有高精度、高分辨率的特点。
（4）多普勒激光雷达：利用多普勒效应测量目标速度。
1.3 激光雷达的关键技术（1）激光发射技术：包括激光器的设计、制造及驱动电路。
（2）激光接收技术：包括光电探测器、信号放大、滤波及信号处理等。
（3）光学系统设计：包括激光束的聚焦、扫描及成像等。
（4）数据处理与算法：包括目标检测、跟踪、识别及三维重建等。
第二章激光雷达技术的应用2.1 航空航天领域激光雷达技术在航空航天领域具有广泛的应用，如地形测绘、大气探测、空间目标监测等。
通过激光雷达技术，可以实现高精度、高分辨率的地球表面三维测绘，为航空航天器提供准确的导航、着陆和地形分析数据。
2.2 汽车自动驾驶激光雷达技术在汽车自动驾驶领域具有重要应用，如障碍物检测、车道线识别、车辆定位等。
通过激光雷达技术，可以实现对周围环境的实时、精确感知，为自动驾驶系统提供可靠的数据支持。
2.3 环境监测与灾害预警激光雷达技术在环境监测和灾害预警方面具有重要作用，如森林火灾监测、洪水预警、大气污染监测等。
通过激光雷达技术，可以实现对大范围区域的实时监测，为环境保护和灾害预警提供有力支持。
《激光雷达简介》课件
市场发展前景
自动驾驶
激光雷达是自动驾驶汽车的关键传感器之一，随着自动驾驶市场 的不断扩大，激光雷达市场也将迎来更大的发展空间。
无人机
无人机市场对激光雷达的需求也在不断增长，激光雷达在无人机中 主要用于定位、导航和避障。
地理信息获取
激光雷达在地形测绘、城市规划、资源调查等领域也有广泛应用， 市场前景广阔。
放大与滤波
对接收到的微弱信号进行 放大和滤波处理，以提高 信噪比。
信号解调
从接收到的信号中提取距 离、速度等有用信息。
数据处理技术
数据预处理
对原始数据进行去噪、滤波等处 理，以提高数据质量。
目标识别与跟踪
利用算法对目标物体进行识别和跟 踪，实现动态监测。
三维重建
通过对大量数据进行处理和分析， 重建出目标物体的三维模型。
THANKS
感谢观看
技术挑战与问题
高精度和高分辨率
如何实现高精度和高分辨率的探测是激光雷达面 临的重要挑战之一。
环境适应性
激光雷达在复杂环境和恶劣天气下的性能和稳定 性需要进一步提高。
数据处理和分析
随着激光雷达数据的不断增加，如何快速、准确 地处理和分析数据成为了一个重要问题。
05
激光雷达的未来应用
无人驾驶汽车
无人驾驶汽车是激光雷达的重要应用领域之一。通过激光雷 达的扫描数据，无人驾驶汽车可以精确地感知周围环境，实 现自主导航、障碍物识别和避障等功能，从而提高道路安全 性和交通效率。
动扫描。
扫描器的性能指标包括扫描角度范围、扫描速度和稳定性等，这些指标 影响着激光雷达的扫描效率和精度。
光电探测器
光电探测器负责接收反射回来的 激光信号，并将其转换为电信号
激光雷达技术专题讲座
激光雷达技术专题讲座尊敬的各位听众，大家好！今天我将为大家介绍激光雷达技术的基本原理和应用。
激光雷达作为一种高精度、高分辨率的远距离测距设备，在机器人导航、自动驾驶、环境感知等领域具有广泛的应用前景。
首先，让我们来了解一下激光雷达的基本原理。
激光雷达利用激光束和接收器进行测量，通过测量激光束从发射器到目标物体的时间差，再加上光速的传播时间，可以计算出目标物体与激光雷达的距离。
同时，激光雷达还可以测量激光束从发射器到目标物体反射回来的角度，从而得到目标物体的位置信息。
因此，激光雷达可以实现对周围环境的距离和位置高精度感知。
在实际应用中，激光雷达的应用非常广泛。
首先，激光雷达在机器人导航领域起到了关键作用。
通过激光雷达的测量，机器人可以实时感知周围环境的障碍物，并根据测量结果进行路径规划和避障。
这在自动导航、清洁机器人等领域具有重要意义。
其次，激光雷达在自动驾驶领域也起到了重要作用。
激光雷达可以实时感知道路上的车辆、行人等障碍物，从而帮助自动驾驶系统做出准确的决策和操作。
此外，激光雷达还可以应用于环境感知、地图构建、三维重建等领域。
激光雷达技术的发展也非常迅速。
近年来，随着激光器、光电器件和信号处理技术的不断进步，激光雷达的性能不断提高，同时价格也大大降低，进一步推动了激光雷达在各个领域的应用。
目前，市面上已经出现了很多种类的激光雷达，包括机械式扫描式激光雷达、固态式激光雷达、旋转式激光雷达等。
这些激光雷达在测距性能、角度分辨率、扫描速度等方面有所差异，因此在实际应用中需要根据具体需求选择适合的激光雷达。
然而，激光雷达技术也面临一些挑战和局限性。
首先，激光雷达虽然能够提供高精度的测距和位置信息，但是在复杂环境中存在一些问题，如光线干扰、物体表面反射率不均匀等。
其次，激光雷达的成本相对较高，限制了其在大规模应用中的普及。
另外，激光雷达对环境的要求较高，尤其是在恶劣天气和夜晚环境中，其性能可能会受到一定影响。
激光雷达基本知识PPT课件
本 知 识
② 光电探测器。 适合于激光雷达用的光电探测器主要有PIN光电二极管、硅雪崩
二极管(SiAPD)、光电导型碲镉汞(HgCdTe)探测器和光伏型 碲镉汞探测器 ③ 光学天线 透射式望远镜（开普勒、伽利略） 反射式望远镜（牛顿式、卡塞哥伦） 收发合置光学天线 收发分置光学天线 自由空间光路 全光纤光路 波片（四分之一、二分之一） 分束镜、合束镜、布鲁斯特窗片
6. 信号处理方法 微弱信号检测、数字化处理与算法
7. 数据处理方法 数据反演、显示
一、基本知识
本
知
激光雷达的概念及内涵
识
“雷达”(RADAR-Radio
Detection And Ranging)。传
统的雷达是以微波和毫米波作
为载波的雷达，大约出现1935
年左右。
最早公开报道提出激光雷达的 概念是: 1967年美国国际电话 和电报公司提出的，主要用于 航天飞行器交会对接，并研制
知 3. 激光雷达的优点
识
工作频率非常高，较微波高3~4
个数量级。
激光作为雷达辐射源探测运动 目标时多普勒频率非常高，因而 速度分辨率极高。
工作频率处于电子干扰频谱和微 波隐身有效频率之外，有利于对 抗电子干扰和反隐身。
本 知 识
能量高度集中。 用很小的准直孔径（10cm左右）即可获得很高的天线增益和极窄 的波束（1mrad左右），而且无旁瓣，因而可实现高精度测角（优 于0.1mrad）、单站定位、低仰角跟踪和高分辨率三维成像，且 不易被敌方截获，自身隐蔽性强。
探测方式和测量原理等对激光雷达体制 进行分类。
按不同信号形式: ①脉冲
②连续波
本 知 识
按不同功能: ①跟踪雷达（测距和测角）; ②测速雷达（测量多普勒信息）; ③动目标指示雷达（目标的多普勒信息） ; ④成像雷达（测量目标不同部位的反射强 度和距离等信号）;
激光雷达技术分享发言稿
激光雷达技术分享发言稿大家下午好，刚才的演讲非常精彩，我也学到了不少新知识。
先来解释一下演讲的主题，的讲话是高屋建瓴，我的演讲是反过来，是从一个很细节的技术入手，我解释一下原因，就是我当时准备演讲内容的时候，翻了2018年的时候SAE的活动，当时做了一个演讲是梳理了国内外激光雷达发展的现状和点评了各个技术流派。
在准备这次的演讲时，我翻了那个PPT，过去快两年了，应该有一些变化，结果我发现在近两年的时间里面，虽然激光雷达有了长足的发展，但是看到这些主流的技术方向，主要的玩家，其实并没有根本性的变化，可能在过去两年里面出现了一些新的激光雷达公司。
过去的两年里面我们规模增长了两倍左右，销售额翻了很多番，工作工人是夜以继日的工作来生产产品，这些东西就体现在比较细节的东西上面，包括今天要讲的主要的抗干扰的技术。
不知道在座的各位对激光雷达的了解有多深，我可以这么说，一般谈起激光雷达，都先问说你这个激光雷达是多少线，是机械式的还是固态的，一般都会问这些问题，可能稍微懂一点的会说探测距离有多远，大家关注的还是比较粗的这些技术。
但是这个东西它要真正的落地，其实涉及到太多细节的东西，这也就是包括我们在内的企业我们做得特别好的，在过去的两年中进行打磨的东西。
像抗干扰，像可靠性的技术，如防水防尘的性能，大家今天来的时候，可能要注意的话，在外面的停车场上大部分的自动驾驶出租车上最上面顶着都是我们的主激光雷达。
所有的激光雷达市面上在卖的几乎所有的激光雷达都标称自己是达到IP67防水等级的，其实我们最早的时候我们做IP67防水试验的时候就是找了个外面的认证机构，拿了几台雷达做了，通过了，我们就很高兴达到这个水平了，出货了。
结果过了一段时间，碰到国内一家很领头的客户的投诉说，你们的激光雷达在外面，就像今天的这个雨一样，在外面淋了三天，我们发现进水了。
这个我们就觉得很奇怪，然后拿回来分析，经过各种分析，包括了解行业的各种的测试之后，我们发现单单在室温下单位IP67是不够的，可能要满足车规的要求，还要经过温度的循环，经过低温高温各种循环之后，依然能够达到这种防水，那才是真正的满足实际使用的情况。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
火 池 激 光 雷 达
美国战略防御局和麻省理工学院于1990
年3月用上述装置对一枚从弗吉尼亚大西
火 池 激 光 雷 达
洋海岸发射的探空火箭进行了跟踪实验。
在二级点火后6分钟，火箭进入亚轨道，
即爬升阶段，并抛出其有效负载，即一 个形状和大小均类似于弹道导弹再入飞
行器的可充气气球。目标最初由L波段跟
目标，特别是一些形状大同小异的目标，还能
在实战中选择最佳的角度接近目标。
2. 激光成像雷达的应用: 巡航导弹、航空导弹、灵巧弹药等精确制导。
隐蔽物侦察
移动机器人等三维视觉系统 航路导引，
精确末制导
地形跟随和障碍物回避 目标自动识别和敌我识别
目标上瞄准点的选择
① CMAG研究计划
一 基 本 知 识
汞(HgCdTe)探测器和光伏型碲镉汞探测器
③
光学天线 透射式望远镜（开普勒、伽利略）
反射式望远镜（牛顿式、卡塞哥伦）
收发合置光学天线 收发分置光学天线
自由空间光路
全光纤光路 波片（四分之一、二分之一）
分束镜、合束镜、布鲁斯特窗片
④ 光学扫描器。
多面体扫描器，利用多面体（6-12面）的
踪雷达和X波段成像雷达进行跟踪。并将 这些雷达取得的数据交给火池激光雷达， 后者成功地获得了距离约800千米处目标 的图像。
1.
激光成像雷达
激光雷达分辨率高，可以采集三维数据， 如方位角-俯仰角-距离、距离-速度-强
激 光 成 像 雷 达
度，并将数据以图像的形式显示，获得
辐射几何分布图像、距离选通图像、速 度图像等，有潜力成为重要的侦察手段。
CMAG计划的预研成果已应用在空中发射的先进战略
巡航导弹AGM-129上，可使AGM-129导弹命中目标的 径向偏差概率提高到３米，比原来巡航导弹的30米提
高了很多。
AGM-129A实物照片
② ATLAS研究计划
在CMAG计划基础上，90年代初美国空军和海
激 光 成 像 雷 达
军制定了“先进技术激光雷达导引头” （ATLAS）的研究计划。 计划由美国空军赖特实验室主持，预计90年
抗隐身目标能力
低仰角跟踪能力 低截获概率能力 多目标探测和跟踪能力 技术成熟程度
下
下 下 上 上
中
中 中 中 中
上
上 上 下 下
3.
激光雷达的优点
工作频率非常高，较微波高3~4个数量级。 激光作为雷达辐射源探测运动目标时多普勒
一 基 本 知 识
频率非常高，因而速度分辨率极高。
工作频率处于电子干扰频谱和微波隐身有效 频率之外，有利于对抗电子干扰和反隐身。
主要用于航天飞行器交会对接，并研制出
原理样机;1978年美国国家航天局马歇尔航 天中心研制成CO2相干激光雷达.
激光雷达(LADAR-Laser Detection And Ranging)是以激光作为载波的雷达，以光 电探测器为接收器件，以光学望远镜为天 线的雷达。
早期，人们还叫过光雷达(LIDAR-Light
1977年美国国防部高级研究计划局和美国空军航空系
统部开展了“巡航导弹先进制导技术”（CMAG）的
激 光 成 像 雷 达
预研计划。 1990年研究多功能CO2成像激光雷达在战略或战术巡 航导弹上应用的可行性，进一步发展了两个CO2成像 激光雷达导引头。 1988年在指定的巡航导弹弹体上进行主要制导功能的 飞行试验。 1989年完成制导功能飞行试验，至此低空巡航导弹用 的巡航导弹先进制导技术（CMAG）预研计划结束。
性、功率、信号形式、功率要求、平台限
制（体积、重量和功耗）、对人眼安全程 度、可靠性、成本和技术成熟程度等。
从目前实际应用来看，Nd:YAG固体激光器、 CO2气体激光器和GaAlAs半导体二极管激 光器、光纤激光器等最具有代表性。
②
光电探测器。
适合于激光雷达用的光电探测器主要有PIN光电 二极管、硅雪崩二极管(SiAPD)、光电导型碲镉
激 光 成 像 雷 达
彩色编码三维距离图像，很好地满足了航路导 引和末段制导的要求。
激 光 成 像 雷 达
F15E挂飞实验照片
③
美国海军“辐射亡命徒”先期技术演示计划
1992年,用激光雷达远距离非合作识别空中
和地面目标。 采用CO2激光成像雷达，由海军空战中心设 计，组装在Pack Tack吊舱中。
麻省理工学院林肯实验室(MIT)于60年代 末研制的。70年代初，林肯实验室演示
火 池 激 光 雷 达
了火池雷达精确跟踪卫星的能力。
80年代末的火池激光雷达，采用一台高 稳定CO2激光器作为信号源，经一台窄
带CO2激光放大器放大，其频率则由单
边带调制器调制。孔径为1.2m的望远镜 发射接收。 氩离子激光与上述雷达波束复合，用于 对目标进行角度跟踪，而雷达波束的功 能则是收集距离――多普勒影像，实时 处理并加以显示。
Detection And Ranging)，这里所谓的 光实际上是指激光。现在，普遍采用
一 基 本 知 识
LADAR这个术语，以区别于原始而低级的
LIDAR。
以后世界上陆续提出并实现：激光多普
勒雷达、激光测风雷达、激光成像雷达、
激光差分吸收雷达、拉曼散射激光雷达、 微脉冲激光雷达、激光合成孔径雷达、 激光相控阵雷达等。
⑤ 大气环境监测
⑥ 主动遥感
7. 研究内容及关键技术
① 激光器技术
一 基 本 知 识
② 探测器及探测技术 ③ 大气传输特性 ④ 激光雷达理论
⑤ 信号处理技术
⑥ 数据处理技术 ⑦ 控制技术 ⑧ 光学系统设计与加工技术 ⑨ 机械设计与加工技术
二、应用前景
1. 侦察用成像激光雷达
2. 障碍回避激光雷达
一 基 本 知 识
③动目标指示雷达（目标的多普勒信息）;
④成像雷达（测量目标不同部位的反射强 度和距离等信号）;
⑤差分吸收雷达（目标介质对特定频率光
的吸收强度）等。
用微波相控阵原理的激光相控阵雷达 利用微波合成孔径原理的激光合成孔径
雷达。
6.
激光雷达的应用
① 跟踪
一 基 本 知 识
② 成像制导 ③ 三维视觉系统 ④ 测风
激光器采用GaAs半导体激光器，成像方式
激 光 成 像 雷 达
为二维扫描 安装在高性能飞机和无人机上，在待侦察地 区的上空以120～460m的高度飞行 获得的影像可实时显示在飞机上的阴极射线 管显示器上，或通过数据链路发送至地面站。
⑤ 洛克希德· 马丁· 沃尔特公司的低成本自主攻 击系统
1. 2.
绪论 基本知识、应用前景、发展概况 激光雷达基本理论 雷达方程、探测方式、传输特性、天线特性等
课 程 主 要 内 容
3.
4. 5. 6. 7.
激光成像雷达
工作原理、设计方法、典型举例 激光测风雷达 工作原理、设计方法、典型举例 激光差分吸收雷达 工作原理、设计方法、典型举例 信号处理方法
微弱信号检测、数字化处理与算法
有效的绝对带宽很宽，能产生极窄的脉冲
（纳秒至飞秒量级），以实现高精度（可达 厘米量级）测距。
能量高度集中。
用很小的准直孔径（10cm左右）即可获得很高的 天线增益和极窄的波束（1mrad左右），而且无 旁瓣，因而可实现高精度测角（优于0.1mrad）、
一 基 本 知 识
单站定位、低仰角跟踪和高分辨率三维成像，且 不易被敌方截获，自身隐蔽性强。
2.
激光雷达与微波雷达的异同
激光雷达是以激光器为辐射源的雷达，它 是在微波雷达技术基础上发展起来的，两
一 基 本 知 识
者在工作原理和结构上有许多相似之处
工作频率由无线电频段改变成了光频段， 雷达具体结构、目标和背景特性上发生了
变化。微波天线由光学望远镜代替；接收
通道中微波雷达可以直接用射频器件对接 收信号进行放大、混频和检波等处理，激 光雷达则必须用光电探测器将光频信号转 换成电信号后进行处理。
维本性，不受昼夜、季节、气候、温度、照度 变化以及各种干扰的影响。根据稳定的激光雷
达三维图像所预测的目标特征和所发展的目标
识别算法软件，真实、准确和可靠，使导引头 能以极低的虚警率可靠地自动识别目标。
能提供目标的三维图像，同时提供目标的距离
和速度数据。这一特点能使导引头全方位识别
激 光 成 像 雷 达
5.
激光雷达的基本体制
同微波雷达一样，可以依据信号形式、 探测方式和测量原理等对激光雷达体制
一 基 本 知 识
进行分类。
按不同信号形式: ①脉冲 ②连续波 ③每一类中又有不同的信号波形。
按不同探测方式: ①直接探测（能量探测）; ②相干探测（外差探测）
按不同功能:
①跟踪雷达（测距和测角）; ②测速雷达（测量多普勒信息）;
转动来扫描，优点是扫描线性好、精度高， 缺点是体积大、价格高；
一 基 本 知 识
检流计式振镜扫描器，扫描角15；
声子偏转器，利用声光效应使入射光线产 生偏转而实现光扫描，声光偏转器的扫描
角不大，一般在3左右
压电扫描器，利用逆压电效应产生摆动的 新型扫描器； 全息光栅扫描器。 光学相位扫描 MEMS扫描器
激 光 成 像 雷 达
CO2激光器输出功率100W、光束发散度
100mrad
发射机和接收机共用一个孔径和分辨率 4mrad的灵活的光束控制反射镜。 在P-3C试验机上进行了飞行试验，可以利 用目标表面的变化、距离剖面、高分辨率红