一文解析激光雷达的基本原理、构成与分类

时间： 2024-09-20 来源：TOPPOWER官网

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激光雷达（Lidar，Light Detection and Ranging）是一种通过发射激光束并测量其反射回来的时间来探测目标物体的位置、距离和形状的技术。它广泛应用于自动驾驶、地形测绘、环境监测、考古学等领域。

激光雷达的基本原理

发射激光束：

激光雷达系统发射一个或多个激光脉冲。

接收反射信号：

激光束碰到目标物体后反射回激光雷达传感器。

计算距离：

通过测量激光脉冲从发射到接收的时间，计算激光束传播的距离（使用公式：距离 = (光速 × 时间) / 2）。

生成数据：

收集到的反射信号用于生成目标物体的三维点云数据（即物体表面的点的集合）。

激光雷达的构成

激光发射器：

产生激光脉冲并将其发射到目标物体上。激光器的类型可以是固态激光器、半导体激光器等。

扫描系统：

扫描系统负责控制激光束的发射角度，从而实现对目标区域的覆盖。扫描系统可以是旋转的、振动的或固态的。

探测器：

用于接收反射回来的激光信号。探测器通常是光电探测器，如光电二极管或雪崩光电二极管（APD）。

信号处理单元：

处理从探测器接收到的信号，计算激光脉冲的返回时间，并转换成距离数据。信号处理单元还负责将数据转换为点云或其他形式的可视化数据。

控制系统：

控制激光发射、扫描角度和数据采集过程。控制系统包括计算机或嵌入式系统，用于协调所有组件的工作。

数据存储与分析：

存储激光雷达采集的数据，并进行后续的分析和处理，如生成三维模型或进行环境建模。

激光雷达的分类

基于扫描方式的分类：

旋转激光雷达：通过旋转激光发射器和接收器扫描周围环境，常用于自动驾驶车辆和无人机。优点是能够在360度范围内获取数据。

固态激光雷达：使用静态的激光发射器和接收器，通过电子扫描或其他方式实现多方向扫描。固态激光雷达通常更耐用、更紧凑，并且没有旋转部件。

基于激光发射方式的分类：

单光束激光雷达：使用一个激光束进行扫描，数据采集速度较慢，但系统设计较简单。

多光束激光雷达：使用多个激光束同时扫描，能够快速获取更高分辨率的数据，适用于需要高精度的应用。

基于激光波长的分类：

近红外激光雷达：使用近红外波长的激光，具有较好的穿透能力，适用于各种环境。

可见光激光雷达：使用可见光波长的激光，通常用于较短距离和较为光明的环境。

基于应用场景的分类：

地面激光雷达：用于地面上的扫描和测量，如测绘和环境监测。

空气激光雷达：安装在无人机或飞机上，用于大范围地形测绘和高分辨率环境监测。

车载激光雷达：安装在车辆上，常用于自动驾驶系统和辅助驾驶系统。

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