激光雷达的工作原理？

激光雷达的工作原理是什么？~

今年苹果新产品推出的最大亮点是将首次在iPhone和iPad等便捷式数码产品上装备“激光雷达扫描设备”- Lidar。那么这个Lidar究竟是什么，它又有什么实际用处呢？短短三分钟这个视频告诉你一切。。。

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激光雷达最基本的工作原理与无线电雷达没有区别，即由雷达发射系统发送一个信号,打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，经目标反射后被接收系统收集，通过测量反射光的运行时间而确定目标的距离。

至于目标的径向速度，可以由反射光的多普勒频移来确定，也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度，这也是直接探测型雷达的基本工作原理。

激光雷达的作用就是精确测量目标的位置（距离与角度）、形状（大小）及状态（速度、姿态），从而达到探测、识别、跟踪目标的目的。

激光雷达是一种雷达系统，是一种主动传感器，所形成的数据是点云形式。其工作光谱段在红外到紫外之间，主要发射机、接收机、测量控制和电源组成。

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激光雷达分类

一般来说，按照现代的激光雷达的概念，常分为以下几种:

1、按激光波段分，有紫外激光雷达、可见激光雷达和红外激光雷达。

2、按激光介质分，有气体激光雷达、固体激光雷达、半导体激光雷达和二极管激光泵浦固体激光雷达等。

3、按激光发射波形分，有脉冲激光雷达、连续波激光雷达和混合型激光雷达等。

4、按显示方式分，有模拟或数字显示激光雷达和成像激光雷达。

5、按运载平台分，有地基固定式激光雷达、车载激光雷达、机载激光雷达、船载激光雷达、星载激光雷达、弹载激光雷达和手持式激光雷达等。

6、按功能分，有激光测距雷达、激光测速雷达、激光测角雷达和跟踪雷达、激光成像雷达，激光目标指示器和生物激光雷达等。

7、按用途分，有激光测距仪、靶场激光雷达、火控激光雷达、跟踪识别激光雷达、多功能战术激光雷达、侦毒激光雷达、导航激光雷达、气象激光雷达、侦毒和大气监测激光雷达等。

参考资料来源：百度百科-激光雷达

激光雷达的工作原理与雷达非常相近，以激光作为信号源，由激光器发射出的脉冲激光，打到地面的树木，道路，桥梁和建筑物上引起散射，一部分光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理计算，就得到从激光雷达到目标点的距离。

脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。也可以测量两个或多个距离，并计算其变化率而求得速度，这是、也是直接探测型雷达的基本工作原理。

LiDAR系统一般包括；激光源或其它发射器，灵敏的光电探测器或其它接收器，同步和数据处理电子系统，运动控制设备或微机电系统（MEMS）扫描镜（二选一）。均是基于精确的激光扫描组件并可用于创建3D地图或收集近距离数据。

民用和商业应用中，保证用眼安全的激光器在高性能紧凑型LiDAR中越来越受欢迎。在用眼安全的波长范围内，当在地形测绘和避障中探测固体时，通常需要约红外激光器发射1.5 µm的波长。

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激光雷达按照机械结构可以分为两种，一种是机械激光雷达，一种是固态激光雷达。机械激光雷达外表上最大的特点就是有机械旋转机构，也就是自己会转，固态激光雷达其实还可以细分为 OPA，MEMS，Flash 三种线路，固态激光雷达结构上最大的特点就是没有了旋转部件，个头相对较小。

激光雷达几个重要的参数分别为测量距离、角视场、测量精度、测量速率。角视场一般有垂直角视场和水平角视场，角视场决定了“眼睛”的视野有多大。测量精度意味着“眼睛”能看得多清楚，这个精度“够用”就行，并不需要将地上的沙子、石子也看清。

角分辨率，角分辨率越小相对精度越高，举个例子，一个角分辨率为 0.4 度的 64 线激光雷达，扫描 50 米外 1.7 米的物体可以产生 5 条线的数据，一个角分辨率为 0.33 度的 40 线激光雷达，同样的物体可以获得 6 条线的数据。

机械式激光雷达将激光线束竖向排列形成一个面，通过械旋转部件转动这个面，扫描周围环境即可呈现出三维立体图形。我们常说的 16 线、32 线、64 线就是竖向排列线束的数量，数量越多，密度则越大，精度相对就越高，但计算机需要处理的信息量也随着增大。

因为机械式激光雷达是旋转的，所以水平视角有 360 度，能将周围一圈都看清楚，旋转速度也影响着扫描频率。机械激光雷达个头较大，又有机械旋转部件，所以并不能与我们常见汽车的造型完美融合，只能突兀地放在车顶，看起来并没有未来的感觉。

固态激光雷达因为没有旋转机构，所以水平视角非常有限，需要在不同方向布置多个固态激光雷达，优点是响应速度快，精度较高，而且个头相对较小，便于藏在车身内。

参考资料百度百科--激光雷达

激光雷达工作原理如下：

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。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。

激光雷达应用分类可以分为：

1、避障雷达

2、化学试剂探测激光雷达

3、机载海洋激光雷达

4、无人驾驶激光雷

    激光雷达是向目标发射激光束信号，接收器根据接收到的反射信号与发射信号进行比较进行一定的运算处理后得到目标物体的相关信息，比如目标距离，目标方向、目标高度、目标速度等。激光本身具有非常精确的测距能力，测距距离精度可达到几厘米，激光雷达工作原理与船用雷达原理非常接近，它是以激光束作为信号源，发射到船体上，引起散射，一部分光波会反射回激光雷达接收器，激光雷达不断发送脉冲激光进行扫描目标船体，就可以得到船舶上船体的点云数据，由此数据就可以得到精确的三维立体图像，基于激光雷达的原理和其特性，现激光雷达技术已经广泛用在军事、农业、气象、医疗、水土检测、自动驾驶等领域，作为应用场景较为单一的河道内检测船舶的可行性非常高的。

激光雷达检测船舶超高偏航

    该传感器的点云密度可轻松超过128线激光雷达。面对反射率低至 10% 的物体，探测距离仍可达 320 米，可探测量程极限1000米，角度精度达 0.03°，光束发散角低至 0.12°（垂直）x 0.02°（水平），在工作时可射出多线激光同时进行高速非重复扫描，每秒可将多达 240,000 点的点云数据分布在约 15 度 FOV 里，仅需 100 ms 视场覆盖率即可达到 99.8%，点云密度超过市面上主流 128 线机械式激光雷达，传统的机械激光雷达需要旋转电子元件让其扫描范围实现360度覆盖。激光雷达的独特设计不使用此类移动部件，只使用旋转棱镜，与传统的机械激光雷达相比，此种设计使其激光雷达能够工作得更久、更可靠。下图为激光雷达扫描图以及覆盖率曲线图。

激光雷达多线扫描

激光雷达覆盖率曲线图

激光雷达结构图

在桥梁防船撞智能预警系统中，激光雷达技术可精准检测船舶的高度，长度、宽度。喜讯科技做了不少的案例工程。

    桥梁防碰撞预警系统具有强大的数据处理能力、可对船舶的形态分析、三维重构、吨位计算、多源数据的融合输出船舶流量、航行状态的最终结果，报送给相关管理部门。

激光雷达在于提供一种新的船舶超高与偏航检测手段，即可实现超高检测，同时有能实现偏航预警，实时性高，误判率低，检测精度高。

激光雷达检测船舶航行状态

这个在一般的硕士毕业大论文里都会论述

激光雷达探测大气的基本原理即是上述几种激光与大气相互作用的机制。激光器产生的激光束经光束准直（有的情况下需要扩束）后发射到大气中，激光在大气中传输遇到空气分子、气溶胶等成分便会发生散射、吸收等作用。散射中的小部分能量——后向散射光落入接收望远镜视场被接收。被接收到的后向散射光传输到光电探测器（通常为PMT）被转换成电信号（一般为电流信号），实现光-电转换，再经一系列的运算放大，最终被显示、记录。对于不同高度的信号，利用激光信号传输时间间隔来记录，光速c已知，便可换算成距离：。如果接收到的是回波点数，乘以系统距离分辨率即得高度。这样就获得了激光雷达P-z数据，利用激光雷达方程结合相关算法便可反演出相关大气特性，如大气垂直消光廓线、气体浓度、成分以及温度廓线等。 

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汕头市19722453325： 激光雷达(一种机械设施) - 搜狗百科？
月眉安可： 三维旋转扫描激光雷达一般安装在车辆顶部,可对道路、桥梁、护栏、立交桥、隧道、交叉口等基础设施、道路车辆、自行车、行人、道路障碍物等目标进行三维逐点扫描,目标的轮廓和位置信息形成三维激光雷达扫描点云地图. 机械激光雷达依靠旋转部件来控制激光发射的角度,而固态激光雷达则依靠电子元件来控制激光发射的角度. 由于内部结构的原因,两种激光雷达的尺寸不同.机械激光雷达体积大,价格昂贵,测量精度高,通常放置在车外.

汕头市19722453325： 激光雷达的工作原理是什么? ？
月眉安可： 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

汕头市19722453325： 激光雷达的工作原理是怎样的? ？
月眉安可： 距离和速度分辨率高,意味着可以利用距离多谱勒成像技术来获得目标的清晰图像

汕头市19722453325： 激光雷达工作原理是什么? ？
月眉安可： 激光雷达工作原理编辑LIDAR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DEM

汕头市19722453325： 激光雷达 - ？
月眉安可：[答案] 激光雷达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...

汕头市19722453325： 什么是激光雷达 - ？
月眉安可： 激光雷达指利用激光器作为辐射源的新型雷达.主要用于导弹和火箭初始段的跟踪、测量、卫星精密定轨、飞机和巡航导弹低仰量角跟踪测量,以及大气的温度、湿度、风速、能见度等气象参数的测量等.激光雷达的主要特点是:方向性好,测角、测距精度高,不受地面杂波干扰,体积小,重量轻,多普勒测速灵敏度高,对等离子体的穿透能力强.蓝绿激光雷达还可用于探测水下目标等.由于激光雷达所辐射的激光在大气中衰减比较大,所以常用来制成监测大气特性的气象雷达.军用激光雷达与红外、电视等光电装备结合,组成地面、舰载和机载的火力控制系统,亦可用于导弹的制导装置.

汕头市19722453325： 激光雷达是什么,有什么特点,有什么军事应用 - ？
月眉安可：[答案] 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. 激光扫描方法不仅是军内...

汕头市19722453325： 请问:谁知道激光雷达是干什么的?？
月眉安可： 用激光器作为辐射源的雷达.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,...

汕头市19722453325： 雷达的使用原理 - ？
月眉安可： 雷达就是靠发电磁波,通过接受物体反射的回波,探测目标定位的装置.发射一穿特定波形的信号.计算每个波形发射返回的时间差.用已知光速,乘以时间除以二就是目标的距离、老式的雷达有两套扫描发射接收天线.一个水平旋转,用以确...