??激光雷達是一種先進的遙感技術(shù)，通過發(fā)射激光束并測量其反射光的返回時間或頻率變化，來精確探測目標物體的距離、速度、角度及其三維形狀等信息?。?

技術(shù)原理?：

激光雷達的工作原理主要基于光的飛行時間(ToF, Time of Flight)或多普勒效應。

激光雷達系統(tǒng)主要由激光發(fā)射器、接收器、掃描和定位裝置(如GPS)以及信息處理系統(tǒng)組成。激光發(fā)射器發(fā)射高能窄脈沖的激光束，接收器捕捉目標物體反射回來的激光光子，掃描和定位裝置控制激光束的方向和范圍，并結(jié)合定位技術(shù)確定精確位置。

?軍事應用?：

激光雷達在軍事領域可以用于對飛機、導彈等目標進行探測、跟蹤和識別。

由于其高精度和快速、高效作業(yè)的特點，激光雷達在軍事偵察、目標定位等方面具有顯著優(yōu)勢。

?汽車應用?：

在自動駕駛領域，激光雷達是關鍵的傳感器之一。

它能夠?qū)崟r獲取車輛周圍環(huán)境的三維信息，包括道路、障礙物、行人等，為自動駕駛系統(tǒng)提供精確的導航和避障依據(jù)。

車載激光雷達主要分為機械式、混合固態(tài)和固態(tài)三種類型，其中量產(chǎn)的車載激光雷達基本上都是采用飛行時間(ToF)探測方式。

綜上所述，激光雷達作為一種先進的遙感技術(shù)，在多個領域都發(fā)揮著重要作用，特別是在自動駕駛領域，其高精度和實時性為自動駕駛技術(shù)的發(fā)展提供了有力支持。

一、激光雷達作為地面智能移動平臺核心環(huán)境感知傳感器的作用不可或缺

(一)地面智能移動平臺的環(huán)境感知功能需求

地面智能移動平臺(無人車)的關鍵技術(shù)主要包括環(huán)境感知技術(shù)、定位與導航技術(shù)，以及車輛動力學控制技術(shù)等。其中，環(huán)境感知技術(shù)用來獲取車輛周圍環(huán)境信息，以激光雷達等主動型測距傳感器為主，被動型測距傳感器為輔，采用信息融合的方法實現(xiàn)無人車進行自主決策，相當于無人駕駛汽車的眼和耳。

同時，軍用背景也為無人車提出了新的挑戰(zhàn)：由于車輛行駛在非標準化道路上，幾乎沒有路線標識，經(jīng)驗信息相對較小，因此自主決策尤為重要。其中環(huán)境感知技術(shù)便是自主決策的重要基礎，必須具備實時性、魯棒性和實用性。為實現(xiàn)復雜戰(zhàn)場環(huán)境下獲取目標距離、目標材質(zhì)等感知能力，因此激光雷達成為優(yōu)選的重要手段。

(二)激光雷達在環(huán)境感知系統(tǒng)中所起的作用

1.激光雷達傳感器特點

激光的波長比微波短好幾個數(shù)量級，且有更窄的線寬，因此激光雷達特點是：(1)探測靈敏度和測量分辨率高，信息量大，可獲得振幅、頻率和相位信息，可測速及識別動目標。具有運動目標的高分辨率清晰圖像成像能力。(2)抗干擾性好，被截獲概率低。(3)在相同的環(huán)境下，比微波雷達體積小、重量更輕。(4)激光雷達與激光通信復合性好，探測通信一體化、兼?zhèn)湫詮姟?

2.激光雷達與其他傳感器的性能對比分析

無人車環(huán)境感知系統(tǒng)由諸多傳感器組成，主要包括：超聲波雷達、視覺系統(tǒng)、毫米波雷達、激光雷達等。

相對于其他傳感器，激光雷達具有以下優(yōu)勢：受光照條件影響小，可靠性和精確性高于被動傳感器;激光雷達采用主動測距法，對環(huán)境光的強弱和物體色彩差異具有很強的魯棒性;激光雷達直接計算與被測物空間距離，算法直接準確;激光雷達速度更快，實時性更好;視角大、測距范圍大。因此激光雷達在無人車環(huán)境感知領域具有重要地位，是不可或缺的傳感器。

(三)智能移動平臺用激光雷達發(fā)展現(xiàn)狀

1.機械掃描式激光雷達技術(shù)

由于激光具有良好的方向性，發(fā)散角較小，遠距離光斑照射面積也較小，因此為了增加探測面積，一般需要進行掃描。無人車載環(huán)境感知上的激光雷達以單線、多線作為不同分類。單線激光雷達的應用在國內(nèi)已經(jīng)相對較廣。單線激光雷達可以獲取二維數(shù)據(jù)，但無法識別目標的三維信息。而多線激光雷達則可以識別2.5維甚至是三維數(shù)據(jù)，在采集信息量上會比單線雷達高很多。目前在國際市場上推出的主要有4線、8線、16線、32線和64線。隨著線數(shù)的增加，其識別的數(shù)據(jù)量也相繼倍增。2017年，掃描激光雷達高端產(chǎn)品已有128線問世，數(shù)據(jù)量和感知精度有了質(zhì)的飛躍。

世界各國的許多研究機構(gòu)都正在積極開展以激光雷達硬件為重點的研究。其中，應用最為廣泛、技術(shù)相對領先并實現(xiàn)商品化的公司主要有IBEO、VELODYNE、SICK、HOKUYO等。目前這幾家公司也是國外掌握激光雷達用于無人車/智能輔助駕駛技術(shù)專利的代表性機構(gòu)。

2.固態(tài)激光雷達技術(shù)

在結(jié)構(gòu)化道路中，由于采集信息十分豐富，使用者多要求激光雷達盡可能與整車外形一體化，縮小激光雷達體積。為滿足這一要求，有機構(gòu)提出了“固態(tài)激光雷達”概念，即改機械掃描為電掃描或無掃描。尤其2017年是固態(tài)激光雷達爆發(fā)的一年，各類固態(tài)激光雷達如雨后春筍般涌現(xiàn)。本文將對國外固態(tài)激光雷達發(fā)展情況進行梳理，主要的固態(tài)激光雷達方案及研究機構(gòu)見表1。

掃描方式產(chǎn)品廠商優(yōu)點不足

微振鏡掃描體積小;掃描速度快;無機械運動，顯示細節(jié)能力強。視場角有限;可承受光功率受限;其溫度漂移、非線性等性質(zhì)研究的還不夠透徹。

固態(tài)波束轉(zhuǎn)向不管哪一項固態(tài)波束轉(zhuǎn)向技術(shù)，均需考慮在沒有同軸收發(fā)的情況下接受端與發(fā)射端相匹配的問題，技術(shù)較難。

面陣成像視場角有限;測距動態(tài)范圍有限;大陣列受現(xiàn)有技術(shù)限制。

激光雷達(Lidar)是一種通過使用激光光束來測量距離、形狀、方向和速度的遠程感測技術(shù)。它在各種領域都有廣泛的應用，包括自動駕駛汽車、機器人技術(shù)、環(huán)境監(jiān)測、地質(zhì)勘探等。以下是激光雷達的一些主要特征和應用：

特征：

激光發(fā)射： 使用激光器發(fā)射短脈沖的激光束。

激光反射： 激光束與目標表面相交后，部分光被反射回激光雷達。

時間測量： 通過測量激光從發(fā)射到反射返回所花費的時間，計算目標與激光雷達的距離。

角度測量： 通過控制激光束的方向或使用多個激光束，可以測量目標的角度信息。

數(shù)據(jù)處理： 獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，生成目標的空間三維坐標信息。

應用場景：

自動駕駛： 在自動駕駛汽車中，激光雷達用于實時感知周圍環(huán)境，檢測障礙物和制定行車路徑。

機器人技術(shù)： 用于機器人導航、障礙物避免和環(huán)境建模。

環(huán)境監(jiān)測： 用于大氣、海洋和地球表面的監(jiān)測，包括大氣層輪廓分析和海洋表面高度測量。

地質(zhì)勘探： 用于測繪地形、檢測地下油氣資源和進行地質(zhì)勘探。

軍事應用： 用于目標識別、跟蹤和導航，包括飛行器、車輛和人員。

建筑與城市規(guī)劃： 用于建筑測繪、城市規(guī)劃和地理信息系統(tǒng)(GIS)。

氣象觀測： 用于大氣層的觀測和氣象學研究。

安全與監(jiān)控： 在安防領域中用于實時監(jiān)控和檢測異?；顒印?

激光雷達的應用領域不斷擴展，其高精度、遠距離、實時性等特點使其成為許多領域中不可或缺的傳感技術(shù)。

激光雷達具有多種功能，其主要作用是通過激光光束測量距離、形狀、方向和速度，提供對目標環(huán)境的高精度感測和建模。以下是激光雷達的主要功能：

距離測量： 激光雷達能夠精確測量目標與激光雷達之間的距離，利用激光的時間飛行原理實現(xiàn)。

形狀和輪廓感測： 通過掃描激光束，激光雷達可以獲取目標的形狀和輪廓信息，包括高度、寬度和長度等。

角度測量： 通過控制激光束的方向或使用多個激光束，激光雷達能夠測量目標相對于雷達的角度信息，實現(xiàn)對目標的方向感測。

速度測量： 利用多普勒效應，激光雷達可以測量目標的速度，包括靜止目標和運動目標。

實時感測： 激光雷達能夠在實時性要求下進行高頻率的數(shù)據(jù)采集，實時更新目標位置和狀態(tài)。

環(huán)境建模： 通過獲取目標周圍的空間信息，激光雷達可以創(chuàng)建三維環(huán)境模型，用于導航、路徑規(guī)劃和障礙物避免。

目標識別和分類： 利用獲取的形狀和輪廓信息，激光雷達可以幫助識別和分類目標，如車輛、行人、建筑等。

地形測繪： 在地質(zhì)勘探和地形測繪中，激光雷達用于生成地表高程模型和地形圖。

自動駕駛： 在自動駕駛系統(tǒng)中，激光雷達是關鍵的感測器，用于感知周圍環(huán)境，檢測障礙物和實現(xiàn)自主導航。

安防監(jiān)控： 用于監(jiān)測和識別安防領域中的異?；顒樱岣弑O(jiān)控系統(tǒng)的效能。

氣象觀測： 用于大氣層輪廓分析、云層測量和其他氣象學研究。

城市規(guī)劃和建筑測繪： 激光雷達在城市規(guī)劃和建筑測繪中可以用于獲取建筑物和地形的詳細信息。

這些功能使得激光雷達在自動化、科學研究、工業(yè)應用等多個領域發(fā)揮著關鍵作用，為各種應用場景提供高精度的感測和定位能力。