激光雷達是實現(xiàn)無人駕駛的重要感知傳感器，目前包括福特、通用、沃爾沃等在內的絕大部分車企研究的無人駕駛汽車都配備了激光雷達。近期百度谷歌等國內外巨頭動作頻頻，紛紛致力于激光雷達的研發(fā)和商業(yè)化。隨著業(yè)界對激光雷達重要性的認知不斷深入，以及無人駕駛龐大需求的釋放，未來將有更多資本、資源投入到激光雷達領域。
那么，雷達是什么呢?
老式雷達
雷達的出現(xiàn)，是由于一戰(zhàn)期間當時英國和德國交戰(zhàn)時，英國急需一種能探測空中金屬物體的雷達(技術)能在反空襲戰(zhàn)中幫助搜尋德國飛機。二戰(zhàn)期間，雷達就已經(jīng)出現(xiàn)了地對空、空對地(搜索)轟炸、空對空(截擊)火控、敵我識別功能的雷達技術。二戰(zhàn)以后，雷達發(fā)展了單脈沖角度跟蹤、脈沖多普勒信號處理、合成孔徑和脈沖壓縮的高分辨率、結合敵我識別的組合系統(tǒng)、結合計算機的自動火控系統(tǒng)、地形回避和地形跟隨、無源或有源的相位陣列、頻率捷變、多目標探測與跟蹤等新的雷達體制。
雷達，是無線電探測和測距，即用無線電的方法發(fā)現(xiàn)目標并測定它們的空間位置。因此，雷達也被稱為"無線電定位"。雷達是利用電磁波探測目標的電子設備。雷達發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。
雷達所起的作用和眼睛和耳朵相似，當然，它不再是大自然的杰作，同時，它的信息載體是無線電波。事實上，不論是可見光或是無線電波，在本質上是同一種東西，都是電磁波，在真空中傳播的速度都是光速C，差別在于它們各自的頻率和波長不同。其原理是雷達設備的發(fā)射機通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波;雷達天線接收此反射波，送至接收設備進行處理，提取有關該物體的某些信息(目標物體至雷達的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。
測量距離原理是測量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成雷達與目標的精確距離。測量目標方位原理是利用天線的尖銳方位波束，通過測量仰角靠窄的仰角波束，從而根據(jù)仰角和距離就能計算出目標高度。
測量速度原理是雷達根據(jù)自身和目標之間有相對運動產生的頻率多普勒效應。雷達接收到的目標回波頻率與雷達發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達與目標之間的距離變化率。當目標與干擾雜波同時存在于雷達的同一空間分辨單元內時，雷達利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測和跟蹤目標。
激光雷達
用激光器作為發(fā)射光源，采用光電探測技術手段的主激光雷達。激光雷達動遙感設備。激光雷達是激光技術與現(xiàn)代光電探測技術結合的先進探測方式。由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信息處理等部分組成。發(fā)射系統(tǒng)是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導體激光器及波長可調諧的固體激光器以及光學擴束單元等組成;接收系統(tǒng)采用望遠鏡和各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等組合。激光雷達采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測方法按照探測的原理不同可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等激光雷達。它是集激光，全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導航系統(tǒng)(INS)三種技術與一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM。這三種技術的結合，可以高度準確地定位激光束打在物體上的光斑。它又分為目前日臻成熟的用于獲得地面數(shù)字高程模型(DEM)的地形LIDAR系統(tǒng)和已經(jīng)成熟應用的用于獲得水下DEM的水文LIDAR系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)的共同特點都是利用激光進行探測和測量。
激光本身具有非常精確的測距能力，其測距精度可達幾個厘米，而LIDAR系統(tǒng)的精確度除了激光本身因素，還取決于激光、GPS及慣性測量單元(IMU)三者同步等內在因素。隨著商用GPS及IMU的發(fā)展，通過LIDAR從移動平臺上(如在飛機上)獲得高精度的數(shù)據(jù)已經(jīng)成為可能并被廣泛應用。
LIDAR系統(tǒng)包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統(tǒng)。激光器產生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，最終被接收器所接收。接收器準確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間。因為光脈沖以光速傳播，所以接收器總會在下一個脈沖發(fā)出之前收到前一個被反射回的脈沖。鑒于光速是已知的，傳播時間即可被轉換為對距離的測量。結合激光器的高度，激光掃描角度，從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發(fā)射方向，就可以準確地計算出每一個地面光斑的坐標X，Y，Z。激光束發(fā)射的頻率可以從每秒幾個脈沖到每秒幾萬個脈沖。舉例而言，一個頻率為每秒一萬次脈沖的系統(tǒng)，接收器將會在一分鐘內記錄六十萬個點。一般而言，LIDAR系統(tǒng)的地面光斑間距在2-4m不等。激光雷達的作用是能精確測量目標位置(距離和角度)、運動狀態(tài)(速度、振動和姿態(tài))和形狀，探測、識別、分辨和跟蹤目標。經(jīng)過多年努力，科學家們已研制出火控激光雷達、偵測激光雷達、導彈制導激光雷達、靶場測量激光雷達、導航激光雷達等。
那么，雷達是什么呢?
老式雷達
雷達的出現(xiàn)，是由于一戰(zhàn)期間當時英國和德國交戰(zhàn)時，英國急需一種能探測空中金屬物體的雷達(技術)能在反空襲戰(zhàn)中幫助搜尋德國飛機。二戰(zhàn)期間，雷達就已經(jīng)出現(xiàn)了地對空、空對地(搜索)轟炸、空對空(截擊)火控、敵我識別功能的雷達技術。二戰(zhàn)以后，雷達發(fā)展了單脈沖角度跟蹤、脈沖多普勒信號處理、合成孔徑和脈沖壓縮的高分辨率、結合敵我識別的組合系統(tǒng)、結合計算機的自動火控系統(tǒng)、地形回避和地形跟隨、無源或有源的相位陣列、頻率捷變、多目標探測與跟蹤等新的雷達體制。
雷達，是無線電探測和測距，即用無線電的方法發(fā)現(xiàn)目標并測定它們的空間位置。因此，雷達也被稱為"無線電定位"。雷達是利用電磁波探測目標的電子設備。雷達發(fā)射電磁波對目標進行照射并接收其回波，由此獲得目標至電磁波發(fā)射點的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。
雷達所起的作用和眼睛和耳朵相似，當然，它不再是大自然的杰作，同時，它的信息載體是無線電波。事實上，不論是可見光或是無線電波，在本質上是同一種東西，都是電磁波，在真空中傳播的速度都是光速C，差別在于它們各自的頻率和波長不同。其原理是雷達設備的發(fā)射機通過天線把電磁波能量射向空間某一方向，處在此方向上的物體反射碰到的電磁波;雷達天線接收此反射波，送至接收設備進行處理，提取有關該物體的某些信息(目標物體至雷達的距離，距離變化率或徑向速度、方位、高度等)。
測量距離原理是測量發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時間差，因電磁波以光速傳播，據(jù)此就能換算成雷達與目標的精確距離。測量目標方位原理是利用天線的尖銳方位波束，通過測量仰角靠窄的仰角波束，從而根據(jù)仰角和距離就能計算出目標高度。
測量速度原理是雷達根據(jù)自身和目標之間有相對運動產生的頻率多普勒效應。雷達接收到的目標回波頻率與雷達發(fā)射頻率不同，兩者的差值稱為多普勒頻率。從多普勒頻率中可提取的主要信息之一是雷達與目標之間的距離變化率。當目標與干擾雜波同時存在于雷達的同一空間分辨單元內時，雷達利用它們之間多普勒頻率的不同能從干擾雜波中檢測和跟蹤目標。
激光雷達
用激光器作為發(fā)射光源，采用光電探測技術手段的主激光雷達。激光雷達動遙感設備。激光雷達是激光技術與現(xiàn)代光電探測技術結合的先進探測方式。由發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、信息處理等部分組成。發(fā)射系統(tǒng)是各種形式的激光器，如二氧化碳激光器、摻釹釔鋁石榴石激光器、半導體激光器及波長可調諧的固體激光器以及光學擴束單元等組成;接收系統(tǒng)采用望遠鏡和各種形式的光電探測器，如光電倍增管、半導體光電二極管、雪崩光電二極管、紅外和可見光多元探測器件等組合。激光雷達采用脈沖或連續(xù)波2種工作方式，探測方法按照探測的原理不同可以分為米散射、瑞利散射、拉曼散射、布里淵散射、熒光、多普勒等激光雷達。它是集激光，全球定位系統(tǒng)(GPS)和慣性導航系統(tǒng)(INS)三種技術與一身的系統(tǒng)，用于獲得數(shù)據(jù)并生成精確的DEM。這三種技術的結合，可以高度準確地定位激光束打在物體上的光斑。它又分為目前日臻成熟的用于獲得地面數(shù)字高程模型(DEM)的地形LIDAR系統(tǒng)和已經(jīng)成熟應用的用于獲得水下DEM的水文LIDAR系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)的共同特點都是利用激光進行探測和測量。
激光本身具有非常精確的測距能力，其測距精度可達幾個厘米，而LIDAR系統(tǒng)的精確度除了激光本身因素，還取決于激光、GPS及慣性測量單元(IMU)三者同步等內在因素。隨著商用GPS及IMU的發(fā)展，通過LIDAR從移動平臺上(如在飛機上)獲得高精度的數(shù)據(jù)已經(jīng)成為可能并被廣泛應用。
LIDAR系統(tǒng)包括一個單束窄帶激光器和一個接收系統(tǒng)。激光器產生并發(fā)射一束光脈沖，打在物體上并反射回來，最終被接收器所接收。接收器準確地測量光脈沖從發(fā)射到被反射回的傳播時間。因為光脈沖以光速傳播，所以接收器總會在下一個脈沖發(fā)出之前收到前一個被反射回的脈沖。鑒于光速是已知的，傳播時間即可被轉換為對距離的測量。結合激光器的高度，激光掃描角度，從GPS得到的激光器的位置和從INS得到的激光發(fā)射方向，就可以準確地計算出每一個地面光斑的坐標X，Y，Z。激光束發(fā)射的頻率可以從每秒幾個脈沖到每秒幾萬個脈沖。舉例而言，一個頻率為每秒一萬次脈沖的系統(tǒng)，接收器將會在一分鐘內記錄六十萬個點。一般而言，LIDAR系統(tǒng)的地面光斑間距在2-4m不等。激光雷達的作用是能精確測量目標位置(距離和角度)、運動狀態(tài)(速度、振動和姿態(tài))和形狀，探測、識別、分辨和跟蹤目標。經(jīng)過多年努力，科學家們已研制出火控激光雷達、偵測激光雷達、導彈制導激光雷達、靶場測量激光雷達、導航激光雷達等。
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