【技术原理】激光雷达基础原理：从入门到初步了解

2025-04-11 16:20:16 manager 4

什么是激光雷达？

激光雷达（LiDAR，Light Detection and Ranging）是一种通过发射激光束探测目标位置、速度等信息的传感器。它的原理类似于传统雷达，但采用光学信号代替无线电波。激光雷达通过多维度数据融合，输出精确的三维环境信息，为自动驾驶和测绘等应用提供支持。

激光雷达如何工作？

首先，我们需要明确，激光雷达并不是独立运作的，一般是由激光发射器、接收器和惯性定位导航三个主要模块组成。其简要工作流程如下：

发射与接收激光：

激光雷达向周围环境发射短脉冲激光（通常为红外光）。激光遇到物体后反射，被接收器捕捉。

距离计算（两种主流测距技术）：

- ToF（飞行时间法）：直接测量激光发射与返回的时间差，结合光速计算距离（公式：距离 = 光速 × 时间差 / 2），技术成熟、成本低，广泛应用于车载雷达。

- FMCW（调频连续波）：通过频率变化间接测距，能直接获取目标速度，抗干扰强，但技术难度较高。

构建三维点云地图：

结合激光扫描角度、时间戳、GPS位置和INS姿态数据，将局部坐标系下的点云转换到全局坐标系中。将处理后的点云数据叠加，生成包含距离、反射强度、空间坐标的三维地图，为自动驾驶路径规划或测绘提供基础。

实时GPS与惯性导航有什么作用？

实时GPS：提供全局绝对位置信息（如经纬度、海拔）。

惯性导航系统（INS）：载体运动过程中，激光雷达自身会随之振动或转向。INS通过加速度计和陀螺仪，高频（可达1000Hz）测量载体的实时姿态（航向角、俯仰角、横滚角）和运动状态（加速度、角速度），实时提供姿态变化数据，用于校正点云的倾斜、旋转，避免“拖影”现象。

将GPS的绝对定位与INS的高频姿态数据融合，既能提供长期稳定的全局坐标，又能实现短时高精度的运动追踪，确保动态场景下的定位连续性。

实时GPS与惯性导航是激光雷达系统的“时空标尺”，确保动态场景下的点云数据既准（位置精确）又稳（连续可靠）。

下期我们将深入解析激光发射器与接收器的核心作用——如何用一束光“看清”世界！

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