【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 5

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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。

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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。

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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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