激光雷达综述

《激光雷达综述》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、敖光番达技术及其应用综述激光雷达(LIDAR-LightDetectedAndRanging)是一套复杂的光机系统，它结合了光源、光电探测等技术，有时还包括计算机图象处理技术，能够同时获得方位、俯仰角度、距离、强度等信息，特别适合用于森林结构的估计、城市建设、工业、农业、航空航天等领域U］。一个典型的激光雷达结构示意图，如图1所示。激光雷达是一种主动式遥感探测设备，从工作原理來说，它只是把传统微波雷达的光源变成了激光：向被测目标发射激光信号，然后接收反射回来的信号、并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。激光雷达不同于机器视觉技术

2、，使用的是更为精确的激光光源和光电传感器，而机器视觉多是使用普通相机摄像头探测和CCD或CMOS作为图像传感器。激光雷达可以实现较大测量范围内的3D立体探测，但易受环境天气因素影响；使用微波(毫米波)雷达的机器视觉探测技术，立体测量范围有限、精度不高，但抗干扰性强、测量距离远。Z1光源技术激光雷达系统中使用的光源，目前主要是0)2激光器，半导体激光器(LD)和以Nd:YAG为主的固体激光器。较远测程(数百米以上)的二极管激光成像雷达对其辐射源的要求，一是具有足够高的输出功率，二是具有足够窄的发射波束。0前商品化的二极管激光器姐可分别达到10W的平均功

3、率和衍射极限的波束质量，但同一器件却难以同时满足这两项要求。一种可能的途径是采用面发射分布反馈(SEDFB)的二极管激光器阵列和微光学(MOC)准直技术。一个40阵列，采用微透镜组1.3cmxiOcm孔径，得到0.5〜0.75mrad发散度的10W连续输出功率。当然，为了实现这样的准直效果，必须对微光学系统进行精心设计加工，使其达到1um的绝对准直精度，采用激光辅助化学腐蚀工艺制造微光学系统，可以满足这一要求。在具体设计时，必须对孔径尺寸，波朿发散度和输出功率进行合理的折衷t2］。2.2传感器的选择如果说激光源是激光雷达的“发射机”，那么光电探测器就

4、是“接收机”。类似雷达系统的接收机，光电探测器可选择如光电倍增管、半导体光电二极管、雪崩光电二极管(APD)、红外和可见光多元探测器件等［3］。从激光源发射的脉冲只有小部分光子到达了光电探测器的有源探测区域［4)。若大气衰减不会随着脉冲路径发生变化，则激光的光朿发散角可忽略不计，照明点小于目标，入射角度为零，反射为完全漫反射，那么脉冲光接收的峰伉功率P(R)为：exp(-2yR)其中，P。为发射激光脉冲的光峰值功率，p为FI标反射率，A。为接收器的孔径面积，n。为探测光的光谱透射，丫为大气袞减系数。上述方程表明，随着距离K的增加，接收功率迅速降低，当

5、然这是显而易见的。而大气衰减主要是由于空气中的“瑞利散射”，由于它与波长的4次方成反比，所以大多数激光雷达传感器的接受光谱范围都处在近红外区。目前主流激光雷达供应商采用的也是1550nm波段的激光源。三、激光雷达的主要实现方法激光雷达目前尤以在汽车无人驾驶领域的应用最为引人关注。智能汽车的激光雷达测距壁障系统，是精确还原汽车周围的360°x20°的3D地阁，需用光栅扫描单个或多个激光光束，或对场景进行光覆盖并收集点华标数据。前-•种方法被称为扫描式LiDAR，而后者是Flash面阵式LiDARo3.1扫描式LiDAR①以Velodyne公司为例，安装

6、在车顶的激光雷达平台以每分钟300〜900转的速度旋转，同时从64颗905nm激光二极管发出脉冲。每个光束都有一颗专用雪崩光电二极管(APD)检测器。类似的方法是使用旋转多画镜，在不同方位和下倾角度，以略微不同的倾斜角度来控制单朿脉冲。在恶劣且复杂的驾驶环境中，这两个设计中的运动部件都喑藏着失败的风险。②基于微机电系统(MEMS),整套系统只需一个很小的反射镜就能引导固定的激光束射向不同方肉。由于反射镜很小，因此其惯性力矩并不大，可以快速移动，速度快到可以在不到一秒时间里跟踪到2D扫描模式。MEMS激光雷达的一火优势是传感器可以动态调整自己的扫描模式

7、，以此来聚焦特殊物体，采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别，这是传统机械激光雷达无法实现的。③激光雷达采用相控阵(OPA)没计，它搭载的一排发射器*4以通过调整信号的相对相位来改变激光來的发射方肉。如果发射器同步发射激光，激光则会射肉同一个方肉。不过，如果左侧发射器相位处在右侧之后，激光则会发射向左边，向右发射同理［5］。相控阵LiDAR工作原理里然OPA原理简单易懂，但相控阵激光雷达0前应用仍然没有机械式和MEMS激光雷达广泛，还有很大的上升和改进空间。3.2面阵式LiDAR多來密集的激光束直接14各个方14漫射，因此只要一次快闪就能照亮整个场

8、景。它运行起来更像摄像头16］。随后，系统会利用微型传感器阵列采集不同方句反射回来的激光來。FlashLiD