智聯(lián)網(wǎng)汽車技術(shù) 課件 4.4激光雷達(dá)

激光雷達(dá)項(xiàng)目二

汽車信息感知系統(tǒng)任務(wù)4環(huán)境感知技術(shù)

主講人：曾鑫智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)課程導(dǎo)入課程導(dǎo)入學(xué)習(xí)目標(biāo)理解激光雷達(dá)的定義和基本工作原理01掌握激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)及其安裝部位02了解激光雷達(dá)的發(fā)展趨勢(shì)和前景03激活舊知你們知道在無人駕駛汽車中，通常用什么雷達(dá)來獲得周圍環(huán)境的3D數(shù)據(jù)嗎？激光雷達(dá)探索新知激光雷達(dá)是利用激光技術(shù)進(jìn)行測(cè)距和定位的設(shè)備，以發(fā)射激光束來探測(cè)目標(biāo)的位置、速度等特征量的雷達(dá)系統(tǒng)，它向目標(biāo)發(fā)射探測(cè)信號(hào)（激光束），然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(hào)（目標(biāo)回波）與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行比較，作適當(dāng)處理后，就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息，如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)。激光雷達(dá)激光雷達(dá)的定義探索新知激光雷達(dá)的定義激光雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)分辨率高隱蔽性好抗干擾能力更強(qiáng)探索新知激光雷達(dá)的定義激光雷達(dá)工作原理紅色實(shí)線：表示激光灰色虛線：表示超出測(cè)量范圍紅色圓點(diǎn)：表示發(fā)射的激光束遇到障礙物之后形成的測(cè)量點(diǎn)探索新知激光雷達(dá)的定義激光雷達(dá)的優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)價(jià)格昂貴；受天氣影響；難以測(cè)量透明和亮面物體；視野有限；重量較大；不能準(zhǔn)確識(shí)別物體的顏色和種類；不能識(shí)別文字等信息。優(yōu)點(diǎn)激光雷達(dá)相比于其它傳感器，具有高精度、高速度、高準(zhǔn)確性、可視化程度高、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)，適用范圍廣泛。探索新知激光雷達(dá)安裝位置激光線束一般小于8，常見的有單線激光雷達(dá)和四線激光雷達(dá)。裝在四周的激光雷達(dá)激光線束一般不小于16，常見的有16、32、64線激光雷達(dá)。裝在車頂?shù)募す饫走_(dá)探索新知激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)組成激光雷達(dá)的構(gòu)成探索新知小貼士發(fā)射系統(tǒng)：由激光光源周期性發(fā)射激光脈沖；光電旋轉(zhuǎn)編碼器：控制發(fā)射激光的方向和線數(shù)；轉(zhuǎn)鏡：將激光發(fā)射至目標(biāo)物體；接收器：接收被測(cè)物體反射回來的激光，產(chǎn)生接收信號(hào)；信號(hào)處理系統(tǒng)：接收信號(hào)經(jīng)過放大處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換。激光雷達(dá)各組成的主要功能探索新知激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)組成激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)工作原理發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射的激光是不連續(xù)的，是以脈沖形式發(fā)送，發(fā)射系統(tǒng)在一秒鐘內(nèi)產(chǎn)生的脈沖個(gè)數(shù)稱為脈沖重復(fù)頻率（PRF）。發(fā)射系統(tǒng)探索新知激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)組成激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)工作原理發(fā)射器的重頻越高，單位時(shí)間內(nèi)呈現(xiàn)在激光雷達(dá)上的點(diǎn)數(shù)就越多，所以也稱為激光雷達(dá)的發(fā)射點(diǎn)頻。激光雷達(dá)每秒發(fā)射的點(diǎn)數(shù)一般從幾萬(wàn)點(diǎn)至幾十萬(wàn)點(diǎn)左右，點(diǎn)數(shù)越多，越容易識(shí)別物體的特性。發(fā)射系統(tǒng)激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)組成接收光學(xué)系統(tǒng)光電探測(cè)器回波檢測(cè)處理電路激光雷達(dá)的接收單元探索新知探索新知激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)組成激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)工作原理激光器發(fā)射的激光照射到障礙物以后，通過障礙物的反射，會(huì)經(jīng)由鏡頭組匯聚到接收器上。其功能是完成信號(hào)能量匯聚、濾波、光電轉(zhuǎn)變、放大和檢測(cè)等。接收系統(tǒng)探索新知激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)組成激光雷達(dá)發(fā)射系統(tǒng)工作原理信號(hào)處理系統(tǒng)的任務(wù)是既要完成對(duì)各傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、激光器、掃描機(jī)構(gòu)及各信號(hào)處理電路的同步協(xié)調(diào)與控制，又要對(duì)接收器送出的信號(hào)進(jìn)行處理，根據(jù)這些信息計(jì)算出目標(biāo)物體的距離信息。信號(hào)處理系統(tǒng)探索新知激光雷達(dá)的工作原理激光雷達(dá)工作原理探索新知激光雷達(dá)的工作原理單線激光雷達(dá)接收畫面探索新知激光雷達(dá)的工作原理64線激光雷達(dá)光束分布探索新知激光雷達(dá)的工作原理激光雷達(dá)測(cè)距原理a)脈沖法b)相位法激光雷達(dá)的測(cè)距原理是通過測(cè)算激光發(fā)射信號(hào)與激光回波信號(hào)的往返時(shí)間，從而計(jì)算出目標(biāo)的距離。首先雷達(dá)發(fā)出激光束，激光束碰到障礙物后被反射回來，接收系統(tǒng)進(jìn)行接收和處理、從而得知激光從發(fā)朝至被反射回來并接收之間的時(shí)間，即激光的飛行時(shí)間、根據(jù)飛行時(shí)間，可以計(jì)算出障礙物的距離。根據(jù)所發(fā)射激光信號(hào)的不同形式，激光測(cè)距方式可分為脈沖法激光測(cè)距和相位法激光測(cè)距兩大類。S為待測(cè)距離，c為光在空氣中傳播的速度。C=3x108m/s；T為激光脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間，為發(fā)射波和返回波之間的相位差，f為正弦波頻率。測(cè)距原理探索新知激光雷達(dá)的工作原理脈沖法的原理是激光雷達(dá)的發(fā)射器發(fā)出脈沖激光，脈沖激光照射到障礙物后會(huì)有部分激光反射回來，由激光雷達(dá)的接收器接收，同時(shí)激光雷達(dá)內(nèi)部可以記錄發(fā)射和接收的飛行時(shí)間間隔，根據(jù)光速可以計(jì)算出要測(cè)量的距離。脈沖法激光測(cè)距探索新知激光雷達(dá)的工作原理相位法的原理是由激光發(fā)射器發(fā)出強(qiáng)度調(diào)制的連續(xù)激光信號(hào)，激光照射到障礙物后反射回來，測(cè)量光束在往返中會(huì)產(chǎn)生相位的變化，通過計(jì)算激光信號(hào)在雷達(dá)與障礙物之間來回飛行產(chǎn)生的相位差，即可換算出障礙物的距離。相位法激光測(cè)距測(cè)速原理多普勒頻移目標(biāo)與激光雷達(dá)之間存在相對(duì)速度時(shí)，接收回波信號(hào)的頻率與發(fā)射信號(hào)的頻率之間會(huì)產(chǎn)生一個(gè)頻率差，相對(duì)速度越高，頻率差越大。激光雷達(dá)的測(cè)距原理以一定時(shí)間間隔連續(xù)測(cè)量目標(biāo)距離，用兩次目標(biāo)距離的差值除以時(shí)間間隔就可得知目標(biāo)的速度值，速度的方向根據(jù)距離差值的正負(fù)就可以確定。探索新知激光雷達(dá)的工作原理探索新知激光雷達(dá)的未來發(fā)展趨勢(shì)01技術(shù)指標(biāo)提升02全固態(tài)是車用激光雷達(dá)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)03未來的車用激光雷達(dá)須具備小型化和輕量化的特點(diǎn)04環(huán)境適應(yīng)和抗干擾能力是未來激光雷