機(jī)器人遙感-----你所不知道的激光雷達(dá)技術(shù)

激光雷達(dá)在自動(dòng)駕駛和智能交通中發(fā)揮關(guān)鍵作用，實(shí)時(shí)感知道路上的障礙物、行人和車輛，并提供精確的距離和位置信息。在機(jī)器人導(dǎo)航和環(huán)境感知方面，激光雷達(dá)為機(jī)器人提供準(zhǔn)確的地圖和周圍環(huán)境信息。

1968年，George D Hickman發(fā)明了用于海洋地形測(cè)量的激光雷達(dá)。1969年，阿波羅 11號(hào)帶著用于地月測(cè)距（Lunar Ranging Experiment）的激光雷達(dá)設(shè)備登陸月球，人類第一次可以精確測(cè)量地球到月球的距離。

激光雷達(dá)由激光發(fā)射器、接收器和光電探測(cè)器、掃描機(jī)構(gòu)和角度解析等組件組成。激光發(fā)射器產(chǎn)生激光束，接收器和光電探測(cè)器接收反射光信號(hào)，掃描機(jī)構(gòu)用于掃描周圍環(huán)境，角度解析用于確定目標(biāo)物體的位置。

根據(jù)掃描方式，激光雷達(dá)從功能上會(huì)分為以下幾類：

旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)：旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)通過(guò)旋轉(zhuǎn)發(fā)射器或掃描機(jī)構(gòu)，將激光束在水平方向上進(jìn)行全方位掃描。

固態(tài)激光雷達(dá)：固態(tài)激光雷達(dá)使用固態(tài)激光發(fā)射器，不需要旋轉(zhuǎn)部件，分為閃光（Flash）式和光學(xué)相控陣式。

OPA(相控陣)式激光雷達(dá)是典型的“芯片式”激光雷達(dá)，具有體積小、功耗低、可靠性高等諸多優(yōu)勢(shì)。以波導(dǎo)型光學(xué)相控陣為例，其原理是通過(guò)控制不同波導(dǎo)之間的相位差改變衍射光干涉增強(qiáng)的方向，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)光束的轉(zhuǎn)向和掃描。相較于 Flash 式激光雷達(dá)，激光更集中于部分區(qū)域甚至一個(gè)“點(diǎn)”上，平均功率密度更高，探測(cè)距離更遠(yuǎn)，探測(cè)精度更高。

Flash 激光雷達(dá)（Flash LiDAR）：Flash 激光雷達(dá)使用一次性短暫的高功率激光脈沖，將整個(gè)場(chǎng)景一次性照亮，然后通過(guò)接收器陣列捕獲反射的光信號(hào)。Flash式激光雷達(dá)的原理類似于閃光式相機(jī)，在短時(shí)間內(nèi)向待測(cè)空間內(nèi)發(fā)射大面積的激光信號(hào)，并由靈敏度較高的探測(cè)器接收待測(cè)目標(biāo)反射的回波信號(hào)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)場(chǎng)景的成像。

激光雷達(dá)發(fā)射出光，會(huì)照射到物體的表面，當(dāng)激光雷達(dá)接收到物體反射回來(lái)的光的時(shí)候，就會(huì)在光照射到的位置標(biāo)記出物體的輪廓。

LIDAR測(cè)繪技術(shù)空載激光掃瞄技術(shù)的發(fā)展，源自1970年美國(guó)國(guó)家航空航天局的研發(fā)。因全球定位系統(tǒng)及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，使精確的即時(shí)定位及姿態(tài)確定成為可能。德國(guó)Stuttgart大學(xué)于1988到1993年間將激光掃描技術(shù)與即時(shí)定位定姿系統(tǒng)結(jié)合，形成空載激光掃描儀。（圖片摘自相關(guān)資料）