激光雷达原理及应用.docx

激光雷达原理及应用 激光雷达是集激光、全球定位系统（GPS）和惯性测量装置（IMU）三种技术于一身的系统，用于获得数据并生成精确的数字高程模型（DEM）。激光雷达的最大优势是“精准”和“快速、高效作业”，它是一种用于精确获得三维位置信息的传感器，在机器中的作用相当于人类的眼睛，能够确定物体的位置、大小、外部形貌甚至材质。 激光雷达的工作原理是通过测量激光信号的时间差、相位差确定距离，通过水平旋转扫描或相控扫描测角度，并根据这两个数据建立二维的极坐标系，然后通过获取不同俯仰角度的信号获得第三维的高度信息。高频激光可在一秒内获取大量（106-107数量级）的位置点信息（称为点云），并根据这些信息进行三维建模。 激光雷达的技术原理与雷达原理相似，使用的技术是飞行时间（TOF，Time of Flight）。具体而言，就是根据激光遇到障碍物后的折返时间，计算目标与自己的相对距离。激光光束可以准确测量视场中物体轮廓边沿与设备间的相对距离，这些轮廓信息组成所谓的点云并绘制出 3D 环境地图，精度可达到厘米级别，从而提高测量精度。 激光雷达探测系统框图包括测量距离、测量精度、测量速度、角度分辨率、点云密度等关键技术指标。实际应用中还需要硬件电路、精密光学、核心算法、产品工艺四大核心技术平台提供协助。激光雷达进行环境探测和重建的一个重要指标是点云数据密度，该指标性能越高，所探测到的细节参数越多，环境重建的精细度也越高。 激光雷达的特点包括： （1）数据密度大激光波束窄，探测次数多，因而采集数据量更大。 （2）数据精度高由于激光波长短、频率高，可以使激光雷达达到极高的测量精度。 （3）植被穿透能力强激光在植被中传播时，可以在树冠、树枝、地面等多个高程发生反射，从而得到多次回波数，这是其他雷达所不具备的优势。 （4）不受太阳高度角和阴影影响激光雷达为主动测量式雷达，不依赖自然光，因而与传统方式相比，其获取数据的精度不受时间、太阳高度角和地物阴影的限制和影响，可以二十四小时全地形作业。 （5）隐蔽性好、抗干扰能力强激光传播方向性好、波束窄，只在传播路径上存在，难以发现和截获。 （6）体积小、重量轻、作业效率高激光雷达发射口径只有几厘米，重量轻便、体积小，易于携带和安装。 激光雷达技术具有很高的应用价值和实用性，它可以广泛应用于遥感探测、机器人导航、自动驾驶、地图绘制、环境监测等领域。