激光雷達基本的工作原理與無線電雷達沒有區(qū)別,即由雷達發(fā)射系統(tǒng)發(fā)送一個信號,,經(jīng)目標(biāo)反射后被接收系統(tǒng)收集,,通過測量反射光的運行時間而確定目標(biāo)的距離,。
至于目標(biāo)的徑向速度,可以由反射光的多普勒頻移來確定,,也可以測量兩個或多個距離,,并計算其變化率而求得速度,這是,、也是直接探測型雷達的基本工作原理,。
激光雷達的優(yōu)點:
1、分辨率高
激光雷達可以獲得高的角度,、距離和速度分辨率,。
通常角分辨率不低于0.1mard也是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個目標(biāo)(這是微波雷達無論如何也辦不到的),并可同時跟蹤多個目標(biāo),;距離分辨率可達0.lm,;速度分辨率能達到10m/s以內(nèi)。
距離和速度分辨率高,,意味著可以利用距離——多譜勒成像技術(shù)來獲得目標(biāo)的清晰圖像,。
分辨率高,是激光雷達的顯著的優(yōu)點,,其多數(shù)應(yīng)用都是基于此,。
2、隱蔽性好,、抗有源干擾能力強
激光直線傳播,、方向性好、光束非常窄,,只有在其傳播路徑上才能接收到,,因此敵方截獲非常困難,且激光雷達的發(fā)射系統(tǒng)(發(fā)射望遠鏡)口徑很小,,可接收區(qū)域窄,,有意發(fā)射的激光干擾信號進入接收機的概率低;另外,,與微波雷達易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同,,自然界中能對激光雷達起干擾作用的信號源不多,因此激光雷達抗有源干擾的能力很強,,適于工作在日益復(fù)雜和激烈的信息戰(zhàn)環(huán)境中,。
3、低空探測性能好
微波雷達由于存在各種地物回波的影響,,低空存在有一定區(qū)域的盲區(qū)(無法探測的區(qū)域),。
而對于激光雷達來說,只有被照射的目標(biāo)才會產(chǎn)生反射,完全不存在地物回波的影響,,因此可以“零高度”工作,,低空探測性能較微波雷達強了許多。
4,、體積小,、質(zhì)量輕
通常普通微波雷達的體積龐大,整套系統(tǒng)質(zhì)量數(shù)以噸記,,光天線口徑達幾米甚至幾十米,。
而激光雷達要輕便、靈巧得多,,發(fā)射望遠鏡的口徑一般只有厘米級,,整套系統(tǒng)的質(zhì)量小的只有幾十公斤,架設(shè),、拆收都很簡便,。
而且激光雷達的結(jié)構(gòu)相對簡單,,維修方便,,操縱容易,價格也較低,。
激光雷達的障礙物檢測流程一般如下:
1,、 考慮到車上有多個傳感器共同作業(yè),需要對輸入的激光點云做時間同步和外參標(biāo)定,。
2,、考慮到激光雷達的采樣噪聲和點云數(shù)據(jù)量大的問題,需要對點云做預(yù)處理,,減少數(shù)據(jù)量,,剔除噪聲點。
3,、每幀點云數(shù)據(jù)中包含了大量的地面點,,檢測的目的是獲取道路障礙物信息,需要進一步分割出地面上的點云,。
4,、地面上的障礙物點通常采用無監(jiān)督的聚類算法形成多個團簇,每個團簇則表示一個障礙物,。
5,、針對團簇的物體識別可以根據(jù)任務(wù)需求而定,如果需要類別信息,,可以采用特征提取+分類器的方式分類障礙物,。
6、對每一塊團簇做包圍框擬合,計算障礙物屬性,,比如中心點,,質(zhì)心點,長寬高等,。
7,、對每一個障礙物構(gòu)建一個濾波器做跟蹤,平滑輸出,。
汽車使用的雷達主要有三種:
1,、超聲波雷達:這是一種很常見的傳感器,主要用于短距離障礙物探測,,比如倒車?yán)走_,,平時倒車時發(fā)出的滴滴聲,是超聲波雷達給出的反饋,。
它的優(yōu)點是成本低,,測距方法簡單,適合短距離測量,。
2,、毫米波雷達:工作原理和超聲波雷達類似,但它更進了一步,,多用于測距離,、速度和方位。
優(yōu)點是分辨率高,,反應(yīng)速度敏捷,,不受天氣影響,能夠穿透霧,、煙,、灰塵等,測量距離更遠,,一般在150-250米之間,。
3、激光雷達:優(yōu)點是探測范圍廣,,獲取距離和位置的精度更高,,能生成三維的位置信息,快速確定目標(biāo)的位置,、大小,、外貌和材質(zhì),在遠,、小障礙物,、近距離加塞等場景有優(yōu)勢,。
現(xiàn)代激光技術(shù)、探測技術(shù)和計算機技術(shù)確保激光雷達實現(xiàn)自動連續(xù)觀測,,獲取大氣性質(zhì)實時變化,。
通過探測激光與大氣中各種分子和大氣氣溶膠等介質(zhì)相互作用的輻射信號來反演大氣性質(zhì),其測量原理涉及激光輻射與大氣介質(zhì)間相互作所產(chǎn)生的各種物理過程,。
按照不同原理區(qū)分,,有差分吸收雷達、米散射雷達,、拉曼雷達等等,,激光雷達測量大氣參數(shù)包括:氣溶膠和云(能見度,不同波長散射和消光特性,,偏振特性,,整層光學(xué)厚度和大氣透過率等),溫度,、密度(氣壓),、濕度(水汽含量),痕量氣體含量( SO2,、 O3,、CO2 、NOx,、CH4),, 風(fēng)場等,。
隨著激光雷達技術(shù)的不斷發(fā)展,,它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大氣、環(huán)境,、氣象,、空間、遙感等眾多領(lǐng)域,。
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