激光雷达(Laser Radar )
也称光学雷达(LIght Detection And Ranging)是激光探测与测距系统的简称,它通过测定传感器发射器与目标物体之间的传播距离,分析目标物体表面的反射能量大小、反射波谱的幅度、频率和相位等信息,从而呈现出目标物精确的三维结构信息。
自上世纪60年代激光被发明不久,激光雷达就大规模发展起来。目前激光雷达厂商主要使用波长为 905nm 和 1550nm 的激光发射器,波长为 1550nm 的光线不容易在人眼液体中传输,这意味着采用波长为 1550nm 激光的激光雷达的功率可以相当高,而不会造成视网膜损伤。更高的功率,意味着更远的探测距离,更长的波长,意味着更容易穿透粉尘雾霾。但受制于成本原因,生产波长为1550纳米的激光雷达,要求使用昂贵的砷化镓材料。厂商更多选择使用硅材料制造接近于可见光波长的 905nm 的激光雷达,并严格限制发射器的功率,避免造成眼睛的永久性损伤。
而测距原理上目前主要以飞行时间(time of flight)法为主,利用发射器发射的脉冲信号和接收器接受到的反射脉冲信号的时间间隔来计算和目标物体的距离。也有使用相干法,即为调频连续波(FMCW)激光雷达发射一束连续的光束,频率随时间稳定地发生变化。由于源光束的频率在不断变化,光束传输距离的差异会导致频率的差异,将回波信号与本振信号混频并经低通滤波后,得到的差频信号是光束往返时间的函数。调频连续波激光雷达不会受到其他激光雷达或太阳光的干扰且无测距盲区;还可以利用多普勒频移测量物体的速度和距离。调频延续波 LiDAR 概念并不新颖,但是面对的技术挑战不少,例如发射激光的线宽限制、线性调频脉冲的频率范围、线性脉冲频率变化的线性度,以及单个线性调频脉冲的可复制性等。
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