激光雷达成像分析和应用研究
2023-08-08 07:08
论文总字数：5359字
摘 要
该文叙述了激光雷达的发明与发展。激光雷达是激光技术、雷达技术、光学扫描技术及多种综合新技术产物。经过多年的研究，激光雷达有着长足的发展和不可代替的作用，在军事，民用，探测方面有着较以往仪器更加方面快捷的优势。关键词：激光雷达 激光技术 雷达技术 激光雷达的应用
Abstract：The paper describes the invention and development of Lidar. Lidar is the product of laser technology, radar technology, optical scanning and control technology, high sensitivity detection technology and high speed computer processing technology. After many years of research, the application of Lidar is very extensive. It has been developed from ground to air, from air to space, from land to sea, from sea to water, and has involved many subject areas. It has incomparable advantages of conventional radar, and has a wide application prospect in both military and civil applications.
Keywords：Laser radar, laser technology, radar technology, optical scanning and control technology, high sensitivity detection technology and high-speed computer processing technology.
目 录
- 引言……………………………………………………………………………5
- 激光雷达 ……………………………………………………………………6
2.1 什么是激光雷达 ……………………………………………………………6
2.2 激光雷达的组成 ……………………………………………………………6
2.3 激光雷达工作原理 …………………………………………………………6
3. 激光雷达成像 ………………………………………………………………7
3.1 激光雷达成像原理 ……………………………………………………7
4. 雷达应用 ……………………………………………………………8 4.1 无人驾驶领域 ……………………………………………………………11
4.2 机器人领域 ………………………………………………………………… 12
4.3 军事领域 ……………………………………………………………………12
4.4 环境科学领域 ………………………………………………………………… 13
4.5 生物科学和考古研究领域…………………………………………………………14
结论 …………………………………………………………………………15
参考文献 ……………………………………………………………………… 16
致谢 …………………………………………………………………………… 17
1.引言：激光是20世纪人类又一项伟大的发明。原子经过受激辐射，发射出光子，故名“激光”。激光的运用十分广泛，其中激光雷达有着至关重要的地位。激光雷达通过放射出激光，碰到物体返回，由接收器接受激光并进行数据分析，从而对目标的速度，方向等特征有所判别。激光雷达在考古，环境科学，汽车领域，军事领域有着不可代替的作用。
2.激光雷达:
2.1什么是激光雷达：
激光雷达放射出激光，碰到物体原路返回，由接收器接受激光并分析，从而对目标的速度，方向有所判别。
2.2激光雷达的组成：
激光雷达发射出的光为激光。它由激光发射机、光学接收机、转台和信息处理系统等组成，激光器激光发射出去，光接收机再把从目标反射回来的激光信号转变为电信号，送到显示器。
2.3激光雷达的工作原理：
激光雷达放射出激光，碰到物体原路返回，由接收器接受激光并分析，从而对目标的速度，方向有所判别。
- 激光雷达成像
3.1激光雷达成像原理
3.1.1激光雷达扫描成像：
扫描成像激光雷达最为成熟的是LiDAR系统。使用的是单元探测器，每一次测量只接受一个像素的数据，通过平台运动和扫描实现一定的探测范围成像。机载LiDAR系统一般采用脉冲激光体质，要求激光的重复频率高，单脉冲能量大。
3.1.2激光雷达凝视成像：
雷达需要控制发射激光，让激光覆盖整个成像区域，通过面阵探测器接收回波，通过调制解调手段实行并行测距，得到目标三维图像。基于面阵探测器的凝视成像激光雷达与激光测距仪类似，基本测量原理是测量光子从激光器发出到反射回探测器的时间。通常采用两种方法：
- 采用连续光源，对光强施加调制，光子飞行时便编码为相位信息，然后在接收端对相位进行解调得到光子飞行时间。
- 采用脉冲光调制，通过测量光脉冲的往返的时间的得到光子的飞行时间。
3.1.3合成孔径激光雷达：
其原理与微波合成孔径雷达相类似，采用了激光波段。发射出的信号为大时宽信号，为了得到较高的分辨率，对返回的信号进行压缩分析；同时利用雷达与目标之间的相对运动，记录雷达平台各个位置返回的信号，经过数据处理，得到一个虚拟的大孔径，获得高分辨率。
4.激光雷达的应用
4.1无人驾驶领域：
在今年，激光雷达在无人驾驶领域有这几个重要的方面：全景停车，自动导航，停车辅助。
4.1.1停车辅助：
汽车生产商在车身上安装摄像头，激光雷达传感器。通过他们来探测停车位置，并将四周环境传输到显示器上，从而使人们更方面的将汽车停到应该到的地方。
4.1.2全景泊车：
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