讓邊肖猜猜

肯定有邊肖這樣的小伙伴。

喜歡在路上低頭玩手機(jī)。

然后不小心

......

邊肖哭著跑回家。

求你了，哆啦a夢(mèng)

然后...

哆啦a夢(mèng)外賣

太棒了~，邊肖正打算用秘密道具引導(dǎo)天使們出去玩。

哆啦a夢(mèng)說

嘿，等一下。

你知道天使是如何保護(hù)你的嗎。

你手里拿著的其實(shí)是~

激光雷達(dá)

激光雷達(dá)是傳統(tǒng)雷達(dá)和激光技術(shù)的結(jié)合它是一種以激光束為信息載體，可以攜帶相位，頻率，極化，幅度等信息的主動(dòng)雷達(dá)

由于激光具有高亮度，高方向性，高單色性和高相干性的特點(diǎn)，激光雷達(dá)可以精確地測(cè)量距離，速度和航跡，還具有較高的角度分辨率，速度分辨率和距離分辨率它還能對(duì)更小尺度的目標(biāo)產(chǎn)生回波信號(hào)，在探測(cè)小顆粒方面有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)

它配備了激光雷達(dá)，那么它是如何工作的呢。

工作原理三角測(cè)距

激光器發(fā)射一束激光，遇到物體后反射回探測(cè)器激光器和探測(cè)器之間的距離是固定的對(duì)于不同距離的物體，反射光會(huì)落在探測(cè)器的不同位置通過反射光斑位置與物體距離的三角函數(shù)關(guān)系，可以得到物體的位置信息

根據(jù)示意圖可以看出，基線長度S，與發(fā)射機(jī)激光軸的夾角為β，被觀察物體與基線的距離為Q，鏡頭與CCD芯片的焦距為F，CCD的中點(diǎn)為O，反射光軸在CCD上的投影點(diǎn)與O的距離為x .根據(jù)三角形相似度:

根據(jù)三角函數(shù)關(guān)系:

從而獲得物體的距離d。

飛行時(shí)間

激光器在t1發(fā)射激光脈沖，該激光脈沖被物體反射并在t2被接收器接收。一般情況下，光速在空氣中基本不變，物體的距離D可以由激光束的飛行時(shí)間t1—t2和光速C得到:

相干檢測(cè)方法

以調(diào)頻連續(xù)波FMCW為例，激光器發(fā)射的是具有一定帶寬和線性頻率變化的連續(xù)信號(hào)通過發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)的差頻計(jì)算出兩個(gè)信號(hào)的時(shí)間差，最后從時(shí)間差得到相應(yīng)的距離值如果被檢測(cè)物體在運(yùn)動(dòng)，反射信號(hào)會(huì)發(fā)生頻率或波長的變化，利用多普勒效應(yīng)可以得到被檢測(cè)物體的速度

那么什么是多普勒效應(yīng)呢。

當(dāng)振動(dòng)波源相對(duì)于觀測(cè)者運(yùn)動(dòng)時(shí)，觀測(cè)者實(shí)際接收到的頻率相對(duì)于阿波羅源的實(shí)際頻率f發(fā)生變化。

物體接收到的實(shí)際頻率f '為:

v是波在介質(zhì)中的傳播速度，

0是觀察者相對(duì)于介質(zhì)的移動(dòng)速度，如果靠近發(fā)射源，前面操作符號(hào)為+，否則為+，

Vs是發(fā)射源相對(duì)于介質(zhì)的移動(dòng)速度如果靠近觀察者，前面的運(yùn)算符號(hào)是一個(gè)符號(hào)，否則是一個(gè)+符號(hào)

如果波源發(fā)射電磁波，接收頻率f '為:

其中v是波源和接收器的相對(duì)速度當(dāng)波源靠近觀察者時(shí)，V為正，稱為紫移或藍(lán)移，否則v為負(fù)，稱為紅移

看著公式，你迷茫了嗎。這時(shí)候你只需要拿出手機(jī)，放一段音樂，然后快速晃動(dòng)，就能感受到因多普勒效應(yīng)而變化的音樂聲音！

好吧，回到正題如下圖所示，激光器發(fā)出連續(xù)信號(hào)ft

當(dāng)雷達(dá)和物體相對(duì)靜止時(shí)，反射回探測(cè)器的信號(hào)fr在時(shí)間上延遲td。

根據(jù)圖中的幾何關(guān)系

與雷達(dá)目標(biāo)的距離為

當(dāng)發(fā)射的連續(xù)信號(hào)是確定的波形時(shí)，可以通過差頻信號(hào)fb獲得物體的位置信息。

當(dāng)物體相對(duì)于雷達(dá)移動(dòng)時(shí)，由于多普勒效應(yīng)，反射回探測(cè)器的信號(hào)頻率會(huì)發(fā)生變化。多普勒頻移為:

其中f0是發(fā)射信號(hào)中心頻率。

此時(shí)，兩個(gè)不同高度的差頻出現(xiàn)在信號(hào)的上升沿和下降沿:

與雷達(dá)目標(biāo)的距離為:

物體的速度是:

所以可以通過高低拍頻來計(jì)算距離和速度。

但是日常生活中使用的激光筆發(fā)出的光束非常細(xì)，那么激光雷達(dá)如何探測(cè)不同方向的物體呢。指導(dǎo)天使好像不太靠譜~

激光雷達(dá)內(nèi)置掃描系統(tǒng)，360度無死角保護(hù)你。

掃描模式機(jī)械旋轉(zhuǎn)掃描

說到掃描，你首先想到的一定是機(jī)械掃描只需要機(jī)械旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)射器掃描就可以探測(cè)到各個(gè)方向的物體

該方法具有掃描速度快，抗干擾能力強(qiáng)，激光功率高等優(yōu)點(diǎn)但是機(jī)械結(jié)構(gòu)的加入，使得激光器變得又大又重，高速旋轉(zhuǎn)下的部件非常容易磨損，需要定期維護(hù)買這種道具，我需要每隔2~3個(gè)月回22世紀(jì)保養(yǎng)一次

微機(jī)電系統(tǒng)

MEMS激光雷達(dá)將機(jī)械結(jié)構(gòu)集成在一個(gè)小小的硅基芯片上，通過微振鏡改變單個(gè)發(fā)射器的發(fā)射角度，從而偏轉(zhuǎn)激光束，將點(diǎn)光源掃入有限的區(qū)域這種技術(shù)可以將振動(dòng)和折射元件集成到芯片中，減小掃描元件的體積和重量，便于量產(chǎn)，但并沒有完全取消機(jī)械結(jié)構(gòu)

這種技術(shù)的缺點(diǎn)是振鏡的尺寸和材質(zhì)對(duì)激光功率有一定的限制，掃描水平視場(chǎng)角小，無法全方位360度掃描，需要組合使用。

光學(xué)相控陣運(yùn)算放大器

相長干涉

同一個(gè)光束通過分束器分成多個(gè)光信號(hào)，當(dāng)每個(gè)光信號(hào)相位差為0時(shí)，光束向前傳播的幅度最大，因此不會(huì)發(fā)生光束偏轉(zhuǎn)。

每個(gè)光信號(hào)的相位差相加后，此時(shí)的等相位平面不再垂直于波導(dǎo)方向，而是有一定的偏轉(zhuǎn)滿足等相位關(guān)系的光束將是相干的和相長的，不滿足等相位條件的光束將相互抵消，因此光束的方向總是垂直于等相位平面

如圖所示，假設(shè)相鄰波導(dǎo)之間的距離為D，則相鄰波導(dǎo)輸出到等相位平面的光束的光程差為

其中θ代表梁的偏轉(zhuǎn)角。由于該光程差是由陣列元件的相位差引起的，因此

因此，在陣元中引入相位差，完成波束偏轉(zhuǎn)效果，這就是一維相控陣的掃描原理。

這種掃描方式完全取消了機(jī)械結(jié)構(gòu)，不同相位和角度的光束都可以對(duì)物體進(jìn)行掃描，不需要采用物理掃描方式可是，它也有它的缺點(diǎn)多光束激光干涉容易形成旁瓣，影響光束的工作距離和角分辨率，使激光能量分散而且加工難度非常高:光學(xué)相控陣要求陣列單元尺寸小于半個(gè)波長

閃光燈閃光

上述激光雷達(dá)為逐點(diǎn)掃描式，單次發(fā)射只探測(cè)某個(gè)方向，而閃光激光雷達(dá)的單次探測(cè)可以覆蓋視角內(nèi)的所有方向，從而一次性實(shí)現(xiàn)全局成像，完成對(duì)周圍環(huán)境的探測(cè)。

使用類似照相機(jī)的工作模式，每個(gè)像素可以記錄光子飛行時(shí)間信息發(fā)射的面陣激光照射目標(biāo)由于物體具有三維空間屬性，從不同部位反射的光有不同的飛行時(shí)間，由焦平面探測(cè)器陣列探測(cè)，根據(jù)不同的飛行時(shí)間繪制圖像

該激光雷達(dá)具有無掃描裝置，成像速度快，集成度高，體積小的優(yōu)點(diǎn)，適合大規(guī)模生產(chǎn)同時(shí)，其探測(cè)距離近，抗干擾能力差，角分辨率低

我不干了。

啊~這個(gè)道具太方便了。

指引天使的祝福。

今天在家真的很安全！

參考資料:

李新輝，郭鵬，臧琛，等激光雷達(dá)技術(shù)的研究現(xiàn)狀及應(yīng)用汽車電器，2019 :3

文深諳激光雷達(dá)的原理！_自動(dòng)駕駛的心臟博客—CSDN博客

FMCW激光雷達(dá)_Lightigo的博客—CSDN博客_fmcw雷達(dá)

免責(zé)聲明：此文內(nèi)容為本網(wǎng)站轉(zhuǎn)載企業(yè)宣傳資訊，僅代表作者個(gè)人觀點(diǎn)，與本網(wǎng)無關(guān)。僅供讀者參考，并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。