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一文详解激光雷达的7大分类

导读
激光雷达是集激光、全球定位系统（GPS）、和IMU（惯性丈量安装）三种技术于一身的系统，相比普通雷达，激光雷达具有分辨率高，荫蔽性好、抗干扰才能更强等优势。随着科技的不时开展，激光雷达的应用越来越普遍，在机器人、无人驾驶、无人车等范畴都能看到它的身影，有需求必然会有市场，随着激光雷达需求的不时增大，激光雷达的品种也变得美不胜收，依照运用功用、探测方式、载荷平台等激光雷达可分为不同的类型。

激光雷达分类图

激光雷达按功用分类
激光测距雷达
激光测距雷达是经过对被测物体发射激光光束，并接纳该激光光束的反射波，记载该时间差，来肯定被测物体与测试点的间隔。传统上，激光雷达可用于工业的安全检测范畴，如科幻片中看到的激光墙，当有人闯入时，系统会立马做出反响，发出预警。另外，激光测距雷达在空间测绘范畴也有普遍应用。但随着人工智能行业的兴起，激光测距雷达已成为机器人体内不可或缺的中心部件，配合SLAM技术运用，可协助机器人停止实时定位导航，，完成自主行走。思岚科技研制的rplidar系列配合slamware模块运用是目前效劳机器人自主定位导航的典型代表，其在25米测距半径内，可完成每秒上万次的激光测距，并完成毫米级别的解析度。
激光测速雷达
激光测速雷达是对物体挪动速度的丈量，经过对被测物体停止两次有特定时间距离的激光测距，从而得到该被测物体的挪动速度。
激光雷达测速的办法主要有两大类，一类是基于激光雷达测距原理完成，即以一定时间距离连续丈量目的间隔，用两次目的间隔的差值除以时间距离就可得知目的的速度值，速度的方向依据间隔差值的正负就能够肯定。这种办法系统构造简单，丈量精度有限，只能用于反射激光较强的硬目的。
另一类测速办法是应用多普勒频移。多普勒频移是指目的与激光雷达之间存在相对速度时，接纳回波信号的频率与发射信号的频率之间会产生一个频率差，这个频率差就是多普勒频移。
激光成像雷达
激光成像雷达可用于探测和跟踪目的、取得目的方位及速度信息等。它可以完成普通雷达所不能完成的任务，如探测潜艇、水雷、躲藏的军事目的等等。在军事、航空航天、工业和医学范畴被普遍应用。
大气探测激光雷达
大气探测激光雷达主要是用来探测大气中的分子、烟雾的密度、温度、风速、风向及大气中水蒸气的浓度的，以到达对大气环境停止监测及对暴风雨、沙尘暴等灾祸性天气停止预告的目的。
跟踪雷达
跟踪雷达能够连续的去跟踪一个目的，并丈量该目的的坐标，提供目的的运动轨迹。不只用于火炮控制、导弹制导、外弹道丈量、卫星跟踪、突防技术研讨等，而且在气候、交通、科学研讨等范畴也在日益扩展。

按工作介质分类
固体激光雷达
固体激光雷达峰值功率高，输出波长范围与现有的光学元件与器件，输出长范围与现有的光学元件与器件(如调制器、隔离器和探测器）以及大气传输特性相匹配等，而且很容易完成主振荡器-功率放大器（MOPA）构造，再加上效率高、体积小、重量轻、牢靠性高和稳定性好等导体，固体激光雷达优先在机载和天基系统中应用。近年来，激光雷达开展的重点是二极管泵浦固体激光雷达。
气体激光雷达
气体激光雷达以CO2激光雷达为代表，它工作在红外波段，大气传输衰减小，探测间隔远，曾经在大气风场和环境监测方面发挥了很大作用，但体积大，运用的中红外 HgCdTe探测器必需在77K温度下工作,限制了气体激光雷达的开展。
半导体激光雷达
半导体激光雷达能以高反复频率方式连续工作，具有短命命，小体积，低本钱和对人眼伤害小的优点，被普遍应用于后向散射信号比拟强的Mie散射丈量，如探测云底高度。半导体激光雷达的潜在应用是丈量能见度，取得大气边境层中的气溶胶消光廓线和辨认雨雪等，易于制成机载设备。目前芬兰Vaisala公司研制的CT25K激光测云仪是半导体测云激光雷达的典型代表，其云底高度的丈量范围可达7500m。

按线数分类
单线激光雷达
单线激光雷达主要用于躲避障碍物，其扫描速度快、分辨率强、牢靠性高。由于单线激光雷达比多线和3D激光雷达在角频率和灵活度反映愈加快捷，所以，在测试四周障碍物的间隔和精度上都愈加精确。但是，单线雷达只能平面式扫描，不能丈量物体高度，有一定局限性。当前主要应用于效劳机器人身上，如我们常见的扫地机器人。
多线激光雷达
多线激光雷达主要应用于汽车的雷达成像，相比单线激光雷达在维度提升和场景复原上有了质的改动，能够辨认物体的高度信息。多线激光雷达常规是2.5D，而且能够做到3D。目前在国际市场上推出的主要有 4线、8线、16 线、32 线和 64 线。但价钱昂扬，大多车企不会选用。

按扫描方式分类
MEMS型激光雷达
MEMS 型激光雷达能够动态调整本人的扫描形式，以此来聚焦特殊物体，采集更远更小物体的细节信息并对其停止辨认，这是传统机械激光雷达无法完成的。
MEMS整套系统只需一个很小的反射镜就能引导固定的激光束射向不同方向。由于反射镜很小，因而其惯性力矩并不大，能够快速挪动，速度快到能够在不到一秒时间里跟踪到 2D 扫描形式。
Flash型激光雷达
Flash型激光雷达能快速记载整个场景，防止了扫描过程中目的或激光雷达挪动带来的各种费事，它运转起来比拟像摄像头。激光束会直接向各个方向漫射，因而只需一次快闪就能照亮整个场景。随后，系统会应用微型传感器阵列采集不同方向反射回来的激光束。Flash LiDAR有它的优势，当然也存在一定的缺陷。当像素越大，需求处置的信号就会越多，假如将海量像素塞进光电探测器，必然会带来各种干扰，其结果就是精度的降落。
相控阵激光雷达
相控阵激光雷达搭载的一排发射器能够经过调整信号的相对相位来改动激光束的发射方向。目前大多数相控阵激光雷达还在实验室里呆着，而如今仍停留在旋转式或 MEMS 激光雷达的时期。
机械旋转式激光雷达
机械旋转式激光雷达是开展比拟早的激光雷达，目前技术比拟成熟，但机械旋转式激光雷达系统构造非常复杂，且各中心组件价钱也都颇为昂贵，其中主要包括激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、接纳IC以及位置和导航器件等。由于硬件本钱高，招致量产艰难，且稳定性也有待提升，目前固态激光雷达成为很多公司的开展方向。

按探测方式分类
直接探测激光雷达
直接探测型激光雷达的根本构造与激光测距机颇为相近。工作时，由发射系统发送一个信号，经目的反射后被接纳系统搜集，经过丈量激光信号往复传播的时间而肯定目的的间隔。至于目的的径向速度，则能够由反射光的多普勒频移来肯定，也能够丈量两个或多个间隔，并计算其变化率而求得速度。
相干探测激光雷达
相干探测型激光雷达有单稳与双稳之分，在所谓单稳系统中，发送与接纳信号共用一个光学孔径，并由发送-接纳开关隔离。而双稳系统则包括两个光学孔径，分别供发送与接纳信号运用，发送-接纳开关自然不再需求，其他局部与单稳系统相同。

按激光发射波形分类
连续型激光雷达
从激光的原理来看，连续激光就是不断有光出来，就像翻开手电筒的开关，它的光会不断亮着（特殊状况除外）。连续激光是依托持续亮光到待测高度，停止某个高度下数据采集。由于连续激光的工作特性，某时某刻只能采集到一个点的数据。由于风数据的不肯定特性，用一点代表某个高度的风况，显然有些片面。因而有些厂家折中的方法是采取旋转360度，在这个圆边上面采集多点停止均匀评价，显然这是一个虚拟平面中的多点统计数据的概念。
脉冲型激光雷达
脉冲激光输出的激光是不连续的，而是一闪一闪的。脉冲激光的原理是发射几万个的激光粒子，依据国际通用的多普勒原理，从这几万个激光粒子的反射状况来综合评价某个高度的风况，这个是一个平面的概念，因而才有探测长度的理论。从激光的特性来看，脉冲激光要比连续激光丈量的点位多几十倍，更可以精确的反响出某个高度风况。

按载荷平台分类
机载激光雷达
机载激光雷达是将激光测距设备、GNSS设备和INS等设备严密集成，以飞行平台为载体，经过对空中停止扫描，记载目的的姿势、位置和反射强度等信息，获取地表的三维信息，并深化加工得到所需空间信息的技术。在军民用范畴都有普遍的潜力和前景。机载激光雷达探测间隔近，激光在大气中传输时，能量受大气影响而衰减，激光雷达的作用间隔在20千米以内，特别在恶劣气候条件下，比方浓雾、大雨和烟、尘，作用间隔会大大缩短，难以有效工作。大气湍流也会不同水平上降低激光雷达的丈量精度。
车载激光雷达
车载激光雷达又称车载三维激光扫描仪，是一种挪动型三维激光扫描系统，能够经过发射和承受激光束，剖析激光遇到目的对象后的折返时间，计算出目的对象与车的相对间隔，并应用搜集的目的对象外表大量的密集点的三维坐标、反射率等信息，快速复建出目的的三维模型及各种图件数据，树立三维点云图，绘制出环境地图，以到达环境感知的目的。车载激光雷达在自动驾驶“造车”大潮中扮演的角色正越来越重要，诸如谷歌、百度、宝马、博世、德尔福等企业，都在其自动驾驶系统中运用了激光雷达，带动车载激光雷达产业疾速扩展。
地基激光雷达
地基激光雷达能够获取林区的3D点云信息，应用点云信息提取单木位置和树高，它不只俭省了人力和物力，还进步了提取的精度，具有其它遥感方式所无法比较的优势。经过对国内外该技术林业应用的剖析和对该创造研讨后期的结果考证，将来将会在更大的研讨区域应用该技术提取各种森林参数。
星载激光雷达
星载雷达采用卫星平台，运转轨道高、观测视野广，能够触及世界的每一个角落。为境外地域三维控制点和数字空中模型的获取提供了新的途径，无论关于国防或是科学研讨都具有非常严重意义。星载激光雷达还具有察看整个天体的才能，美国停止的月球和火星等探测方案中都包含了星载激光雷达，其所提供的数据材料可用于制造天体的综合三维地形图。此外，星载激光雷达载植被垂直散布丈量、海面高度丈量、云层和气溶胶垂直散布丈量以及特殊气候现象监测等方面也能够发挥重要作用。
经过以上对激光雷达特性、原理、应用范畴等引见，置信大家也能大致理解各类激光雷达的不同属性了，眼下，在激光雷达这个竞争越来越剧烈的赛道上，打造低本钱、可量产、的激光雷达是很多新创公司想要完成的幻想。但开发和量产激光雷达并不容易。丰厚的行业经历和牢靠的技术才干保证其在这一波大潮中占领主导位置。

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