车载激光雷达基本工作原理及构成

lichengwan

一、原理及组成

1.1.基本原理

激光雷达（Light Detection And Ranging，LiDAR）技术是通过对激光束在被测物与传感器之间的传播距离进行测定，从而对被测物表面的反射能量、反射波谱、频率以及相位等信息进行分析，进而实现对被测物的感知，以此对被测物的位置、状态、特征等信息实现精准识别。其主要工作过程是利用发射模块通过激光发射器生成脉冲激光束，并通过扫描模块的角度调节对此激光束进行对外发射，当此激光信号到达被测物表面时，会被反射回来，此时雷达系统的接收模块会对此反射信号进行捕获，并将其输送至信号处理模块进行A/D转换，接着系统会对数字信号进行分析并提取其中关键的测量信息，通过此测量信息实现对被测物的距离、方向、高度等信息的识别，以此来完成对周围环境的感知。


图1 激光雷达基本工作原理
1.2.组成

1.2.1.发射模块

如上原理所述，实现激光雷达系统有效工作的主要构成有发射模块、扫描模块、接收模块以及信号处理模块，其中：

发射模块是激光雷达的光源，其主要包括激光器和发射光学系统。此系统中激光器又是产生脉冲激光的核心光源，其通过发出少量脉冲光束后，再通过能源激励物质在发射光学系统中完成对原始光束的增加，以实现最终脉冲激光束的诞生。

由于能源激励物质的存在，因此根据其使用材质的不同，当下可将其所构成的激光器分为半导体激光器和光纤激光器。其中，半导体激光器采用砷化镓等半导体材为能源激励物质，通过此类物质的应用可让激光器发出波长为905nm的激光，而光纤激光器是通过应用掺杂稀土元素的光纤介质为能源激励物质，此物质的使用可以让激光器发出波长为1550nm的激光。当下鉴于两者的应用成本，在车载应用中，以波长为905nm的半导体激光器为主要应用。


图2 发射模块的组成
【注：对于部分用户所关注的车载激光雷达在普及后对于人眼或相关设备是否存在损害的问题，我们首先要清楚，一种能量想要对外物造成损害，其关键是此能量的大小以及是否可被外物吸收。车载激光雷达所发射的激光波长在人眼的可见波长范围390nm-780nm之外，这个波长的激光不被人眼所见，也不会被吸收，且不易穿透人眼的前部结构而到达视网膜。
同时，根据国际电工委员会（IEC）标准，车载激光雷达所发出的激光能量处于1类激光范畴（功率小于0.5mW），此类激光能量在‘任何条件下都不会对眼睛及皮肤造成光学辐射危害’。就如手机的应用那般，激光器的存在并不会对身体及外物造成损害，所以，并无需担心此问题的发生。

图3 1类激光产品1.2.2.扫描模块激光雷达扫描模块的构成差异是区分激光雷达类型的核心，当下，根据扫描模块是否存在机械转动部件，可将其分为机械式、半固态式以及固态式三类。其中，机械式激光雷达是通过电机带动收/发阵列的整体旋转，以此实现对水平360°视场范围的扫描，具有扫描速度快、精度高等特点。但由于机械结构下想让其识别的物体具有高准确度，便需要经常对其进行精准的对准以及校验，这让该类产品具有了较高的使用维护成本。
半固态式激光雷达取消了机械旋转部件，代之以多方向的多光源阵列，可通过对光源阵列的控制，实现对不同方向的快速扫描。由于不再使用机械旋转部件，因此更容易实现产品小型化，对于车载应用而言，也更容易实现外观上的融合。但由于其扫描特性的原因，为使该产品具有准确的识别结果，在应用中需要求软件具备更为复杂的算法以及更高的数据处理能力。

固态式激光雷达利用光学相控阵等光学技术，摆脱了传统激光雷达中的扫描模组（即相对于其他类型激光雷达而言，不再有扫描模块），同时具有更高质量的输出激光束，能够实时捕捉和处理光点数据，进一步提高了感知精度。但在当下，固态式激光雷达由于其工作原理所限，探测距离较之传统要更短，同时视场角无法做到360°全覆盖，在应用中需多雷达融合应用，方能解决视野盲区问题。


图4 扫描模块的作用
1.2.3.接收模块

接收模块是激光雷达接收反射信号的关键，其核心组件为光电探测器，此组件的性能高低直接影响着激光雷达的测量距离、帧率和分辨率，其组成可包括雪崩光电二极管（APD）、单光子雪崩二极管（SPAD）和硅光电倍增管（SiPM）。其中APD凭借其较高的灵敏度，使其适用于处理多光子事件，更适合中等距离的测量。SPAD对单光子极为灵敏，更适用于高分辨率和长距离的测量。SiPM是由多个SPAD单元组成的阵列，在信号提取过程中可按照阈值完成对信号的提取，此微型器件的应用可提升激光雷达在极端环境下的运行稳定性。


图5 接收模块的功能
1.2.4.信号处理模块

在激光雷达中，信号处理模块是实现物理世界的光信号到数字世界的数字信号转换的关键桥梁，其主要是通过由放大器、滤波器、模数转换器和数字信号处理器等芯片构成的电路，以此来实现对模拟信号到数字信号的转换，接着由数字信号处理器执行相关算法以提高信噪比，并精确计算被测物的目标位置等信息。

综上所述，总结激光雷达的构成及相关功能如下图示意：


图6 激光雷达架构示意

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好的，下面是对车载激光雷达基本原理及构成的详细解释：

一、原理及组成

1.1 基本原理
激光雷达（LiDAR）通过发射激光束并测量其与被测物体间的往返时间，来精确计算距离。同时，通过激光束的角度调节，确定物体的空间位置。当激光信号遇到物体并反射回接收器时，系统捕捉反射信号并对其进行处理，转化为我们需要的目标物体的位置和属性信息。LiDAR的主要工作过程涉及激光发射、信号接收、信号处理和数据分析等环节。

二、组成
车载激光雷达主要由激光发射器、接收器、扫描模块、信号处理模块等组成。其中，激光发射器负责发射激光束；接收器负责接收反射回来的激光信号；扫描模块负责调整激光束的角度；信号处理模块则负责将接收到的信号进行数字化处理并进行分析。这些模块协同工作，实现了车载激光雷达的测距、定位和识别功能。

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好的，以下是针对车载激光雷达基本工作原理及构成的回复：

一、原理及组成

1.1 基本原理

激光雷达（LiDAR）技术通过发射激光束并测量其与被测物体之间的传播时间，实现对物体距离的精确测定。其构成的主要部分包括发射模块、扫描模块、接收模块和信号处理模块。

发射模块通过激光发射器产生脉冲激光束；扫描模块则通过调节角度，使激光束覆盖更广的区域；当激光信号触及物体并反射回雷达系统时，接收模块捕获这些反射信号；最后，这些信号被送到信号处理模块进行A/D转换和数据处理，从而实现对物体位置、状态及特征的精准识别。

车载激光雷达是自动驾驶辅助系统中的重要组成部分，为车辆提供精确的环境感知信息，是实现自动驾驶的关键技术之一。

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一、原理及组成

1.1 基本原理：

激光雷达（LiDAR）技术通过发射激光束并测量其与被测物体之间的往返时间，来计算物体的距离。其工作原理基于光速恒定，通过发射模块产生脉冲激光束，经扫描模块调节角度后对外发射。当激光信号到达物体表面并反射后，雷达系统的接收模块捕获反射信号，将其传输至信号处理模块进行数字化处理，如A/D转换。通过对反射信号的强度、时间等参数分析，可获取物体的位置、状态及特征等信息。

1.2 组成：

车载激光雷达主要由发射模块、扫描模块、接收模块、信号处理模块和电源模块构成。发射模块负责产生激光束；扫描模块控制激光束的发射角度；接收模块捕捉反射回来的激光信号；信号处理模块对接收到的信号进行数字化处理；电源模块为各模块提供所需电力。这些模块的协同工作，使得车载激光雷达能够准确感知周围环境并做出相应的反应。

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huangguang

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一、原理及组成

1.1 基本原理：

激光雷达（LiDAR）技术通过发射激光束并测量其与被测物体之间的往返时间，来计算物体的距离。其工作原理基于光速恒定，通过发射模块产生脉冲激光束，扫描模块调整激光束的发射角度。当激光信号到达物体表面后反射回雷达系统，接收模块捕获反射信号，并将其传输至信号处理模块进行数字化处理，最终得出物体的位置、速度和形状信息。

1.2 组成：

车载激光雷达主要由发射模块、接收模块、扫描模块以及信号处理模块构成。发射模块负责产生激光束；接收模块负责接收反射回来的激光信号；扫描模块负责调整激光束的发射角度；信号处理模块则负责将接收到的信号进行数字化处理并解析出相关信息。各部分协同工作，以实现车载激光雷达的高精度感知和定位功能。

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mengmianren

好的，下面是对车载激光雷达基本原理及构成的详细解释：

一、原理及组成

1.1 基本原理

激光雷达（LiDAR）技术通过激光束的发射与接收，实现对目标物体的测距、测角及表面识别。其工作原理主要包括：发射模块产生脉冲激光束并调节角度对外发射；激光信号到达目标物体后反射；雷达系统的接收模块捕获反射信号并将其传输至信号处理模块；经A/D转换后，通过数据处理算法得到目标物体的位置、速度等信息。

1.2 构成

车载激光雷达主要由发射模块、接收模块、扫描模块、信号处理模块及电源模块构成。其中，发射模块负责产生激光束；接收模块负责接收反射信号；扫描模块控制激光束的扫描角度；信号处理模块进行信号转换与处理；电源模块则为系统提供稳定的电力供应。

激光雷达技术具有高精度、实时性强的特点，广泛应用于自动驾驶、障碍物检测等领域。

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shuizhonghua

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一、原理及组成

1.1 基本原理

激光雷达（LiDAR）技术通过激光束的发射与接收，实现对目标物体的距离、位置、状态及特征等信息的精准识别。其工作原理主要包括激光发射、信号接收及数据处理三个核心环节。具体来说，激光雷达系统通过发射模块产生激光脉冲，经扫描模块调节角度后向外发射。当激光信号触及目标物体并反射回来后，雷达系统的接收模块捕获此反射信号，并将其传输至信号处理模块进行数字化处理，如A/D转换。此后，系统通过解析数字信号来获取目标物体的各项信息。

二、组成

车载激光雷达系统主要由发射模块、接收模块、扫描模块以及信号处理模块等构成。发射模块负责生成激光脉冲，接收模块捕获反射信号，扫描模块则调节激光束的角度以实现大范围覆盖，信号处理模块则负责将接收到的信号进行数字化处理并解析。此外，为了确保在各种环境条件下的性能稳定，激光雷达系统还包括电源管理模块、通信接口以及环境感知模块等辅助组件。这些组件共同协作，使得车载激光雷达能够精准获取并分析周围环境信息，为自动驾驶等应用提供关键数据支持。

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