雷射雷達(LiDAR)的工作原理主要基於向目標發射雷射束並接收反射回來的信號。這個過程包括以下幾個步驟:
雷射發射:雷射雷達使用雷射器將電脈衝轉換成光脈衝發射出去。
目標反射:發射的雷射束遇到目標後反射回來。
信號接收:光學接收機將反射回來的光脈衝再次轉換成電脈衝,並送到顯示器。
信號處理:通過比較發射信號和接收到的目標回波信號,可以獲得目標的距離、方位、高度、速度、姿態等參數。如果雷射雷達能夠掃描並接收來自不同角度的回波,還可以通過數據處理得到目標的三維結構信息,實現三維成像。
雷射雷達通常由以下幾個主要部分組成:
雷射發射機:產生雷射脈衝。
光學接收機:接收並轉換反射回來的光脈衝為電脈衝。
轉台:使雷射束能夠掃描不同的角度。
信息處理系統:對接收到的信號進行處理,提取目標信息。
雷射雷達的測距原理基於測量光脈衝的飛行時間(Time of Flight, TOF),由於光速是已知的,通過測量光脈衝從發射到返回的時間,可以計算出目標物體的距離。為了達到厘米級別的精確距離測量,需要非常高的時間測量解析度,這通常需要使用精確的測量系統和方法。
在車輛套用中,雷射雷達可以結合GPS、慣性導航信息(INS)等數據,得到前方物體的精確坐標方位和距離信息。通過在空間內按照設定角度發射多條雷射束,並接收反射信號,雷射雷達可以構建環境地圖,成為汽車的「眼睛」。
綜上所述,雷射雷達通過發射雷射束、接收反射回來的信號、比較發射和接收信號並進行適當處理,從而實現對目標的探測、跟蹤和識別。