激光雷达原理

与雷达工作原理类似，激光雷达通过测量激光信号的时间差和相位差来确定距离，但其很大优势在于能够利用多谱勒成像技术，创建出目标清晰的 3D 图像。激光雷达通过发射和接收激光束，分析激光遇到目标对象后的折返时间，计算出到目标对象的相对距离，并利用此过程中收集到的目标对象表面大量密集的点的三维坐标、反射率和纹理等信息，快速得到出被测目标的三维模型以及线、面、体等各种相关数据，建立三维点云图，绘制出环境地图，以达到环境感知的目的。由于光速非常快，飞行时间可能非常短，因此要求测量设备具备非常高的精度。从效果上来讲，激光雷达维度（线束）越多，测量精度越高，安全性就越高。

激光雷达是通过发射激光束，再接收从远处物体反射回来的光束，通过测量光束的飞行时间而获得远处物体的距离信息。不过，激光束非常窄，并且它们不会发生散射，因此单束激光雷达脉冲只能感知一个非常小的物体。为了实际应用，激光雷达传感器得进行某种形式的“扫描”。大多数激光雷达传感器会连接到一个旋转它们的驱动马达，一旦激光发射与马达的运动同步，我们就可以知道激光指向的位置，并将前方环境的整体成像合成在一起。因此，激光雷达的视场取决于马达转动它的角度。

演示面阵激光雷达的工作原理

如今，激光雷达技术不仅应用于领域，而且应用于消费品领域。以面阵激光雷达为例，由于其快速、准确的三维距离检测和测量能力，在智能设备中得到了广泛的应用。在这个例子中，我们演示了一个典型的面阵激光雷达的工作原理，该雷达由光源阵列、准直透镜系统以及衍射光栅作为分束器组成。分析在空间和空间频率域中进行。

调频连续波FMCW激光雷达

以三角波调频连续波为例来介绍其测距/测速原理。蓝色为发射信号频率，红色为接收信号频率，发射的激光束被反复调制，信号频率不断变化。激光束击中障碍物被反射，反射会影响光的频率，当反射光返回到检测器，与发射时的频率相比，就能测量两种频率之间的差值，与距离成比例，从而计算出物体的位置信息。FMCW的反射光频率会根据前方移动物体的速度而改变，结合多普勒效应，即可计算出目标的速度。