雷射雷達技術應用的詳細分析

2021-01-09 電子發燒友

雷射技術與雷達技術相結合便是雷射雷達，絕對的「高」科技產品。雷射雷達的工作原理與雷達非常相近，由雷射器發射出的脈衝雷射由空中入射到地面上，打到樹木上、道路上、橋梁上、房子上、引起散射，一部分光波會經過反射返回到雷射雷達的接收器中，接收器將光信號轉變為電信號，記錄下來，同時通過計時器記錄同一個脈衝光信號由發射到被接收的時間。雷射雷達技術產品種類繁多，性價比高，在我國眾多行業領域得到「大」規模應用，尤其是環境監測、電力、汽車、城市規劃、鐵路、林業、礦山、海岸線、考古等領域。隨著計算機技術、GPS和其自身技術發展和完善，雷射雷達技術應用最近幾年受到了越來越多的重視。

雷射雷達產業鏈拓撲圖 

利用雷射雷達可以探測氣溶膠、雲粒子的分布、大氣成分和風場的垂直廓線，對主要汙染源可以進行有效監控。當雷射雷達發出的雷射與這些漂浮粒子發生作用時會發生散射，而且入射光波長與漂浮粒子的尺度為同一數量級，散射係數與波長的一次方成反比，米氏散射雷射雷達依據這一性質對氣溶膠濃度、空間分布及能見度的測定，完成對大氣汙染物分布的觀測。

大氣探測成像圖

基於電磁能量會從目標反射回來的檢測原理，雷射雷達成為氣象研究的一種非常重要的儀器。斯坦福研究所開發的第一個比較原始的儀器設計清楚地表明了雷射雷達的應用，如通過雨水或底層的雲的結構探測雲和霧層的位置，上升限度的高度。雷射雷達回波可以清楚的從低海拔地區觀察到一個清晰的連續氣溶膠層，而這對於肉眼來說是不可見。SRI Mark III的雷射雷達，對稀薄的捲雲的檢測展示了一個更高的水平。它表明一個很高的峰值功率可以穿透雲層，同時形成反射。利用這種現象在不同海波高度觀察時就可以證明幾個不同層的捲雲的存在。 

城市大氣汙染監測

5在自動泊車技術中的應用

由於城市擁擠、泊車位緊張，輔助駕駛系統發展迅速，自動泊車系統能輔助駕駛員進行泊車，減輕駕駛員操作強度，提高泊車的安全性，具有重要的研究意義。自動泊車系統一般在汽車前後四周安裝感應器，這些感應器既可以充當發送器，也可以充當接收器。它們會發送雷射信號，當信號碰到車身周邊的障礙物時會反射回來。然後，車載計算機會利用其接收信號所需時間確定障礙物的位置。

目前的泊車系統多採用超聲測距儀作為車位檢測的傳感器，精度有限，且不能用於垂直泊車。以智能車為平臺，設計並實現了基於雷射雷達的自動泊車系統，改進了泊車方法，可以安全順利的完成常見的路邊平行泊車及垂直泊車入庫任務。

6在ACC主動巡航技術中的應用

汽車在行駛過程中，駕駛員可設定預期車速，系統基於雷射雷達的車輛跟蹤與識別算法結合車輛矩形投影及速度特徵識別車輛，得到前車的確切位置，如果發現前車減速或監測到新目標，系統就會發送執行信號給發動機或制動系統來降低車速，使車輛和前車保持一個安全的行駛距離。當前方道路沒車時又會加速恢復到設定的車速，雷達系統會自動監測下一個目標。主動巡航控制系統代替司機控制車速，避免了頻繁地取消和設定巡航控制，使巡航系統適合於更多的路況，為駕駛者提供了一種更輕鬆的駕駛方式。

主動巡航系統可自動變道超車

系統將收集到的信息進行分析，區分恆定不變的固體（車道分隔，出口坡道，公園長椅等）以及不斷移動的物體（受驚的小鹿，行人，迎面而來的車輛等），並將所有的數據都匯總在一起，再根據密西根大學開發的算法判斷周圍環境，從而做出相應的反應。

雷射雷達技術應用於無人駕駛汽車

9在車模快速成型技術中的應用

雷射雷達掃描系統的快速成型技術主要應用於樣件汽車模型的製作和模具的開發,這項技術能夠較大的縮短新產品的開發周期，降低了開發的成本,，並且能夠使新產品的市場競爭力得到了提高。還能夠應用在汽車的零部件上，多用於分析和檢驗加工的工藝性能、裝配性能、相關的工裝模具以及測試運動特性、風洞實驗和表達有限元分析結果的實體等。利用雷射雷達的非接觸式測量、高精度、檢測速度快等特點，在汽車車身的三維檢測和開發設計過程中,雷射雷達得到了廣泛的應用。利用雷射雷達測量得到車身的點雲數據,對車身進行逆向設計,將點雲數據進行預處理，然後進行曲線、曲面、實體模型的重構，最終實現車身模型重現的目的。

車模快速成型

10在智能交通信號控制中的應用

在城市重要交通路口信號控制系統中集成一個地面三維雷射掃描系統，通過雷射掃描儀對一定距離的道路進行連續掃描，獲得這段道路上實時、動態的車流量點雲數據，通過數據處理獲得車流量等參數，根據對東西向和南北向車流量大小的比較以及短暫車流量預測，從而自動調節東西向和南北向信號燈周期。

智能交通信號控制

11在交通事故勘察中的應用

運用三維雷射掃描儀對事故現場進行三維掃描，現場取證，掃描儀的數據能夠生成事故現場的高質量圖像和細節示意圖，便於後期提取調查和法庭審理。調查表明，用三維雷射掃描儀採集事故現場數據平均每次減少90分鐘的道路封閉時間。

雷射雷達技術有著這麼廣闊的應用市場，致使國內眾多企業紛紛涉足其中。國內主要雷射雷達廠商（如下表格）。

（數據來源：Laser Manufacture News）

安裝雷射雷達的汽車

根據Laser Manufacture News最新報告顯示，得益於無人駕駛汽車市場規模的爆發，預計2020年全球雷射雷達市場可「上」100億的市場規模。我們有理由相信，雷射雷達一定會以高、大、上的姿態在我國「數字城市」、大氣環境監測檢測、油田勘探、城市智能交通、無人駕駛等領域發揮重要作用，特別是未來的無人駕駛汽車領域。

在《汽車產業中長期發展規劃》中提出：突破車用傳感器等先進汽車電子的產業鏈短板，培育具有國際競爭力的零部件供應商，著力推動智能網聯汽車關鍵零部件研發，重點支持傳感器等核心技術研發及產業化。

雷射+雷達的「春天」來了。

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