激光雷達(dá)的工作原理與雷達(dá)非常相近,以激光作為信號(hào)源,由激光器發(fā)射出的脈沖激光,打到地面的樹木、道路、橋梁和建筑物上,引起散射,一部分光波會(huì)反射到激光雷達(dá)的接收機(jī)器上,根據(jù)激光測(cè)距原理計(jì)算,得到從激光雷達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的距離,脈沖激光不斷地掃描目標(biāo)物,可以得到目標(biāo)物上全部目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù),用此數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理后,可得到準(zhǔn)確的三維立體圖像。
現(xiàn)代激光技術(shù)、探測(cè)技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)確保激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)觀測(cè),獲取大氣性質(zhì)實(shí)時(shí)變化。
通過探測(cè)激光與大氣中各種分子和大氣氣溶膠等介質(zhì)相互作用的輻射信號(hào)來(lái)反演大氣性質(zhì),其測(cè)量原理涉及激光輻射與大氣介質(zhì)間相互作所產(chǎn)生的各種物理過程。
按照不同原理區(qū)分,有差分吸收雷達(dá)、米散射雷達(dá)、拉曼雷達(dá)等等,激光雷達(dá)測(cè)量大氣參數(shù)包括:氣溶膠和云(能見度,不同波長(zhǎng)散射和消光特性,偏振特性,整層光學(xué)厚度和大氣透過率等),溫度、密度(氣壓)、濕度(水汽含量),痕量氣體含量( SO2、 O3、CO2 、NOx、CH4), 風(fēng)場(chǎng)等。
隨著激光雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展,它已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大氣、環(huán)境、氣象、空間、遙感等眾多領(lǐng)域。
激光雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn):
1、分辨率高
激光雷達(dá)可以獲得高的角度、距離和速度分辨率。
通常角分辨率不低于0.1mard也是說可以分辨3km距離上相距0.3m的兩個(gè)目標(biāo)(這是微波雷達(dá)無(wú)論如何也辦不到的),并可同時(shí)跟蹤多個(gè)目標(biāo);距離分辨率可達(dá)0.lm;速度分辨率能達(dá)到10m/s以內(nèi)。
距離和速度分辨率高,意味著可以利用距離——多譜勒成像技術(shù)來(lái)獲得目標(biāo)的清晰圖像。
分辨率高,是激光雷達(dá)的顯著的優(yōu)點(diǎn),其多數(shù)應(yīng)用都是基于此。
2、隱蔽性好、抗有源干擾能力強(qiáng)
激光直線傳播、方向性好、光束非常窄,只有在其傳播路徑上才能接收到,因此敵方截獲非常困難,且激光雷達(dá)的發(fā)射系統(tǒng)(發(fā)射望遠(yuǎn)鏡)口徑很小,可接收區(qū)域窄,有意發(fā)射的激光干擾信號(hào)進(jìn)入接收機(jī)的概率低;另外,與微波雷達(dá)易受自然界廣泛存在的電磁波影響的情況不同,自然界中能對(duì)激光雷達(dá)起干擾作用的信號(hào)源不多,因此激光雷達(dá)抗有源干擾的能力很強(qiáng),適于工作在日益復(fù)雜和激烈的信息戰(zhàn)環(huán)境中。
3、低空探測(cè)性能好
微波雷達(dá)由于存在各種地物回波的影響,低空存在有一定區(qū)域的盲區(qū)(無(wú)法探測(cè)的區(qū)域)。
而對(duì)于激光雷達(dá)來(lái)說,只有被照射的目標(biāo)才會(huì)產(chǎn)生反射,完全不存在地物回波的影響,因此可以“零高度”工作,低空探測(cè)性能較微波雷達(dá)強(qiáng)了許多。
4、體積小、質(zhì)量輕
通常普通微波雷達(dá)的體積龐大,整套系統(tǒng)質(zhì)量數(shù)以噸記,光天線口徑達(dá)幾米甚至幾十米。
而激光雷達(dá)要輕便、靈巧得多,發(fā)射望遠(yuǎn)鏡的口徑一般只有厘米級(jí),整套系統(tǒng)的質(zhì)量小的只有幾十公斤,架設(shè)、拆收都很簡(jiǎn)便。
而且激光雷達(dá)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,維修方便,操縱容易,價(jià)格也較低。
激光雷達(dá)的障礙物檢測(cè)流程一般如下:
1、 考慮到車上有多個(gè)傳感器共同作業(yè),需要對(duì)輸入的激光點(diǎn)云做時(shí)間同步和外參標(biāo)定。
2、考慮到激光雷達(dá)的采樣噪聲和點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大的問題,需要對(duì)點(diǎn)云做預(yù)處理,減少數(shù)據(jù)量,剔除噪聲點(diǎn)。
3、每幀點(diǎn)云數(shù)據(jù)中包含了大量的地面點(diǎn),檢測(cè)的目的是獲取道路障礙物信息,需要進(jìn)一步分割出地面上的點(diǎn)云。
4、地面上的障礙物點(diǎn)通常采用無(wú)監(jiān)督的聚類算法形成多個(gè)團(tuán)簇,每個(gè)團(tuán)簇則表示一個(gè)障礙物。
5、針對(duì)團(tuán)簇的物體識(shí)別可以根據(jù)任務(wù)需求而定,如果需要類別信息,可以采用特征提取+分類器的方式分類障礙物。
6、對(duì)每一塊團(tuán)簇做包圍框擬合,計(jì)算障礙物屬性,比如中心點(diǎn),質(zhì)心點(diǎn),長(zhǎng)寬高等。
7、對(duì)每一個(gè)障礙物構(gòu)建一個(gè)濾波器做跟蹤,平滑輸出。
激光雷達(dá)有哪些優(yōu)勢(shì):
1、激光雷達(dá)可以準(zhǔn)確估計(jì)障礙物的位置。
到目前為止,我們還沒有更準(zhǔn)確的方法來(lái)做到這一點(diǎn)。
2、如果我們看到車輛前面的激光雷達(dá)生成的點(diǎn)云,即使障礙物檢測(cè)系統(tǒng)沒有檢測(cè)到任何東西,我們也可以停下來(lái)。
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