激光雷达工作原理

正文

激光雷达的原理

如下图所示，激光雷达的发射器发射出一束激光，激光光束遇到物体后，经过漫反射，返回至激光接收器，雷达模块根据发送和接收信号的时间间隔乘以光速，再除以2，即可计算出发射器与物体的距离。

图片出处：http://slideplayer.com/slide/7103535/

 

自动驾驶用的LiDAR通过测量激光束在空中的飞行时间（从发射窗口发射，照射到目标，再反射回接收窗口所需要的时间），乘以光速，得到测距仪到目标的距离。因此，激光探测属于既需要发射又需要接受的主动探测。这种模式下，探测距离和能接收到的返回激光的能量有关。雷达方程可以完美表述这一过程（看看就好）：

有一点比较蛋疼。我们都知道，激光的波束很窄；目标还都不是反射镜；所以在车载环境下，我们要靠目标的一点点漫反射来获取距离信息。

那激光具体是怎么反射回来的呢？

首先，光源发出的光束，经过发射透镜组准直后从发射窗射出。发射透镜组反射、吸收、畸变损耗了一部分能量。

其次，反射光束在空气中和空气分子、尘埃等发生作用，绝大部分被散射，一部分被吸收。所以为什么激光雷达怕雾霾、雨雪，因为还没达到目标，能量已经被散射的差不多了。

再次，光束照射到目标表面后，一部分被目标吸收，剩余的以漫反射（不是镜面反射）的方式反射到四面八方，只有很小的一部分可以原路返回回去。

最终，反射光能有幸最终抵达接收窗口，汇聚后又只有一部分能落到接收传感器的敏感区域。（问题，它怎么知道哪些是它发射的光呢？它有可能接收到一系列的漫反射的光信息，怎么过滤出它自己发射出去的光呢？是不是频率？在探测器前面还有一个过滤器，只允许波长相近的电磁波通过，同时阻挡其他电磁波。对于相同波长的多个雷达，可能存在接错数据源的问题，还存在同一个物体的反射波经过多个路径后被接收的情况，这些都会对测距的结果产生影响，具体的应对措施可以看https://zhuanlan.zhihu.com/p/326421564）

看一个例子,对于发射功率50W,使用直径20mm的透镜接受的测距仪：

1. 当目标5m远,目标反射率为80%（白色漫反射目标）时, 0.15mw的功率能最终返回。
<