哈工大激光雷达课件一——激光雷达基本知识65页PPT
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自动驾驶环境感知技术之激光雷达标定介绍课件
实时性要求
01
激光雷达标定需要实 时处理大量数据
02
实时性要求高，标定 过程需要快速完成
03
实时性要求高，标定 结果需要及时反馈
04
实时性要求高，标定过 程需要适应环境变化
标定精度要求
激光雷达标定精度直接影响自 动驾驶系统的性能和可靠性
标定精度要求高，需要精确测 量激光雷达的各个参数
标定精度要求与自动驾驶系统 的应用场景和需求相关
自动驾驶环境感知技术之激光雷达标定介绍课 件
演讲人
目录
01. 激光雷达标定的重要性 02. 激光雷达标定的方法 03. 激光雷达标定的挑战 04. 激光雷达标定的发展趋势
激光雷达标定的重要 性
提高感知精度
激光雷达标定可以提高自动驾驶系统的感知精度，从 而提高自动驾驶的安全性和可靠性。
激光雷达标定可以减少传感器误差，提高测量精度， 从而提高自动驾驶系统的感知能力。
率
04
标定准确可以 确保系统在复 杂环境下的稳 定性和可靠性
优化自动驾驶性能
提高定位精度：激 光雷达标定有助于 提高自动驾驶车辆 的定位精度，从而 提高自动驾驶性能。
减少误差：激光雷 达标定可以减少自 动驾驶车辆在感知 环境中的误差，从 而提高自动驾驶性 能。
提高安全性：激光 雷达标定有助于提 高自动驾驶车辆的 安全性，减少交通 事故的发生。
多激光雷达标定：通过多个激光 雷达的数据融合，实现高精度的
物体检测和识别。
激光雷达标定的挑战
复杂环境
环境变化：天 气、光照、道 路状况等因素 的变化
01
遮挡与干扰： 其他车辆、行 人、建筑物等 遮挡和干扰
03
02
目标识别：不 同类型、大小、 形状的目标识 别困难
激光雷达与无人车 ppt课件
8
(3)激光雷达特点
①分辨率高 角分辨率不低于0.1mard;距离分辨率可达0.lm;速度分 辨率能达到10m/s以内. ②隐蔽性好、抗有源干扰能力强 激光直线传播、方向性好、光束非常窄. ③低空探测性能好 只有被照射的目标才会产生反射,完全不存在地物回波的 影响. ④体积小、质量轻 发射望远镜的口径一般只有厘米级,整套系统质ou
26
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激光雷达与无人车
1
1
激光雷达简介
2
激光雷达原理
3
无人车介绍
4
结束语
2
14
(2)测距原理
汽车激光雷达防撞系统特点： 发射机发射的是一串重复周期一定的激光窄脉冲， 是
典型的非相干测距雷达； 对它的要求是测距精度高，测距精度与测程的远近无关
； 系统体积小、重量轻，测量迅速，可以数字显示； 操作简单，培训容易，有通讯接口，可以连成测量网络
，或与其他设备连机进行数字信息处理和传输。
数字式测距只要记录回波脉冲到达时的计数脉冲的数目 n ，根据计数脉冲的重复周期 T，就可以计算出回 波脉冲相对于发射脉冲的延迟时间
T 为已知值。为了减少误差，通常计数脉冲产生器和雷 达定时器触发脉冲在时间上是同步的。目标距离 R 与计数脉冲数 h之间的关系为：
式中，f为计数脉冲重复频率。
18
(3)位置确定
谷歌采用了Velodyne公司的车顶激 光测距系统，这一系统使用64个 激光，以每分钟900次的速度发 出光束，产生的点云可以提供给 汽车360度的视角。
(3)激光雷达特点
①分辨率高 角分辨率不低于0.1mard;距离分辨率可达0.lm;速度分 辨率能达到10m/s以内. ②隐蔽性好、抗有源干扰能力强 激光直线传播、方向性好、光束非常窄. ③低空探测性能好 只有被照射的目标才会产生反射,完全不存在地物回波的 影响. ④体积小、质量轻 发射望远镜的口径一般只有厘米级,整套系统质ou
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激光雷达与无人车
1
1
激光雷达简介
2
激光雷达原理
3
无人车介绍
4
结束语
2
14
(2)测距原理
汽车激光雷达防撞系统特点： 发射机发射的是一串重复周期一定的激光窄脉冲， 是
典型的非相干测距雷达； 对它的要求是测距精度高，测距精度与测程的远近无关
； 系统体积小、重量轻，测量迅速，可以数字显示； 操作简单，培训容易，有通讯接口，可以连成测量网络
，或与其他设备连机进行数字信息处理和传输。
数字式测距只要记录回波脉冲到达时的计数脉冲的数目 n ，根据计数脉冲的重复周期 T，就可以计算出回 波脉冲相对于发射脉冲的延迟时间
T 为已知值。为了减少误差，通常计数脉冲产生器和雷 达定时器触发脉冲在时间上是同步的。目标距离 R 与计数脉冲数 h之间的关系为：
式中，f为计数脉冲重复频率。
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(3)位置确定
谷歌采用了Velodyne公司的车顶激 光测距系统，这一系统使用64个 激光，以每分钟900次的速度发 出光束，产生的点云可以提供给 汽车360度的视角。
《激光雷达成像技术》PPT课件
2(b c) abc
脉冲重复频率 fr：
fr N F
其中：N (m n)-像素；F-帧频
总的扫描时间：
Ttostsc st
tot be am
Tdwell
其中：tot-总扫描角； tot-光束发散角；Tdwell=1/fr-光束滞留时间
飞行时扫描频率：
f scan
V d res N
Micro electro-mechanical system (MEMS)
距离选通激光成像雷达
Burst illuminations Ladar (BIL)
距离选通激光成像雷达
激光测距仪+扫描仪+数字相机 距离范围：3~800m 距离分辨率：厘米量级 波长：1.5m
热像仪图像
BIL图像
闪烁式激光成像雷达
Mirror plate size
Optical scanning angle
Scan trajectory (fast axis) Scan trajectory (slow axis) Scan jitter
Reflectivity
Mirror flatness
Operating temperature
V—高度H(m)的飞行速度；N=mn—探测器单元数量； dres—探测器面元尺寸
扫描时脉冲积累数：
n B fr 6m
其中：B-天线3dB光束宽度(deg);fr-重频；m-天线每分转数
瞄准误差与滞后角效应：
.
d
2
d
dt
nr
dt
c
其中：-滞后角；d/dt-扫描速率；-往返时间；r-到目标距离；c-光 速；n-传播介质平均折射率
<7.5m >7.5m 500GHz 在150m处为1.5m正方形
脉冲重复频率 fr：
fr N F
其中：N (m n)-像素；F-帧频
总的扫描时间：
Ttostsc st
tot be am
Tdwell
其中：tot-总扫描角； tot-光束发散角；Tdwell=1/fr-光束滞留时间
飞行时扫描频率：
f scan
V d res N
Micro electro-mechanical system (MEMS)
距离选通激光成像雷达
Burst illuminations Ladar (BIL)
距离选通激光成像雷达
激光测距仪+扫描仪+数字相机 距离范围：3~800m 距离分辨率：厘米量级 波长：1.5m
热像仪图像
BIL图像
闪烁式激光成像雷达
Mirror plate size
Optical scanning angle
Scan trajectory (fast axis) Scan trajectory (slow axis) Scan jitter
Reflectivity
Mirror flatness
Operating temperature
V—高度H(m)的飞行速度；N=mn—探测器单元数量； dres—探测器面元尺寸
扫描时脉冲积累数：
n B fr 6m
其中：B-天线3dB光束宽度(deg);fr-重频；m-天线每分转数
瞄准误差与滞后角效应：
.
d
2
d
dt
nr
dt
c
其中：-滞后角；d/dt-扫描速率；-往返时间；r-到目标距离；c-光 速；n-传播介质平均折射率
<7.5m >7.5m 500GHz 在150m处为1.5m正方形
激光雷达信号与数据处理 PPT
相干积分要求
1. 相干积分是改善信噪比的有效方法。 – 在信号相干和噪声非相干的条件下,相干积分对信噪比的改善与 积分次数M成正比。 – 前提是积分要在保持信号相干的条件下进行。 – 将相位不相干的信号相加,如同噪声相加一样,不存在改善信噪 比的效果。 – 非相干信号相加非但起不到改善倍噪比的作用,还会使信噪比变 得更差。
激光雷达信号与数据处理
– 频谱分析一般采纳FFT算法计算谱密度函数、并由谱密度函数求算各 阶统计矩。
– 为了抑制湍流作用造成的信号随机沸落,使谱密度数据更只代表性,需 要对多次获取的话密度函数进行谱平均。
– 谱平均在频域进行,属于非相干积分。 – 质量控制方法主要有滤波以及谱线识别与分离技术。 – 关于地物一类的杂波,一般采纳滤波或在FFT时加“窗函数”等方法进
2. 距离库的划分是利用距离门电 路对连续的回波信号以脉冲宽 度?为时间间隔进行采样。
3. 信号处理针对距离库进行、对 每个距离库的多次取样进行处 理,从中提取表征取样体积散射 强度与运功速度等信息。
正交I,Q信号
1. 激光雷达的发射信号,一般是等幅、单色(频谱特别窄)脉冲波、称为载 波,能够表示为
2. 谱变换 –假如只提取回波强度信息,则无需对回波信号进行谱分析和谱变换 。 –为了在获取回波强度信息的同时得到速度信息,需要对相干积分后 的时域信号进行谱分析。通过谱变换将时域信号变为频域信号 –在频域对信号进行研究、不但能够得到回波强度,还能够得到速度 以及速度谱宽。 –激光测风雷达通常采纳快速博里叶变换(FFT)方法对相干积分后 得到的数据进行频率变换。 –样本数一般取2n个(n为整数)。 –用于FFT的数据个数称为谱变换点数(简称谱点数),记为NSP (number of spectral points)。
激光雷达简介PPT学习教案
激光雷达简介
会计学
1
Radar
Radio Detection And Ranging（无线电探测及测距） 以微波和毫米波为载波，由发射机、 天线和 接收机 等部分 组成。
LiDAR
Light Detection And Ranging（激光探测及测距） 以激光为载波，以光电探测器为接收 器件， 以光学 望远镜 为天线 ，俗称“激光雷 达”。
第1页/共15页
1.工作原理：
传感器发射激光束打到目标物体上并反 射回来 ，接收 器准确 地测量 出光脉 冲从发 射到被 反射回 的传播 时间， 光速已 知，就 可得到 从激光 雷达到 目标点 的距离 。 若激光束不断地扫描目标物，就可以得 到目标 物上全 部目标 点的数 据，用 此数据 进行成 像处理 后，就 可得到 精确的 三维立 体图像 。 至于目标的径向速度，可以由反射光的 多普勒 频移来 确定。
2.基本
组成：
发射系统
信号处理及控制
接收系统
3.作用：
能精确测量目标位置（距离和角度）、 运动状 态（速 度、振 动和姿 态）和 形状， 探测、 识别、 分辨和 跟踪目 标。
目标
第2页/共15页
典型Lidar基 本框图：
激光调制
激光电源
激光器
探测器 制冷
光束控制
核心
发射光学天线 接收光学天线
目标物体 伺服系统
优点
探测灵敏度和测量分辨率高。多普勒
2 频移大，信息量大，可测速及识别动 目标，也可得到运动目标的高分辨率 图像。
3 在功能相同的情况下，较微波雷达体积小、 重量轻；天线和系统结构可做的很小。
第6页/共15页
应用&前景
侦察用成像激光雷达 化学/生物战剂探测激光雷达 障碍回避激光雷达 大气监测激光雷达 制导激光雷达
会计学
1
Radar
Radio Detection And Ranging（无线电探测及测距） 以微波和毫米波为载波，由发射机、 天线和 接收机 等部分 组成。
LiDAR
Light Detection And Ranging（激光探测及测距） 以激光为载波，以光电探测器为接收 器件， 以光学 望远镜 为天线 ，俗称“激光雷 达”。
第1页/共15页
1.工作原理：
传感器发射激光束打到目标物体上并反 射回来 ，接收 器准确 地测量 出光脉 冲从发 射到被 反射回 的传播 时间， 光速已 知，就 可得到 从激光 雷达到 目标点 的距离 。 若激光束不断地扫描目标物，就可以得 到目标 物上全 部目标 点的数 据，用 此数据 进行成 像处理 后，就 可得到 精确的 三维立 体图像 。 至于目标的径向速度，可以由反射光的 多普勒 频移来 确定。
2.基本
组成：
发射系统
信号处理及控制
接收系统
3.作用：
能精确测量目标位置（距离和角度）、 运动状 态（速 度、振 动和姿 态）和 形状， 探测、 识别、 分辨和 跟踪目 标。
目标
第2页/共15页
典型Lidar基 本框图：
激光调制
激光电源
激光器
探测器 制冷
光束控制
核心
发射光学天线 接收光学天线
目标物体 伺服系统
优点
探测灵敏度和测量分辨率高。多普勒
2 频移大，信息量大，可测速及识别动 目标，也可得到运动目标的高分辨率 图像。
3 在功能相同的情况下，较微波雷达体积小、 重量轻；天线和系统结构可做的很小。
第6页/共15页
应用&前景
侦察用成像激光雷达 化学/生物战剂探测激光雷达 障碍回避激光雷达 大气监测激光雷达 制导激光雷达
《机载激光雷达》课件
发展趋势
随着技术的不断进步和应用需求的不断增加，机载激光雷达技术将不断向更高精 度、更高效率、更安全可靠的方向发展。
THANKS
感谢观看
《机载激光雷达》PPT课件
目 录
• 机载激光雷达简介 • 机载激光雷达技术 • 机载激光雷达应用案例 • 机载激光雷达的挑战与未来发展
01 机载激光雷达简 介
定义与特点
总结词
机载激光雷达是一种集激光测距、全球定位系统（GPS）和惯性测量单元（ IMU）于一体的遥感技术。
详细描述
机载激光雷达通过向地面发送激光脉冲并接收反射回来的信号，能够获取高精 度的三维地形数据。它具有高分辨率、高精度、快速获取数据等优点，广泛应 用于地形测绘、城市规划、资源调查等领域。
地震灾害评估
利用机载激光雷达技术，评估地震灾害对建筑物 和基础设施的影响，为灾后重建提供技术支持。
考古探测
遗址区地形测绘
通过机载激光雷达技术，获取遗址区高精度、高分辨率的地形数 据，为考古研究提供基础资料。
遗址区建筑物结构分析
利用机载激光雷达数据，分析遗址区建筑物的结构特点，为文物修 复和保护提供依据。
激光发射与接收
激光发射器根据不同的应用需求 ，发射不同波长的激光束，常见 的波长有近红外、中红外和远红
外等。
接收器通常使用光电倍增管或雪 崩二极管等光电传感器，用于接 收反射回来的光束，并将其转换
为电信号。
激光雷达通过测量反射回来的光 束与发射光束的时间差，计算出
目标的距离信息。
数据处理与分析
1
遗址区植物种类鉴定
通过分析机载激光雷达数据，鉴定遗址区植物种类，为环境考古和 生态研究提供数据支持。
04 机载激光雷达的 挑战与未来发展
随着技术的不断进步和应用需求的不断增加，机载激光雷达技术将不断向更高精 度、更高效率、更安全可靠的方向发展。
THANKS
感谢观看
《机载激光雷达》PPT课件
目 录
• 机载激光雷达简介 • 机载激光雷达技术 • 机载激光雷达应用案例 • 机载激光雷达的挑战与未来发展
01 机载激光雷达简 介
定义与特点
总结词
机载激光雷达是一种集激光测距、全球定位系统（GPS）和惯性测量单元（ IMU）于一体的遥感技术。
详细描述
机载激光雷达通过向地面发送激光脉冲并接收反射回来的信号，能够获取高精 度的三维地形数据。它具有高分辨率、高精度、快速获取数据等优点，广泛应 用于地形测绘、城市规划、资源调查等领域。
地震灾害评估
利用机载激光雷达技术，评估地震灾害对建筑物 和基础设施的影响，为灾后重建提供技术支持。
考古探测
遗址区地形测绘
通过机载激光雷达技术，获取遗址区高精度、高分辨率的地形数 据，为考古研究提供基础资料。
遗址区建筑物结构分析
利用机载激光雷达数据，分析遗址区建筑物的结构特点，为文物修 复和保护提供依据。
激光发射与接收
激光发射器根据不同的应用需求 ，发射不同波长的激光束，常见 的波长有近红外、中红外和远红
外等。
接收器通常使用光电倍增管或雪 崩二极管等光电传感器，用于接 收反射回来的光束，并将其转换
为电信号。
激光雷达通过测量反射回来的光 束与发射光束的时间差，计算出
目标的距离信息。
数据处理与分析
1
遗址区植物种类鉴定
通过分析机载激光雷达数据，鉴定遗址区植物种类，为环境考古和 生态研究提供数据支持。
04 机载激光雷达的 挑战与未来发展
激光雷达技术专题讲座(1)
目标，特别是一些形状大同小异的目标，还能
在实战中选择最佳的角度接近目标。
2. 激光成像雷达的应用: 巡航导弹、航空导弹、灵巧弹药等精确制导。
隐蔽物侦察
移动机器人等三维视觉系统 航路导引，
精确末制导
地形跟随和障碍物回避 目标自动识别和敌我识别
目标上瞄准点的选择
① CMAG研究计划
转动来扫描，优点是扫描线性好、精度高， 缺点是体积大、价格高；
一 基 本 知 识
检流计式振镜扫描器，扫描角15；
声子偏转器，利用声光效应使入射光线产 生偏转而实现光扫描，声光偏转器的扫描
角不大，一般在3左右
压电扫描器，利用逆压电效应产生摆动的 新型扫描器； 全息光栅扫描器。 光学相位扫描 MEMS扫描器
激 光 成 像 雷 达
彩色编码三维距离图像，很好地满足了航路导 引和末段制导的要求。
激 光 成 像 雷 达
F15E挂飞实验照片
③
美国海军“辐射亡命徒”先期技术演示计划
1992年,用激光雷达远距离非合作识别空中
和地面目标。 采用CO2激光成像雷达，由海军空战中心设 计，组装在Pack Tack吊舱中。
5.
激光雷达的基本体制
同微波雷达一样，可以依据信号形式、 探测方式和测量原理等对激光雷达体制
一 基 本 知 识
进行分类。
按不同信号形式: ①脉冲 ②连续波 ③每一类中又有不同的信号波形。
按不同探测方式: ①直接探测（能量探测）; ②相干探测（外差探测）
按不同功能:
①跟踪雷达（测距和测角）; ②测速雷达（测量多普勒信息）;
雷达基本工作原理ppt课件
3 对方位分辨率和测方位精度的关系
工作波长越短，天线水平波束宽度越窄，方位分辨率和测方位进 度越高
4 抗杂波干扰能力的关系
工作波长越短，雨雪海浪等对雷达波德反射越强，干扰越大
29
5.2 脉冲宽度对使用性能影响
1 对最大作用距离的影响
脉冲宽度越大，能量越大，作用距离越大
2 对最小作用距离的关系
固定距标圈 荧光屏边缘
10
1.4 雷达的测距与测向原理
1. 雷达测距原理 Δ t: 往返于天线与目标的时间, C: 电磁波在空间传播速度3×108m/s。
R
=
1 C
×Δ
t
2
2. 雷达测向原理 借助于定向天线 － 扫描.
11
2 雷达基本组成
微波传输线 发射脉冲
发射机
天线
回波 T/R
触发器
接收机
电源
测 (2)
无视线限制
测量目标参数 距离，方位，速度，航向...
导航 (1) 避碰
(2) 定位
7
雷达/ARPA, ECDIS, GPS/DGPS和自动舵构成的自动 船桥系统是未来主要的导航系统
8
1.3雷达考核内容
雷达结构及其工作原理 雷达影像失真的特点及其产生原因 影响雷达正常观测的诸要素 雷达测距/测方位 雷达定位与导航 雷达航标
28
5.1 工作波长对使用性能影响
1 对最大作用距离的影响
正常天气观测较小的物标时，3cm雷达的rmax要比10cm的大 雨雪天，则10cm雷达的rmax要比3cm雷达的大得多
2 对距离分辨率和测距精度的关系
工作波长越短，脉冲前沿越短，测距精度高；脉冲前沿越短，有 利于缩短脉冲宽度，提高距离分辨率
工作波长越短，天线水平波束宽度越窄，方位分辨率和测方位进 度越高
4 抗杂波干扰能力的关系
工作波长越短，雨雪海浪等对雷达波德反射越强，干扰越大
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5.2 脉冲宽度对使用性能影响
1 对最大作用距离的影响
脉冲宽度越大，能量越大，作用距离越大
2 对最小作用距离的关系
固定距标圈 荧光屏边缘
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1.4 雷达的测距与测向原理
1. 雷达测距原理 Δ t: 往返于天线与目标的时间, C: 电磁波在空间传播速度3×108m/s。
R
=
1 C
×Δ
t
2
2. 雷达测向原理 借助于定向天线 － 扫描.
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2 雷达基本组成
微波传输线 发射脉冲
发射机
天线
回波 T/R
触发器
接收机
电源
测 (2)
无视线限制
测量目标参数 距离，方位，速度，航向...
导航 (1) 避碰
(2) 定位
7
雷达/ARPA, ECDIS, GPS/DGPS和自动舵构成的自动 船桥系统是未来主要的导航系统
8
1.3雷达考核内容
雷达结构及其工作原理 雷达影像失真的特点及其产生原因 影响雷达正常观测的诸要素 雷达测距/测方位 雷达定位与导航 雷达航标
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5.1 工作波长对使用性能影响
1 对最大作用距离的影响
正常天气观测较小的物标时，3cm雷达的rmax要比10cm的大 雨雪天，则10cm雷达的rmax要比3cm雷达的大得多
2 对距离分辨率和测距精度的关系
工作波长越短，脉冲前沿越短，测距精度高；脉冲前沿越短，有 利于缩短脉冲宽度，提高距离分辨率