智能汽车测控技术 课件 第3章-第3讲 激光雷达.pptx

智能汽车测控技术

第3讲激光雷达1.定义1.雷达雷达，是英文“Radar”的音译，英文全称是RadioDetectionandRanging，即无线电探测和测距。雷达向目标发射无线电波，通过发送信号与目标反射信号进行对比，来获得目标至发射点距离、距离变化率、方位、高度以及角度等信息。

第3讲激光雷达1.定义1.雷达雷达按频段可分为：超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。如下图所示。雷达频段分类图

第3讲激光雷达1.定义1.雷达目前应用于汽车无人驾驶的雷达主要有三种：(1)介于微波和红外线之间，频率范围10GHz-200GHz，波长为毫米级，毫米波雷达。(2)介于红外线和可见光之间，频率大致为1014Hz(100000GHz)，波长为纳米级，激光雷达。(3)频率高于20000Hz的超声波雷达。

第3讲激光雷达1.定义2.激光雷达激光雷达是工作在光波频段的雷达，它利用光波频段的电磁波先向目标发射探测信号，然后将其接收到的同波信号与发射信号相比较，从而获得目标的位置（距离、方位和高度）、运动状态（速度、姿态）等信息，实现对目标的探测、跟踪和识别。

第3讲激光雷达1.定义2.激光雷达激光雷达可以分别按照探测体系、应用方向、线束、基于机械/电子部件分类，如下表所示。

第3讲激光雷达1.定义2.激光雷达下图是机械旋转激光雷达的组成，依靠伺服电机，将投射到反射镜的激光旋转投射出去，遇到障碍物反射回收，通过接收器接收回波信号。由于内部核心包含激光器、扫描器、光学组件、光电探测器、接收IC以及位置和导航器件等复杂且精密的部件，硬件成本较高。

第3讲激光雷达2.原理及特点1.工作原理激光雷达的成像原理：发射器和接收器连接在一个可以旋转的机械结构上，某时刻发射器将激光发射出去，之后接收器接收返回的激光并计算激光与物体碰撞点到雷达原点的距离。由于每次发射/接收的角度是预先设定的，因此根据距离、水平角度和垂直角度就能求出碰撞点相对于激光雷达中心的坐标。每条线每次发射激光得到的数据由一个四元组(x,y,z,i)表示，其中(x,y,z)是三维坐标，i表示反射强度。

第3讲激光雷达2.原理及特点1.工作原理某款16线激光雷达的成像原理如图所示：

第3讲激光雷达2.原理及特点1.工作原理下图是典型的一帧数据的可视化图：

第3讲激光雷达2.原理及特点2.数据特点激光雷达采集到的三维数据通常被称为点云。激光雷达的点云数据结构比较简单，点云数据构成如图所示：

第3讲激光雷达2.原理及特点2.数据特点激光点云数据还有以下特点：(1)距离中心点越远点云越稀疏；(2)机械激光雷达的帧率常用10Hz；(3)点与点之间根据成像原理有内在联系；(4)激光雷达生成的数据中不能确定所有区域是否存在障碍物；(5)激光雷达生成的数据一般不会出现噪声点，但是其他激光雷达可能会对其造成影响，另外落叶、雨雪、沙尘、雾霾也会产生噪声点；(6)与激光雷达有相对运动的物体的点云会出现偏移。

第3讲激光雷达3.测距原理激光雷达的测距原理是通过测算激光发射信号与激光回波信号的往返时间，从而计算出目标的距离。根据所发射激光信号的不同形式，激光测距方法有脉冲测距法、干涉测距法和相位测距法等。

第3讲激光雷达3.测距原理1.脉冲测距法?

第3讲激光雷达3.测距原理2.干涉测距法通过激光器发射出一束激光，通过分光镜分为两束相干光波，两束光波各自经过反射镜M1和M2反射回来，在分光镜处又汇合到一起。由于两束光波的路程差不同，通过干涉后形成的明暗条纹也不同，所以传感器将干涉条纹转换为电信号之后，就可以实现测距。

第3讲激光雷达3.测距原理3.相位测距法?

第3讲激光雷达4.标定1.单个激光雷达的坐标转换由于激光雷达封装的数据包仅为水平旋转角度和距离参量，为了呈现三维点云图的效果，可将极坐标下的角度和距离信息转化为笛卡尔坐标系下的XYZ坐标。雷达极坐标与XYZ坐标的映射如下图所示。

第3讲激光雷达4.标定1.单个激光雷达的坐标转换雷达极坐标与XYZ坐标转换关系如下所示：?

第3讲激光雷达4.标定2.激光雷达的标定激光雷达与车体为刚性连接，两者间的相对姿态和位移固定不变，为了建立激光雷达之间以及激光雷