時間:2023-10-30 已閱讀:4374次
伴隨無人駕駛的日趨成熟,機器之眼也從高端局走向了普羅大眾,主流用于周圍環(huán)境感測的傳感器激光雷達、毫米波雷達的紛爭也隨之成為大家茶余飯后的熱議話題。本篇則拋磚引玉,帶大家粗淺的了解它們的原理、系統(tǒng)架構(gòu)、探測方式、應(yīng)用及優(yōu)缺點。
激光雷達
激光雷達是一種集激光、全球定位系統(tǒng) (GPS) 和慣性測量設(shè)備三種技術(shù)于一身的系統(tǒng),也稱為LiDAR (Light Detection and Ranging) 。
激光雷達(Model:ABAX-CZ-80)
激光雷達以激光器為輻射源雷達,通過向目標(biāo)發(fā)射激光束探測目標(biāo)的位置、速度等特征量,并根據(jù)接收到的從目標(biāo)反射回來的信號(目標(biāo)回波)與發(fā)射信號進行比較,經(jīng)過適當(dāng)處理后,可以獲得目標(biāo)的有關(guān)信息,如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù),從而實現(xiàn)對飛機、導(dǎo)彈等目標(biāo)進行探測、跟蹤和識別。
以下是激光雷達技術(shù)與應(yīng)用的一些關(guān)鍵知識點:
1、工作原理
激光雷達的工作原理是向目標(biāo)發(fā)射探測信號(激光束) ,然后將接收到的從目標(biāo)反射回來的信號 (目標(biāo)回波)與發(fā)射信號進行比較,作適當(dāng)處理后,就可獲得目標(biāo)的有關(guān)信息,如目標(biāo)距離、方位、高度、速度、姿態(tài)、甚至形狀等參數(shù)。
2、系統(tǒng)組成
激光雷達系統(tǒng)主要由激光發(fā)射機、光學(xué)接收機、轉(zhuǎn)臺和信息處理系統(tǒng)等組成。其中,激光發(fā)射機將電脈沖變成光脈沖發(fā)射出去,光學(xué)接收機再把從目標(biāo)反射回來的光脈沖還原成電脈沖,然后送到顯示器進行顯示。
(圖片來源網(wǎng)絡(luò),侵刪)
3、探測方式
1. 直接探測激光雷達
直接探測激光雷達通過直接接收目標(biāo)反射或散射的激光束,從而獲取目標(biāo)的信息。這種方式的優(yōu)點是簡單可靠,適用于遠(yuǎn)距離探測和高速運動目標(biāo)的測量。但是,由于直接探測激光雷達的接收器會接收到背景噪聲和其他干擾信號,因此需要采取一定的抗干擾措施。
2. 干涉儀激光雷達
干涉儀激光雷達利用激光束的干涉現(xiàn)象來探測目標(biāo)。當(dāng)兩束激光干涉時,會產(chǎn)生明暗相間的條紋,通過測量條紋的數(shù)量和變化,可以確定目標(biāo)的距離和速度。干涉儀激光雷達具有高精度和高分辨率,但是需要穩(wěn)定的干涉條件和精密的測量儀器,因此成本較高。
3. 掃描激光雷達
掃描激光雷達通過掃描激光束來獲取目標(biāo)的信息。它通常采用機械或非機械方式來控制激光束的指向,對目標(biāo)進行逐點掃描,并接收反射或散射的激光信號。掃描激光雷達可以獲得目標(biāo)的詳細(xì)一維形狀和位置信息,但是掃描時間和數(shù)據(jù)采集時間較長。
4. 相控陣激光雷達
相控陣激光雷達采用一組小型發(fā)射器陣列來發(fā)射激光束,并通過相位控制技術(shù)來精確控制每個發(fā)射器的相位,這種方式的優(yōu)點是具有高精度、高分辨率和高速數(shù)據(jù)采集能力,同時具有較廣的視角和較強的抗干擾能力。但是,相控陣激光雷達的成本較高,并且需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)和技術(shù)。
4、應(yīng)用領(lǐng)域
激光雷達被廣泛用于航空測量地形測繪、無人駕駛、氣象觀測、遙感等領(lǐng)域。相比普通微波雷達,激光雷達因為使用的是激光束,工作頻率較高,從而具有更高的精度和分辨率。同時,由于激光雷達的隱蔽性好,抗干擾能力強,使得它在軍事應(yīng)用中也有著廣泛的應(yīng)用前景。
5、激光雷達優(yōu)缺點
激光雷達優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾點:
1.分辨率高
激光雷達的分辨率較高,能夠獲取目標(biāo)的詳細(xì)信息,如速度、距離、角度等。
2.抗干擾能力強
激光雷達的信號是光速,不易受電磁干擾和無線電干擾。
3.信息處理能力強
激光雷達可以獲取目標(biāo)的多種信息,如形狀、大小、方向等,便于進行目標(biāo)分類和識別。
激光雷達缺點:主要表現(xiàn)在成本相對較高,對環(huán)境要求較高、難以處理復(fù)雜環(huán)境和惡劣天氣等方面。
毫米波雷達
毫米波雷達是工作在毫米波波段 (30~300GHz,波長為1~10mm) 的雷達。它兼有微波雷達和光電雷達的一些優(yōu)點,具有高分辨率、高靈敏度、抗干擾和反隱身能力強的特點,穿透霧、煙、灰塵的能力也較強,全天候(大雨天除外)全天時工作。因此,毫米波雷達在目標(biāo)識別、成像、跟蹤、測量和定位等方面具有廣泛應(yīng)用。
以下是毫米波雷達技術(shù)與應(yīng)用的一些關(guān)鍵知識點:
1、工作原理
通過發(fā)射機發(fā)射毫米波信號,信號遇到目標(biāo)后反射毫米波信號遇到目標(biāo)后,會反射回來,被雷達接收機接收。通過對反射信號的頻率、相位、幅度等信息進行測量和比較,可以獲得目標(biāo)的距離、速度、方位角等信息。
2、系統(tǒng)組成
毫米波雷達系統(tǒng)通常由天線、發(fā)射器、接收器、處理器等部分組成。其中,發(fā)射系統(tǒng)是毫米波雷達的核心部件,主要由射頻發(fā)生器、功率放大器、鎖相環(huán)等組成,主要負(fù)責(zé)產(chǎn)生并放大毫米波信號,以便向目標(biāo)物體發(fā)射;接收系統(tǒng)則主要由低噪聲放大器、混頻器、濾波器等部分組成,主要負(fù)責(zé)將接收到的毫米波信號放大和濾波,同時進行信號處理。
(圖片來源網(wǎng)絡(luò),侵刪)
3、探測方式
1.脈沖雷達
脈沖雷達通過發(fā)射毫米波段的脈沖信號,然后接收目標(biāo)物體反射回來的信號,通過測量反射信號的時間差和相位差來計算目標(biāo)物體的距離和速度。
2.連續(xù)波雷達
連續(xù)波雷達通過發(fā)射連續(xù)的毫米波信號,同時接收目標(biāo)物體反射回來的信號,通過測量反射信號的頻率變化來計算目標(biāo)物體的距離和速度。
3.合成孔徑雷達
合成孔徑雷達通過發(fā)射毫米波信號,然后接收目標(biāo)物體反射回來的信號,通過多個脈沖信號的相位差來計算目標(biāo)物體的距離和速度。
4、應(yīng)用領(lǐng)域
毫米波雷達具有高分辨率、高精度、高可靠性、抗干擾能力強等優(yōu)勢,被廣泛應(yīng)用于汽車交通、醫(yī)學(xué)、建筑、航空航天、安全監(jiān)控等領(lǐng)域,尤其在自動駕駛汽車、智能城市等領(lǐng)域中具有非常重要的作用。
5、毫米波雷達優(yōu)缺點
毫米波雷達優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾點:
1.穿透能力強
毫米波雷達可以穿透霧雨、雪等惡劣天氣,具有較強的穿透能力。
2.識別能力強
毫米波雷達可以識別物體的形狀和大小,能夠較好地分辨出車輛、行人等不同目標(biāo)。
3.成本適中
毫米波雷達的成本相對較低,適合大規(guī)模生產(chǎn)和應(yīng)用。
毫米波雷達缺點主要表現(xiàn)在:分辨率較低、對移動目標(biāo)的檢測能力較弱、容易受到地形和建筑物等復(fù)雜環(huán)境的影響等方面。
結(jié)語
綜合來看,激光雷達和毫米波雷達各有優(yōu)劣,需要根據(jù)具體應(yīng)用場景來選擇合適的傳感器。例如,在需要高精度和高分辨率的應(yīng)用場景下,可以選擇激光雷達;而在需要穿透能力強、成本適中的應(yīng)用場景下,則可以選擇毫米波雷達。