激光雷達(dá)技術(shù)原理與系統(tǒng)解析(三)
掃描模塊決定激光雷達(dá)的視場(chǎng)與分辨率。機(jī)械式的旋轉(zhuǎn)速度(如 600 轉(zhuǎn) / 分)決定水平幀率,線數(shù)決定垂直分辨率;MEMS 振鏡的擺動(dòng)角度(如 ±20°)和頻率(如 500Hz)決定掃描范圍與更新率;OPA 的波束轉(zhuǎn)向角度由相位控制精度決定,目前可實(shí)現(xiàn) 0.1° 的角度分辨率。多線激光雷達(dá)通過不同線束的垂直角度差(如 0.4°)覆蓋更大垂直視場(chǎng),例如 64 線雷達(dá)可在 - 25° 至 + 15° 范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn) 0.5° 的角度間隔。
信號(hào)處理單元是點(diǎn)云質(zhì)量的保障。通過時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)或模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)精確測(cè)量飛行時(shí)間,精度可達(dá) 10 皮秒(對(duì)應(yīng)距離精度 3 毫米)。針對(duì)雨、雪、灰塵等干擾,采用回波檢測(cè)算法(如多脈沖累加、閾值自適應(yīng))提升信噪比;對(duì)玻璃、水面等低反射率目標(biāo),通過增加發(fā)射功率或延長(zhǎng)積分時(shí)間增強(qiáng)回波信號(hào)。點(diǎn)云去噪算法(如統(tǒng)計(jì)濾波、半徑濾波)可剔除誤檢點(diǎn),使有效點(diǎn)保留率提升至 95% 以上。
應(yīng)用場(chǎng)景:技術(shù)特性與場(chǎng)景適配
激光雷達(dá)的技術(shù)選型需與應(yīng)用場(chǎng)景的需求匹配,不同領(lǐng)域?qū)π阅艿囊蟛町愶@著。
自動(dòng)駕駛領(lǐng)域分高低速場(chǎng)景:高速自動(dòng)駕駛(如 Robotaxi)需 128 線激光雷達(dá),在 200 米范圍內(nèi)保持≥100 點(diǎn) /㎡的點(diǎn)云密度,以識(shí)別遠(yuǎn)距離車輛的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì);低速場(chǎng)景(如園區(qū)接駁車)則可采用 16 線激光雷達(dá),重點(diǎn)優(yōu)化 5-30 米內(nèi)的近距離感知,通過廣角鏡頭(水平視場(chǎng)角≥120°)覆蓋側(cè)向行人,成本可控制在 500 美元以內(nèi)。在城市道路,激光雷達(dá)需配合攝像頭識(shí)別交通信號(hào)燈,但在隧道、暴雨等攝像頭失效的場(chǎng)景,激光雷達(dá)成為主要感知手段。
測(cè)繪與地理信息中,機(jī)載激光雷達(dá)(LiDAR)通過無人機(jī)或飛機(jī)搭載,以 1064nm 波長(zhǎng)(穿透植被能力強(qiáng))實(shí)現(xiàn)地面三維建模,點(diǎn)云密度可達(dá) 50-200 點(diǎn) /㎡,高程精度≤10 厘米,廣泛用于地形測(cè)繪、森林資源調(diào)查(通過多層回波區(qū)分樹冠與地面)。地面移動(dòng)測(cè)繪車則結(jié)合 IMU 和 GPS,將激光雷達(dá)點(diǎn)云與影像融合,生成厘米級(jí)精度的城市三維模型,用于數(shù)字孿生建設(shè)。
工業(yè)與機(jī)器人領(lǐng)域側(cè)重近距離高精度:倉儲(chǔ)機(jī)器人采用三角測(cè)距激光雷達(dá)(量程 0.5-10 米),以 50Hz 幀率檢測(cè)貨架與障礙物,定位精度 ±2 厘米;工業(yè)檢測(cè)中,Flash 激光雷達(dá)可在 1 秒內(nèi)完成對(duì)機(jī)械零件的三維掃描,點(diǎn)云分辨率達(dá) 0.1 毫米,用于尺寸公差檢測(cè)。在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域,激光雷達(dá)可測(cè)量作物高度與密度,為精準(zhǔn)灌溉提供數(shù)據(jù)支持。