激光雷達測距測速原理

《激光雷達測距測速原理》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。

1、激光雷達測距測速原理1.激光雷達通用方程激光雷達方程用來表示一定條件下，激光雷達回波信號的功率，其形式如下：為回波信號功率，為激光雷達發(fā)射功率，K是發(fā)射光束的分布函數，分別是激光雷達發(fā)射系統到目標和目標到接收系統的大氣透過率，分別是發(fā)射系統和接收系統的透過率，為發(fā)射激光的發(fā)散角，分別是發(fā)射系統到目標和目標到接收系統的距離，為目標的雷達截面，為接收孔徑。方程作用：激光雷達方程可以在研發(fā)激光雷達初期確定激光雷達的性能。其次，激光雷達方程提供了回波信號與被探測物的光學性質之間的函數關系，因此可以通過激光雷

2、達探測的回波信號，通過求解激光雷達方程獲得有關大氣性質的信息。2.激光雷達測距基本原理2.1脈沖法脈沖激光雷達測距的基本原理是，在測距點向被測目標發(fā)射一束短而強的激光脈沖，激光脈沖到達目標后會反射回一部分被光功能接收器接收。假設目標距離為L，激光脈沖往返的時間間隔是t，光速為c，那么測距公式為L=tc/2。時間間隔t的確定是測距的關鍵，實際的脈沖激光雷達利用時鐘晶體振蕩器和脈沖計數器來確定時間t，時鐘晶體振蕩器用于產生固定頻率的電脈沖震蕩T=1/f，脈沖計數器的作用就是對晶體振蕩器產生的電脈沖計數N

3、。如圖所示，信息脈沖為發(fā)射脈沖，整形脈沖為回波脈沖，從發(fā)射脈沖開始，晶振產生脈沖與計數器開始計數時間上是同步觸發(fā)的。因此時間間隔t=NT。由此可得出L=NC/2f。圖1脈沖激光測距原理圖1.1相位法相位測距法也稱光束調制遙測法，激光雷達相位法測距是利用發(fā)射的調制光和被目標反射的接受光之間光強的相位差包含的距離信息來實現被測距離的測量?；夭ǖ难舆t產生了相位的延遲，測出相位差就得到了目標距離。假設發(fā)射處與目標的距離為D，激光速度為c，往返的間隔時間為t，則有：圖2相位法測距原理圖假設f為調制頻率，N為光

4、波往返過程的整數周期，為總的相位差。則間隔時間t還可以表示為：所以：定義為測尺或刻度，為余尺則：因為L是已知的，所以只需求出N和，就可得知目標距離D?？梢酝ㄟ^儀器測得，但不能測得N值，因此上面的方程存在多值解即，測距存在多樣性。假設我們能預先知道目標距離在一個刻度L之內，即N=0，此時測距結果將是唯一的。假設光調制頻率，則L=1000m，當被測距離小于1000m時，測距值是唯一的。1.1對比分析激光雷達脈沖法測距：優(yōu)點：測量距離遠，一般大于1000m。系統體積小，抗干擾能力強。缺點：精度較低，一般大

5、于1m。激光雷達相位法測距：優(yōu)點：測量精度高。缺點：測量距離較近，一般為一個刻度L內的距離。（300-1000m）。受激光調制相位測試精度和相位調制頻率的限制，系統造價成本高。相位法測距存在矛盾：測量距離大會導致精度不高，要想提高精度測量距離又會受限（刻尺L較短）。1.激光雷達測速基本原理激光雷達測速的方法主要有兩大類，一類是基于激光雷達測距原理實現，即以一定時間間隔連續(xù)測量目標距離，用兩次目標距離的差值除以時間間隔就可得知目標的速度值，速度的方向根據距離差值的正負就可以確定。這種方法系統結構簡單，

6、測量精度有限，只能用于反射激光較強的硬目標。另一類測速方法是利用多普勒頻移。多普勒頻移是指當目標與激光雷達之間存在相對速度時，接收回波信號的頻率與發(fā)射信號的頻率之間會產生一個頻率差，這個頻率差就是多普勒頻移。它的數值為：式中，為多普勒頻移，單位Hz。為激光雷達與目標間的徑向相對速度m/s。為發(fā)射激光的波長，單位m。當目標向著激光雷達運動時，回波信號頻率提高也就是激光雷達與被測目標的距離減??；反之，回波信號的頻率降低，激光雷達與被測目標距離增大。所以只要能夠測量出多普勒頻移，就可以確定目標與激光雷達的

7、相對速度。對于車載激光雷達，就可以根據自身車速推算出被測目標的速度。數據采集數據采集剔除粗差濾波分割面片組合地物特征城市地物點云塊特征識別建模識別點云塊特征城市地物地物特征面片組合分割濾波剔除粗差