激光雷达

　　激光雷达LiDAR(Light Detection and Ranging) ，是激光探测及测距系统的简称，与微波雷达相类似，是探测目标的位置、速度等特征量的雷达系统。其工作方式是向目标发射探测激光信号，然后将接收到的从目标反射回来的信号与发射信号进行比较处理，以此获得目标的有关信息，如目标距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等参数并生成点云数据，实现对目标的探测、跟踪和识别。

　　激光雷达根据激光线数不同分为2D以及3D激光雷达，单线2D-Lidar生成二维平面地图，多用于室内机器人导航、仓库AGV等应用;多线3D-Lidar生成三维地图, 提供FOV内目标物完整的距离、角度和高度信息，广泛用于自动驾驶、地形测绘以及三维高精地图的构建(3D-SLAM)。

　　激光雷达按照扫描方式分为机械扫描式(包括机轴旋转式、转镜式)、MEMS扫描式、Flash以及OPA+FMCW式。

　　TOF原理图

　　a) 机械扫描式

　　机械扫描式

　　机械扫描式激光雷达采用TOF原理，通过旋转的机械镜面来对激光光束发射和接收到回波信号之间的时间差进行测量，进而确定目标物体的距离信息和方位信息，实现对周围360°的扫描成像。

　　机械扫描点云数据

　　b) MEMS扫描

　　MEMS扫描式

　　MEMS激光雷达不使用机械电机方案，而是使用半导体方案来扫描或引导光线，。MEMS将包括反射镜在内的所有机械器件全部集成于单个芯片上，利用驱动信号(电热、电磁、静电、压电效应)控制微型反射镜的快速振动来实现MEMS雷达激光光束扫描。

　　微镜位置、方向、角度时域图

　　c) Flash

Flash式激光扫描

　　激光发射单元在极短的时间内以面阵激光脉冲的形式对探测目标进行照射，经探测目标反射的回波信号由接收系统中位于透镜焦平面处的阵列传感器完成光电转换，根据阵列上每个像素点记录的飞行时间信息来进行测距，并完成对探测目标三维图像的绘制。

　　3D Flash点云

　　d) OPA+FMCW

　　OPA扫描原理图

　　激光器功率均分到多路相位调制器阵列，光场通过光学天线发射，在空间远场相干叠加形成一个具有较强能量的光束。经过特定相位调制后的光场在发射天线端产生波前的倾斜，从而在远场反映成光束的偏转，通过施加不同相位，可以获得水平方向上不同角度的光束扫描。另外通过改变光学频率梳中不同梳齿的波长，可实现在垂直方向上的光束控制。

　　OPA扫描水平/垂直方向角度

　　与OPA结合使用的FMCW是利用可调谐半导体激光器进行驱动，进而生成光频率随着时间以三角波规律变化的信号。通过对生成的信号进行分光处理，将其分为本振光和信号光两部分，激光光束经过激光发射系统发射后照射到待测目标表面上，本振光与信号光的回波信号在光电探测器上混频。混频后的中频信号通过傅里叶变换等方法进行数据采集和处理，从而提取出目标的距离、速度等信息。

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