一文讀懂激光雷達全分類

       激光雷達是集激光、全球定位系統（GPS）、和IMU（慣性測量裝置）三種技術爲一身的系統，相比普通雷達，激光雷達具備分辨率高，隱蔽性好、抗干擾能力更強等優點。隨着科技的不斷髮展，激光雷達的應用愈來愈普遍，在機器人、無人駕駛、無人車等領域都能看到它的身影，有需求必然會有市場，隨着激光雷達需求的不斷增大，激光雷達的種類也變得琳琅滿目，按照使用功能、探測方式、載荷平臺等激光雷達可分爲不一樣的類型。

激光雷達類型圖（拖動圖片可擴大查看）

      激光雷達按功能分類：

      激光測距雷達

      激光測距雷達是經過對被測物體發射激光光束，並接收該激光光束的反射波，記錄該時間差，來肯定被測物體與測試點的距離。傳統上，激光雷達可用於工業的安全檢測領域，如科幻片中看到的激光牆，當有人闖入時，系統會立馬作出反應，發出預警。另外，激光測距雷達在空間測繪領域也有普遍應用。但隨着人工智能行業的興起，激光測距雷達已成爲機器人體內不可或缺的核心部件，配合SLAM技術使用，可幫助機器人進行實時定位導航，，實現自主行走。思嵐科技研製的rplidar系列配合slamware模塊使用是目前服務機器人自主定位導航的典型表明，其在25米測距半徑內，可完成每秒上萬次的激光測距，並實現毫米級別的解析度。

      激光測速雷達

      激光測速雷達是對物體移動速度的測量，經過對被測物體進行兩次有特定時間間隔的激光測距，從而獲得該被測物體的移動速度。

      激光雷達測速的方法主要有兩大類，一類是基於激光雷達測距原理實現，即以必定時間間隔連續測量目標距離，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能夠肯定。這種方法系統結構簡單，測量精度有限，只能用於反射激光較強的硬目標。

      另外一類測速方法是利用多普勒頻移。多普勒頻移是指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。

      大氣探測激光雷達

      大氣探測激光雷達主要是用來探測大氣中的分子、煙霧的密度、溫度、風速、風向及大氣中水蒸氣的濃度的，以達到對大氣環境進行監測及對暴風雨、沙塵暴等災害性天氣進行預報的目的。

      激光成像雷達

      激光成像雷達可用於探測和跟蹤目標、得到目標方位及速度信息等。它可以完成普通雷達所不能完成的任務，如探測潛艇、水雷、隱藏的軍事目標等等。在軍事、航空航天、工業和醫學領域被普遍應用。

      跟蹤雷達

      跟蹤雷達能夠連續的去跟蹤一個目標，並測量該目標的座標，提供目標的運動軌跡。不只用於火炮控制、導彈制導、外彈道測量、衛星跟蹤、突防技術研究等，並且在氣象、交通、科學研究等領域也在日益擴大。

 
      按工做介質分類：

      固體激光雷達

      固體激光雷達峯值功率高，輸出波長範圍與現有的光學元件與器件，輸出長範圍與現有的光學元件與器件(如調製器、隔離器和探測器）以及大氣傳輸特性相匹配等，並且很容易實現主振盪器-功率放大器（MOPA）結構，再加上效率高、體積小、重量輕、可靠性高和穩定性好等導體，固體激光雷達優先在機載和天基系統中應用。近年來，激光雷達發展的重點是二極管泵浦固體激光雷達。

      氣體激光雷達

      氣體激光雷達以CO2激光雷達爲表明，它工做在紅外波段 ，大氣傳輸衰減少，探測距離遠，已經在大氣風場和環境監測方面發揮了很大做用，但體積大，使用的中紅外 HgCdTe探測器必須在77K溫度下工做,限制了氣體激光雷達的發展。

      半導體激光雷達

      半導體激光雷達能以高重複頻率方式連續工做，具備長壽命，小體積，低成本和對人眼傷害小的優勢，被普遍應用於後向散射信號比較強的Mie散射測量，如探測雲底高度。半導體激光雷達的潛在應用是測量能見度，得到大氣邊界層中的氣溶膠消光廓線和識別雨雪等，易於製成機載設備。目前芬蘭Vaisala公司研製的CT25K激光測雲儀是半導體測雲激光雷達的典型表明，其雲底高度的最大測量範圍達7500m。

      按線數分類：

      單線激光雷達

      單線激光雷達主要用於規避障礙物，其掃描速度快、分辨率強、可靠性高。因爲單線激光雷達比多線和3D激光雷達在角頻率和靈敏度反映更加快捷，因此，在測試周圍障礙物的距離和精度上都更加精確。可是，單線雷達只能平面式掃描，不能測量物體高度，有必定侷限性。當前主要應用於服務機器人身上，如咱們常見的掃地機器人。

      多線激光雷達

      多線激光雷達主要應用於汽車的雷達成像，相比單線激光雷達在維度提高和場景還原上有了質的改變，能夠識別物體的高度信息。多線激光雷達常規是2.5D，最多能夠作到3D。目前在國際市場上推出的主要有 4線、8線、16 線、32 線和 64 線。但價格高昂，大多車企不會選用。

      按掃描方式分類：

      MEMS型激光雷達

      MEMS 型激光雷達能夠動態調整本身的掃描模式，以此來聚焦特殊物體，採集更遠更小物體的細節信息並對其進行識別，這是傳統機械激光雷達沒法實現的。MEMS整套系統只需一個很小的反射鏡就能引導固定的激光束射向不一樣方向。因爲反射鏡很小，所以其慣性力矩並不大，能夠快速移動，速度快到能夠在不到一秒時間裏跟蹤到 2D 掃描模式。

      Flash型激光雷達

      Flash型激光雷達能快速記錄整個場景，避免了掃描過程當中目標或激光雷達移動帶來的各類麻煩，它運行起來比較像攝像頭。激光束會直接向各個方向漫射，所以只要一次快閃就能照亮整個場景。隨後，系統會利用微型傳感器陣列採集不一樣方向反射回來的激光束。Flash LiDAR有它的優點，固然也存在必定的缺陷。當像素越大，須要處理的信號就會越多，若是將海量像素塞進光電探測器，必然會帶來各類干擾，其結果就是精度的降低。

      相控陣激光雷達

      相控陣激光雷達搭載的一排發射器能夠經過調整信號的相對相位來改變激光束的發射方向。目前大多數相控陣激光雷達還在實驗室裏呆着，而如今仍停留在旋轉式或 MEMS 激光雷達的時代，

      機械旋轉式激光雷達

      機械旋轉式激光雷達是發展最先的激光雷達，目前技術比較成熟，但機械旋轉式激光雷達系統結構十分複雜，且各核心組件價格也都頗爲昂貴，其中主要包括激光器、掃描器、光學組件、光電探測器、接收IC以及位置和導航器件等。因爲硬件成本高，致使量產困難，且穩定性也有待提高，目前固態激光雷達成爲不少公司的發展方向。

      按探測方式分類：

      直接探測激光雷達

      直接探測型激光雷達的基本結構與激光測距機頗爲相近。工做時，由發射系統發送一個信號，經目標反射後被接收系統收集，經過測量激光信號往返傳播的時間而肯定目標的距離。至於目標的徑向速度，則能夠由反射光的多普勒頻移來肯定，也能夠測量兩個或多個距離，並計算其變化率而求得速度。

      相干探測激光雷達

      相干探測型激光雷達有單穩與雙穩之分，在所謂單穩系統中，發送與接收信號共用一個光學孔徑，並由發送-接收開關隔離。而雙穩系統則包括兩個光學孔徑，分別供發送與接收信號使用，發送-接收開關天然再也不須要，其他部分與單穩系統相同。
     

      按激光發射波形分類：

      連續型激光雷達

      從激光的原理來看，連續激光就是一直有光出來，就像打開手電筒的開關，它的光會一直亮着（特殊狀況除外）。連續激光是依靠持續亮光到待測高度，進行某個高度下數據採集。因爲連續激光的工做特色，某時某刻只能採集到一個點的數據。由於風數據的不肯定特性，用一點表明某個高度的風況，顯然有些片面。所以有些廠家折中的辦法是採起旋轉360度，在這個圓邊上面採集多點進行平均評估，顯然這是一個虛擬平面中的多點統計數據的概念。

      脈衝型激光雷達

      脈衝激光輸出的激光是不連續的，而是一閃一閃的。脈衝激光的原理是發射幾萬個的激光粒子，根據國際通用的多普勒原理，從這幾萬個激光粒子的反射狀況來綜合評價某個高度的風況，這個是一個立體的概念，所以纔有探測長度的理論。從激光的特性來看，脈衝激光要比連續激光測量的點位多幾十倍，更可以精確的反應出某個高度風況。

      按載荷平臺分類：

      機載激光雷達

      機載激光雷達是將激光測距設備、GNSS設備和INS等設備緊密集成，以飛行平臺爲載體，經過對地面進行掃描，記錄目標的姿態、位置和反射強度等信息，獲取地表的三維信息，並深刻加工獲得所需空間信息的技術。在軍民用領域都有普遍的潛力和前景。機載激光雷達探測距離近，激光在大氣中傳輸時，能量受大氣影響而衰減，激光雷達的做用距離在20公里之內，尤爲在惡劣氣候條件下，好比濃霧、大雨和煙、塵，做用距離會大大縮短，難以有效工做。大氣湍流也會不一樣程度上下降激光雷達的測量精度。

 
      車載激光雷達

      車載激光雷達又稱車載三維激光掃描儀，是一種移動型三維激光掃描系統，能夠經過發射和接受激光束，分析激光遇到目標對象後的折返時間，計算出目標對象與車的相對距離，並利用收集的目標對象表面大量的密集點的三維座標、反射率等信息，快速復建出目標的三維模型及各類圖件數據，創建三維點雲圖，繪製出環境地圖，以達到環境感知的目的。車載激光雷達在自動駕駛「造車」大潮中扮演的角色正愈來愈重要，諸如谷歌、百度、寶馬、博世、德爾福等企業，都在其自動駕駛系統中使用了激光雷達，帶動車載激光雷達產業迅速擴大。

      地基激光雷達

      地基激光雷達能夠獲取林區的3D點雲信息，利用點雲信息提取單木位置和樹高，它不只節省了人力和物力，還提升了提取的精度，具備其它遙感方式所沒法比擬的優點。經過對國內外該技術林業應用的分析和對該發明研究後期的結果驗證，將來將會在更大的研究區域利用該技術提取各類森林參數。

      星載激光雷達

      星載雷達採用衛星平臺，運行軌道高、觀測視野廣，能夠觸及世界的每個角落。爲境外地區三維控制點和數字地面模型的獲取提供了新的途徑，不管對於國防或是科學研究都具備十分重大意義。星載激光雷達還具備觀察整個天體的能力，美國進行的月球和火星等探測計劃中都包含了星載激光雷達，其所提供的數據資料可用於製做天體的綜合三維地形圖。此外，星載激光雷達載植被垂直分佈測量、海面高度測量、雲層和睦溶膠垂直分佈測量以及特殊氣候現象監測等方面也能夠發揮重要做用。

      經過以上對激光雷達特色、原理、應用領域等介紹，相信你們也能大體瞭解各種激光雷達的不一樣屬性了，眼下，在激光雷達這個競爭愈來愈激烈的賽道上，打造低成本、可量產、的激光雷達是不少新創公司想要實現的夢想。但開發和量產激光雷達並不容易。豐富的行業經驗和可靠的技術才能保障其在這一波大潮中佔據主導地位。

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