什么是激光雷达传感器?

 激光雷达传感器是利用激光技术进行测量的传感器,它由激光器、激光检测器和测量电路组成。激光传感器是新型测量仪表,它的优点是能实现无接触远距离测量,速度快,精度高,量程大,抗光、电干扰能力强等。

 

       激光器按工作物质可分为 4种。①固体激光器:它的工作物质是固体。常用的有红宝石激光器、掺钕的钇铝石榴石激光器 (即YAG激光器)和钕玻璃激光器等。它们的结构大致相同,特点是小而坚固、功率高,钕玻璃激光器是目前脉冲输出功率最高的器件,已达到数十兆瓦。②气体激光器:它的工作物质为气体。现已有各种气体原子、离子、金属蒸气、气体分子激光器。常用的有二氧化碳激光器、氦氖激光器和一氧化碳激光器,其形状如普通放电管,特点是输出稳定,单色性好,寿命长,但功率较小,转换效率较低。③液体激光器:它又可分为螯合物激光器、无机液体激光器和有机染料激光器,其中最重要的是有机染料激光器,它的最大特点是波长连续可调。④半导体激光器:它是较年轻的一种激光器,其中较成熟的是砷化镓激光器。特点是效率高、体积小、重量轻、结构简单,适宜于在飞机、军舰、坦克上以及步兵随身携带。可制成测距仪和瞄准器。但输出功率较小、定向性较差、受环境温度影响较大。

 

      什么是固态激光雷达?

      这要从传统的机械转动式激光雷达说起,早期的激光雷达为了探测车身周边全部的信息,只能将激光发射器安装在可以 360 度旋转的万向节上,这样一个活动的零部件其耐用性和可靠性难以做到让人满意。激光雷达要进军主流市场就必须切换成固态设计,这就需要新的装置将激光发射到不同方向以覆盖车辆周边环境。

      目前,技术人员提出三种主要的固态激光雷达解决方案:

      第一种是基于微机电系统(MEMS),整套系统只需一个很小的反射镜就能引导固定的激光束射向不同方向。由于反射镜很小,因此其惯性力矩并不大,可以快速移动,速度快到可以在不到一秒时间里跟踪到 2D 扫描模式。

      MEMS 激光雷达的一大优势是传感器可以动态调整自己的扫描模式,以此来聚焦特殊物体,采集更远更小物体的细节信息并对其进行识别,这是传统机械激光雷达无法实现的。

       第二种激光雷达采用相控阵设计,它搭载的一排发射器可以通过调整信号的相对相位来改变激光束的发射方向。如果发射器同步发射激光,激光则会射向同一个方向。不过,如果左侧发射器相位处在右侧之后,激光则会发射向左边,向右发射同理。虽然原理简单易懂,但大多数相控阵激光雷达现在依然待在实验室里。

      第三种是快闪雷达,它运行起来更像摄像头。激光束会直接向各个方向漫射,因此只要一次快闪就能照亮整个场景。随后,系统会利用微型传感器阵列采集不同方向反射回来的激光束。快闪雷达的一大优势是它能快速记录整个场景,避免了扫描过程中目标或激光雷达移动带来的各种麻烦。不过,这种方式也有自己的缺陷。像素越大,要处理的信号就越多。将海量像素塞进光电探测器,必然会带来各种干扰,其结果就是精度的下降。


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