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激光雷达传感器的概念

无人驾驶汽车怎么实现自动驾驶呢?这背后一个关键技术就是 LIDAR，即激北雷达传感器，俗称光达，如图2-1，它也被称为无人驾驶汽车的眼晴。

激光雷达，即光探测与测量，是一种集激光、***系统（GPS）和IMU (Inertial MeasurementUnit，惯性测量装置〉三种技术于一·身的系统，用于获得数据并生成的DEM(数字高科模型)。这三种投术的结合，可以高度准确地***激光束打在物体上的光斑，测距精度可达厘米级，激光雷达大的优势就是“"和“快速、作业”。它是一种川于获得三维位置信息的传感器，其在机器中的作川相当于人类的眼睛，能够确定物体的位置、大小、外部形貌甚至材质。

LIDAR通过测量激光信号的时间差、t位差确定距离，通过水平旋转扫描或相控扣描测角度，并根据这两个数据建立二维的极坐标系:再通过获取不同俯仰角度的信号获得第三维的高度信息。

高频激光可在一秒内获取大量(106-107数量级)的位置点信息(称为点云)，并根据这些信息进行三维建模。除了获得位置信息外，它还可通过激光信号的反射率初步区分不同材质。

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传统的水中目标探测装置是声纳。根据声波的发射和接收方式，声纳可分为主动式和被动式，可对水中目标进行警戒、搜索、定性和跟踪。但它体积很大，重量一般在600公斤以上，有的甚至达几十吨重。而激光雷达是利用机载蓝绿激光器发射和接收设备，通过发射大功率窄脉冲激光，探测海面下目标并进行分类，既简便，精度又高。

迄今，机载海洋激光雷达已发展了三代产品。20世纪90年代研制成功的第三代系统以第二代系统为基础，增加了GPS***和定高功能，系统与自动导航仪接口，实现了航线和高度的自动控制。折叠成像激光雷达可水下探物美国诺斯罗普公司为美国研究计划局研制的ALARMS机载探测系统，具有自动、实时检测功能和三维***能力，***分辨率高，可以24小时工作，采用卵形扫描方式探测水下目标。

美国卡曼航天公司研制成功的机载水下成像激光雷达，特点是可对水下目标成像。由于成像激光雷达的每个激光脉冲覆盖面积大，因此其搜索效率远远高于非成像激光雷达。另外，成像激光雷达可以显示水下目标的形状等特征，更加便于识别目标，这已是成像激光雷达的一大优势。

用于雷达目标识别中的模式识别技术

进行雷达目标识别，必须依靠有效的目标特征分类技术（模式识别技术）。模式识别技术的发展为雷达目标识别的研究提供了有利的条件。统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的

模式识别方法以及***网络模式识别方法等在雷达目标识别中均有成功的应用。

(1）统计模式识别方法

统计模式识别是传统的模式识别方法，也是雷达目标识别中常用到的特征分类方法，它是一种根据已知样本的统计特性来对未知类别样本进行分类的方法。其基本思想是用N维特征矢量表征目标模式，并通过对样本的学习，估计出特征矢量的概率分布密度函数，在某种准则下，利用特征矢量的统计知

识来构造判别函数，从而在保证分类误差概率的条件下，对目标进行分类。

近邻域法(29)、相关匹配法(15)(32)(33)(34)、多维相关匹配方法(16)、Bayes似然(35).Bayes分类器(36)、Bayes优化决策规则(36)、似然函数(37)等都被用于了目标特征的分类决策。

(⑵)模糊模式识别方法

在雷达日标识别中，由于噪声对目标背景的污染，目标信息转换过程中特***息的随机交迭，目标信息时间、距离、方位和姿态等因素的变化都可引起信息的模糊及目标特征的畸变，影响目标识别的效果。

相控阵（OPA）激光雷达：

1）相控激光由若干发射接收单元组成的一个矩形阵列，通过改变阵列中不同单元发射光线的相位差，可以达到调节 射出波角度和方向的目的；

2）激光光源经过光分束器后进入光波导阵列，在波导上通过外加控制的方式改变光波的相位，利用波导间的光波相位差来实现光束扫描，其原理类似于多缝干涉。

3）光波导阵列中的每根波导都相当于一个光发射源，每个光发射源都相当于多缝干涉中的狭缝。光在空间中传播并干涉，其结果是光在某一方向上因干涉加强而集中，在其他方向上因干涉相消而减弱，从而改变光束的传播方向，实现扫描。

优点：

1）结构简单，尺寸小；

2）标定简单 - 机械式激光雷达光学结构固定，适配不用车辆往往需要精密调节其位置和角度；固态激光雷达可以通过软件进行调节，降低了标定难度；

3）扫描速度快，扫描精度高 - 扫描速度取决于所有材料的电子光学特性；扫描精度取决于控制电信号的精度；

4）可控性好 - 光束指向完全由电信号控制，在允许角度范围内可以做到任意指向；

5）多目标监控 - 一个相控阵面可以分割为多个小模块，每个模块分开控制即可同时锁定监控多个目标；