F: Was ist LiDAR?
- Teilen
- Ausgabezeit
- 2025/7/8
A:
LiDAR, auch bekannt als Light Detection and Ranging, ist ein System, das Laser-, GPS- und IMU-Technologien (Global Positioning System) kombiniert, um Daten zu erfassen und präzise digitale Höhenmodelle (DEMs) zu erstellen. Durch die Kombination dieser drei Technologien kann LiDAR den Auftreffpunkt des Laserstrahls auf ein Objekt präzise lokalisieren und eine Entfernungsmessung im Zentimeterbereich erreichen. Die größten Vorteile von LiDAR sind seine Präzision und Effizienz im Betrieb.
LiDAR kann präzise Informationen wie Entfernung und Geschwindigkeit eines Ziels erfassen oder Zielbilder erstellen. Das Funktionsprinzip von LiDAR besteht darin, den Laserstrahl durch eine Scaneinheit zu leiten, um eine Strahlwinkelabweichung zu erzeugen. Diese interagiert mit dem Ziel und erzeugt Reflexions-/Streuechos. Bei aktivem Empfänger können reflektierte Photonen vom ursprünglichen Weg den Empfänger erreichen. Der Empfänger empfängt Signale über einen Fotodetektor und erhält Informationen wie Entfernung und Geschwindigkeit des Ziels oder erstellt durch Signalverarbeitung dreidimensionale Bilder.
LiDAR besteht aus vier Grundsystemen: dem Laseremissionssystem, dem Laserempfangssystem, dem Informationsverarbeitungssystem und dem Scansystem. Diese vier Systeme arbeiten zusammen, um in kurzer Zeit eine große Menge an Positionsinformationen zu erhalten und diese Informationen für die dreidimensionale Modellierung zu nutzen.
1. Laseremissionssystem: Eine Laserquelle steuert den Laseremitter periodisch zur Emission von Laserimpulsen. Der Lasermodulator steuert über einen Strahlregler die Richtung und Anzahl der emittierten Laserstrahlen, und der emittierte Laser wird über das optische Emissionssystem auf das Zielobjekt gerichtet.
2. Laserempfangssystem: Ein Fotodetektor empfängt den vom Zielobjekt reflektierten Laser durch die Empfangsoptik und erzeugt ein Empfangssignal.
3. Informationsverarbeitungssystem: Die empfangenen Signale werden verstärkt, verarbeitet und in digitale Signale umgewandelt. Das Informationsverarbeitungsmodul berechnet dann die Oberflächenform, die physikalischen Eigenschaften und andere Merkmale des Zielobjekts, um ein Zielmodell zu erstellen.
4. Scansystem: Es rotiert mit stabiler Geschwindigkeit, um das Flugzeug zu scannen und Positionsinformationen in Echtzeit zu generieren.
Die Klassifizierung von LiDAR erfolgt anhand verschiedener Faktoren:
1. Funktions- und Nutzungsklassifizierung: Tracking-LiDAR (zur Entfernungs- und Winkelmessung), Motion Target Indication-LiDAR (zum Erhalt von Ziel-Doppler-Informationen), Flow Velocity Measurement-LiDAR (zum Messen von Doppler-Informationen), Wind Shear Detection-LiDAR, Target Identification-LiDAR, Imaging-LiDAR (zum Messen der reflektierten Intensität und der Entfernungssignale verschiedener Teile eines Ziels) und Vibration Sensing-LiDAR.
2. Klassifizierung der Arbeitssysteme: Doppler-LiDAR, Synthetic Aperture Imaging LiDAR, Differential Absorption LiDAR, Phased Array LiDAR, tragbares LiDAR, bodengestütztes LiDAR, fahrzeugmontiertes LiDAR, luftgestütztes LiDAR, schiffsgestütztes LiDAR, weltraumgestütztes LiDAR und raketenmontiertes LiDAR.
3. Klassifizierung des Arbeitsmediums: Festkörper-LiDAR, Gas-LiDAR, Halbleiter-LiDAR, diodengepumptes Festkörper-LiDAR usw.
4. Klassifizierung der Erkennungstechnologie: Direkterkennungstyp, Kohärenter Erkennungstyp.
5. Plattformklassifizierung: Tragbares LiDAR, bodengestütztes LiDAR, fahrzeugmontiertes LiDAR, luftgestütztes LiDAR, schiffsgestütztes LiDAR, weltraumgestütztes LiDAR und raketenmontiertes LiDAR, unter anderem.
Lidar kann nach mehreren Faktoren klassifiziert werden:
1. Funktion und Zweck: Dazu gehören Verfolgungsradar (zur Entfernungs- und Winkelmessung), Bewegungszielanzeigeradar (zur Gewinnung von Doppler-Informationen zum Ziel), Strömungsgeschwindigkeitsmessradar (zur Messung von Doppler-Informationen), Windscherungserkennungsradar, Zielerkennungsradar, Bildgebungsradar (zur Messung der Reflexionsintensität und Entfernung verschiedener Teile eines Ziels) und Vibrationssensorradar.
2. Betriebssystem: Dazu gehören Doppler-Lidar, Synthetic Aperture Imaging Lidar, Differential Absorption Lidar, Phased Array Lidar, tragbares Lidar, bodengestütztes Lidar, fahrzeugmontiertes Lidar, luftgestütztes Lidar, schiffsgestütztes Lidar und satellitengestütztes Lidar.
3. Arbeitsmedium: Dazu gehören Festkörper-Lidar, Gas-Lidar, Halbleiter-Lidar, diodengepumptes Festkörper-Lidar usw.
4. Erkennungstechnologie: Dazu gehören der direkte Erkennungstyp und der kohärente Erkennungstyp.
5. Plattform: Dazu gehören tragbare Lidarsysteme, bodengestützte Lidarsysteme, fahrzeugmontierte Lidarsysteme, luftgestützte Lidarsysteme, schiffsgestützte Lidarsysteme, raketengestützte Lidarsysteme.
Zu den Vorteilen des Laserradars gehören:
1. Hohe Auflösung: Laserradar kann eine hohe Winkel-, Entfernungs- und Geschwindigkeitsauflösung erreichen, was bedeutet, dass es mithilfe von Doppler-Bildgebungsverfahren sehr klare Bilder erzeugen kann.
2. Hohe Genauigkeit: Laserstrahlen breiten sich geradlinig aus, haben eine gute Richtwirkung, schmale Strahlen und eine geringe Streuung, was zu einer hohen Genauigkeit führt.
3. Hohe Widerstandsfähigkeit gegen aktive Interferenzen: Im Gegensatz zu Mikrowellen- und Millimeterwellenradar, das leicht durch in der Natur weit verbreitete elektromagnetische Wellen beeinflusst werden kann, gibt es für Laserradar in der Natur nur wenige Störquellen, wodurch es sehr widerstandsfähig gegen aktive Interferenzen ist.
4. Es verfügt über eine extrem hohe Entfernungs-, Winkel- und Geschwindigkeitsauflösung: Die Erkennungsgenauigkeit liegt im Zentimeterbereich, wodurch die genaue Identifizierung der spezifischen Konturen und Entfernungen von Hindernissen ermöglicht wird, ohne dass Hindernisse vor Ihnen übersehen oder falsch eingeschätzt werden.
5. Umfangreiche Informationserfassung: Laserradare können Informationen wie Entfernung, Winkel, Reflexionsintensität und Geschwindigkeit von Zielen direkt erfassen und mehrdimensionale Bilder von Zielen erzeugen. Hochfrequenzlaser können pro Sekunde etwa 1,5 Millionen Positionspunktinformationen erfassen und anhand der Entfernungsinformationen aus diesen Punktwolken die dreidimensionalen Merkmale der Umgebung präzise wiederherstellen.
6. Allwetterbetrieb: Im Gegensatz zu Millimeterwellenradar kann Laserradar menschliche Körper erkennen und seine Erfassungsreichweite ist größer als die von Kameras.
7. Große Erfassungsreichweite: Die Wellenlänge des Laserradars liegt im Bereich von Tausenden von Nanometern, mit guter Richtwirkung, ohne Lenkung und ohne Streuung bei zunehmender Entfernung. Es ist nicht durch Pixel und Licht begrenzt.