其基本原理是利用光的傳播特性，通過測量激光脈沖從發(fā)射到反射回接收器的時間差或相位差，計算目標(biāo)與傳感器的距離，再結(jié)合掃描機(jī)制構(gòu)建三維點云地圖。本文將系統(tǒng)解析激光雷達(dá)的工作原理、技術(shù)分類、核心模塊及應(yīng)用特性。

　　基本工作原理：光的飛行時間與空間掃描

　　激光雷達(dá)的核心功能是實現(xiàn) “測距” 與 “三維建模”，其工作流程可分為三個階段：激光發(fā)射、目標(biāo)反射、信號接收與處理。

　　測距原理是激光雷達(dá)的技術(shù)基石，主要分為飛行時間(Time of Flight，TOF)法和三角測距法兩類。TOF 法通過測量激光脈沖在空氣中的傳播時間計算距離，公式為：距離 D = (光速 c × 飛行時間 t)/2(除以 2 是因為光程為往返路徑)。例如，當(dāng)激光從發(fā)射到接收的時間為 100 納秒時，對應(yīng)的距離約為 15 米(c=3×10?m/s，t=100×10??s，D=3×10?×100×10??/2=15m)。TOF 法又可分為脈沖式(直接測量脈沖往返時間)和相位式(通過測量發(fā)射與接收激光的相位差計算時間)，前者適用于遠(yuǎn)距離測量(百米級)，后者精度更高(毫米級)但量程較短(十米級)。

　　三角測距法則通過幾何關(guān)系計算距離：激光發(fā)射器與接收器以固定角度安裝，發(fā)射的激光束照射目標(biāo)后，反射光在接收器的成像平面上形成光斑，根據(jù)光斑位置與基線長度(發(fā)射器與接收器間距)，利用三角相似原理計算距離。該方法因無需高精度時間測量，適合近距離(0.5-50 米)、高幀率場景(如工業(yè)檢測)，但受限于光學(xué)系統(tǒng)尺寸，難以實現(xiàn)遠(yuǎn)距離探測。

　　空間掃描機(jī)制賦予激光雷達(dá)三維感知能力。通過機(jī)械旋轉(zhuǎn)、電子轉(zhuǎn)向等方式改變激光束的傳播方向，使激光束按特定軌跡(如螺旋線、光柵線)覆蓋目標(biāo)區(qū)域。每個激光脈沖對應(yīng)一個空間點(x,y,z)，大量點的集合形成點云。掃描頻率(每秒點數(shù)，Points Per Second)決定了點云密度，例如自動駕駛激光雷達(dá)通常需要≥200 萬點 / 秒，以保證對快速移動目標(biāo)的識別精度。