探測(cè)與測(cè)距系統(tǒng)的起源及發(fā)展

伴隨著全球工業(yè)自動(dòng)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)滞欠，探測(cè)與測(cè)距系統(tǒng)的使用在近20年呈現(xiàn)出了爆炸式的增長(zhǎng)函以。探測(cè)與測(cè)距系統(tǒng)的應(yīng)用歷史和植，可以追溯到第二次世界大戰(zhàn)期間使用的雷達(dá)系統(tǒng)（RADAR Systems）悠拗。雷達(dá)（RADAR）黎撤，為“無(wú)線電探測(cè)和測(cè)距”英文的縮寫。

伴隨著科技的不斷發(fā)展尘是，針對(duì)不同用途峰抽，這類系統(tǒng)有了更細(xì)致的分類，其中包括：Laser Radar（激光雷達(dá)系統(tǒng)）、LiDAR（光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)）榛开、以及LADAR（激光探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)）。

激光雷達(dá)的分類與不同

泛泛而觀啤兆，上述系統(tǒng)都基于類似的原理姚锥，也往往在被提及的時(shí)候歸于同一大類，即“激光雷達(dá)”桶棍。但事實(shí)上凉逛，LiDAR，Laser Radar群井，以及LADAR系統(tǒng)状飞，在技術(shù)細(xì)節(jié)以及適用領(lǐng)域方面，仍存在著較為顯著的差異书斜。

下文中诬辈，我們將針對(duì)上述系統(tǒng)的差異和適用領(lǐng)域，進(jìn)行分析探討荐吉。

上述探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)都是基于類似方式工作焙糟，即發(fā)射出一種特定波長(zhǎng)的波，并利用它在表面反射的信息來(lái)繪制周圍區(qū)域的地圖样屠，類似于蝙蝠在無(wú)可見光的情況下使用回聲定位來(lái)“看到”周圍的區(qū)域穿撮。

雷達(dá)系統(tǒng)（RADAR）利用無(wú)線電波探測(cè)周圍的空間，其優(yōu)點(diǎn)是能夠穿透墻壁痪欲，但較長(zhǎng)的微波頻率分辨率較低悦穿，測(cè)量速度較慢。

圖片資料：光波頻率示意圖

LiDAR业踢、Laser Radar和LADAR系統(tǒng)落怀，都使用人眼可見和不可見的光波頻率來(lái)繪制周圍區(qū)域的地圖。光波的分辨率比無(wú)線電波高产掂，這使得它們創(chuàng)建的地圖具有更高的準(zhǔn)確性竖杂，但它們更容易受到環(huán)境物體和天氣狀況的影響。這些系統(tǒng)的工作原理更趨近于激光跟蹤測(cè)量辅及，但它們作業(yè)時(shí)雕乃，不需要通過(guò)合作靶標(biāo)將光束返回，來(lái)讀取位置幾何數(shù)據(jù)朴蛔。

不同種類激光雷達(dá)的應(yīng)用

盡管LiDAR侯旬、Laser Radar和LADAR都是基于類似原理，但它們?nèi)栽跍y(cè)量方式與適用環(huán)境上有顯著的區(qū)別：

LiDAR已廣泛意義上成為基于光的非接觸式測(cè)量?jī)x器的統(tǒng)稱盼靠，但在實(shí)踐中擂冷，LiDAR測(cè)量設(shè)備在處理“大區(qū)域”、“大容量”掃描領(lǐng)域作業(yè)中更加適用，系統(tǒng)通常會(huì)以網(wǎng)格或錐形的方式發(fā)出多束激光砂裹，并通過(guò)不斷運(yùn)動(dòng)快速覆蓋數(shù)百萬(wàn)個(gè)點(diǎn)贬池，其精度根據(jù)需求，從0.1英寸（2.54毫米）到超過(guò)1英尺（304.8毫米）不等文黎。LiDAR測(cè)量系統(tǒng)在土地測(cè)繪惹苗、建筑信息建模和自動(dòng)駕駛汽車的導(dǎo)航系統(tǒng)中應(yīng)用較為普遍。

圖片資料：運(yùn)行中的LiDAR類設(shè)備（左）&應(yīng)用領(lǐng)域示意

（右上：測(cè)繪耸峭；右下：自動(dòng)駕駛汽車）

Laser Radar系統(tǒng)桩蓉，則更接近于：采用非合作靶標(biāo)進(jìn)行測(cè)量的激光跟蹤儀。測(cè)量時(shí)劳闹，Laser Radar系統(tǒng)通常會(huì)發(fā)出一個(gè)單一的院究、聚焦的激光束來(lái)測(cè)量幾米范圍內(nèi)的特征，精度在微米級(jí)別本涕。Laser Radar技術(shù)已經(jīng)被集成到世界各地的工業(yè)制造環(huán)境中业汰，為生產(chǎn)提供更加自動(dòng)化的測(cè)量解決方案，可以安裝在機(jī)器人上進(jìn)行近線檢測(cè)偏友。

但對(duì)于制造業(yè)中真正高效蔬胯、流暢運(yùn)作的自動(dòng)化近線/在線檢測(cè)解決方案來(lái)講，LiDAR系統(tǒng)缺乏精度位他，而Laser Radar則缺乏測(cè)量的速度和效率氛濒。

圖片資料：LADAR系統(tǒng)在大飛機(jī)制造領(lǐng)域應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)

而LADAR系統(tǒng)，正好集合了LiDAR與Laser Radar系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)亡谭。LADAR測(cè)量系統(tǒng)软动，如API品牌的9D LADAR，可以在不犧牲精度的前提下奶堵，提供更大的測(cè)量范圍衙地。LADAR系統(tǒng)可在所有Laser Radar適用領(lǐng)域中應(yīng)用，并提供更佳的測(cè)量效率啸业，完美適用于以白車身檢測(cè)或機(jī)身裝配等為代表的高端應(yīng)用環(huán)境洗筛。

圖片資料：LADAR系統(tǒng)在汽車生產(chǎn)線的集成應(yīng)用

總結(jié)

簡(jiǎn)而言之，探測(cè)和測(cè)距系統(tǒng)利用發(fā)射出的不同頻率的波長(zhǎng)宿柜，根據(jù)其從障礙物上返回所需的時(shí)間來(lái)繪制一個(gè)區(qū)域的地圖凸窖。LiDAR、Laser Radar以及LADAR系統(tǒng)霹补，都使用光頻率來(lái)進(jìn)行這類測(cè)量天证。各系統(tǒng)之間，雖然原理近似十匆，但應(yīng)用特點(diǎn)和適用領(lǐng)域大有不同哀买。

LiDAR系統(tǒng)更多地利用網(wǎng)格或錐狀激光束來(lái)增加覆蓋范圍顷锰，并在較遠(yuǎn)的距離以較低的精度收集數(shù)據(jù)；Laser Radar系統(tǒng)則犧牲了測(cè)量速度和效率亡问，以提高單點(diǎn)測(cè)量精度官紫；LADAR系統(tǒng)，則兼容了前兩種系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)玛界，能夠同時(shí)保障精度與速度万矾，實(shí)現(xiàn)更高效的測(cè)量，更加適用于工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)領(lǐng)域的各測(cè)量環(huán)節(jié)慎框。

參考文獻(xiàn)：

1、Introductionto LADAR Systems, https://spie.org/samples/TT85.pdf

2后添、lidarnews.com/articles/whats-the-difference-between-laser-radar-and-lidar-technology

3笨枯、LaserRadar/LIDAR/LADAR including Eye-safe Lasers, https://www.sensorsinc.com/applications/military/ladar

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