一激光的内部结构docx 

　　- 基于激光雷达的智能车辆避障系统研究 激光雷达物理特性 一 激光的内部构造 激光雷达的内部构造如图 2-6 所示。它主要有发光二极管、反射镜、电机、角度编码器和控 制电路等组成。它是基于飞行时间测量原理，是一种非接触式光学测量系统，它向环境中发 射红外激光和接收到反射的激光所需时间计算物体的距离。一个极短的红外激光束射向前方 物体，依据物体的反射率不同，局部光被反射回来，旋转的镜头使激光束射向前方半圆形区 域内的点，每个点的准确方向是由镜头上的角度编码器测量到的，许多测量点在一起就构成 前方区域轮廓的一个模型，工作原理如图 2-7 所示。然后用实时串口 RS-422 或 RS-232 把测 量的数据传给其它的主机进展进一步的数据处理。 二 激光的工作原理 激光雷达扫描角度范围可选择为 100 度和 180 度，角度分辨率可选择为 0.25°,0.5°or 1°。当配置激光雷达为180 度扫描范围，0.5°角度分辨率时，总共有361 个扫描值，每个 扫描值由两个字节组成，激光雷达收到数据请求信息后就会输出这些数据。 激光雷达发出的光束具有一定的尺寸大小，光斑从发射到反射回来的过程中，会发生光 斑发散现象，即在飞行过程中光斑会不断扩大。当SICK LMS291 激光雷达的角度分辨率为 0.5°时，激光打在物体外表的光斑的直径和相邻光斑间距离如图2-8 所示[24]，理想的光斑 应该是圆形。Wang等人[25]使用红外照相机获得激光光斑形状见图2-9，红色方框表示对应 测量点的光斑形状。可见，激光具有一定的发射角度，相邻测量点间存在一样的覆盖区域， 因而不会导致由于物体形状太小而无法测量。另外，激光雷达的测量受环境中物体的反射率 影响，物体的反射率越大，反射回来的红外光的能量就越强，因而可以检测的距离就越远。 但是，当物体的外表过于光滑，并且具有很大的反射率时，会产生镜面反射，无法获得正确 的测量。激光雷达发射的激光波长为 905nm 的近红外线，为人眼不可见。 三 激光的测量范围 激光雷达扫描物体的距离依赖于目标物体的反射率和激光束的强度。一些物体的反射率 如下所示(KODAK standards)： 以激光雷达测量目标物体的范围为横坐标，物体的反射率为纵坐标，各个激光雷达的曲 线图如下所示： 四 激光性能和接口 激光雷达具有四种传输速率：9600，19200，38400 和 500K Bd，在前三种波特率下可 以使用 RS232/RS422通信接口，由于 RS232 方式的最高波特率为115.2K Bd，所以在 500K Bd 时，使用 RS422 接口方式，数据线使用双绞线，连接方式需要参考接口卡的引脚分配，如 表 2-4 所示。 要获取最大数据量并进展大范围测量，激光雷达的参数设置和性能如表2-5 所示。 激光雷达的最大上电电流为 1.1A，工作电流为 0.8A。前面上部有三个信号指示灯，上 电时红灯亮，待电流稳定后变成绿灯亮。使用程序对激光雷达参数进展配置时，红灯会亮很 短的时间，待配置成功后又变成绿灯亮。如果中间的黄灯闪烁，可能是因为环境中物体离激 光雷达的检测距离太近，或者黑色玻璃罩上有灰尘。 激光的配置 一 串口通信协议 在激光雷达和控制板通过 RS-422 接口进展通信之前，必须先了解各自的通

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