一、什么是激光雷达？
激光雷达（LiDAR）是一种通过发射激光束并解析回波信号（如飞行时间 ToF 或频率差 FMCW等）来获取目标精确维度及空间构型的主动传感技术。相比依赖环境光的被动成像方案（如摄像头），激光雷达具备极强的光照鲁棒性，在极暗或强逆光条件下仍能稳定输出厘米级精度的三维点云数据，是实现物理环境数字化重构的关键手段。
目前，该技术已深度赋能自动驾驶、无人机测绘、工业机器人导航及智慧城市等领域，成为复杂感知任务中的核心硬件支撑。

自动驾驶激光雷达	移动机器人激光雷达	无人机激光雷达

（图像来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Lidar#/media/File:Cruise_Automation_Bolt_EV_third_generation_in_San_Francisco.jpg）
（图像来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Lidar#/media/File:LIDAR_equipped_mobile_robot.jpg）
（图像来源：https://en.wikipedia.org/wiki/Lidar#/media/File:Yellowscan_LIDAR_on_OnyxStar_FOX-C8_HD.jpg）

二、激光雷达的工作原理
激光雷达系统主要由三部分组成：发射光波的发射器、捕捉反射光波的接收器以及解读数据的处理器。

激光雷达ToF工作原理示意图

（图像来源：https://www.yellowscan.com/knowledge/how-does-lidar-work/）
发射器（源）：负责电光转换，定向发射受激辐射的光信号。根据调制方式不同，可发射极窄脉冲（脉冲波）或连续调频光波（连续波）。
接收器（感）：利用高灵敏度光电探测器（如 APD、SPAD 或 SiPM）实时捕获回波，并将其还原为电信号，同时抑制背景光噪声。
处理器（脑）：负责将物理信号转化为结构化数据，其核心解算逻辑分为两大主流路径：

• 飞行时间法（ToF）：通过测量脉冲往返的绝对时间差 \(\Delta t\)，利用 $d = \frac{c \cdot \Delta t}{2}$ 计算距离。这是目前量产雷达的主流，具备响应速度快、系统结构相对简单的优点。
• 调频连续波法（FMCW）：通过测量发射光与回波光之间的频率偏移（Doppler Effect）来获取信息。它不仅能解算出距离，还能通过单次探测直接获取目标的瞬时速度，且具备极强的抗干扰能力，是下一代高性能雷达的核心演进方向。
• 点云生成：处理器最终将测距信息与实时扫描角度融合，生成包含三维坐标 $(x, y, z)$、反射强度（Intensity）及速度（针对 FMCW）的高密度三维点云。

三、激光雷达的类型
1. 按扫描方式分类
机械式激光雷达

原理：发射和接收模块通过电机带动进行360度旋转扫描。
特点：技术最成熟，可实现水平全方位覆盖。但体积较大，包含大量活动部件，导致硬件寿命受限且成本较高。    

半固态激光雷达

原理：收发模块静止，通过微小的内部活动部件（如 MEMS 微镜、转镜或棱镜）改变光束方向。
特点：结构较机械式更紧凑，是目前 L2+/L3级自动驾驶 量产车的主流方案，在成本与性能间取得了平衡。

固态激光雷达

OPA (光学相控阵)：利用多个波导单元的相位差控制光束方向，无任何机械运动。
Flash (闪光式)：类似于数码相机，单次脉冲即照亮整个场景并成像。
特点：可靠性极高、体积最小，但探测距离较短（Flash）或工艺极其复杂（OPA），是未来的终极发展目标。

2. 按测距感知技术分类
测距原理直接影响雷达的精度、抗干扰能力及对运动目标的感知能力：
飞行时间法(ToF - Time of Flight)

原理：记录激光脉冲发射到接收反射光之间的 时间差 来计算距离。
特点：反应速度快、技术成熟度高、测距范围广（可达200米以上）。它是目前市场应用最广泛的技术。

调频连续波 (FMCW - Frequency Modulated Continuous Wave)

原理：发射连续调频光波，通过测量发射波与反射波之间的 频率差 计算距离和瞬时径向速度。
特点：可同时获取位置与速度信息（4D感测），抗干扰能力极强且人眼安全性高，但系统复杂且成本昂贵。

三角测距法

原理：利用发射点、反射点和接收器之间的几何三角关系计算距离。
特点：适用于近距离场景，多见于扫地机器人或消费级电子设备（如手机面部识别）。