智能网联汽车 2-5 认知激光雷达 教案

课题任务五认知激光雷达课时1课型新课学科智能网联汽车教师学习目标知识目标：1.能描述激光雷达概念和类型2.能描述激光雷达组成和工作原理3.能解释激光雷达的应用范围素质目标：通过激光雷达的学习，让学生知道技术不断进步，激发学生不断学习的兴趣。教学重点1.描述激光雷达概念和类型2.描述激光雷达组成和工作原理教学难点毫米波雷达组成和工作原理教学方法讲授法教学资源教学视频、PPT教学过程教学环节教学内容一、视频导入今天我们来认识一种新的雷达——激光雷达。请观看视频，了解激光雷达的基本知识。播放视频：激光雷达二、教学过程同学们，通过视频介绍，我们可以归纳激光雷达的概念。激光雷达（LiDAR）：是一种光学遥感传感器，它通过向目标物体发射激光，然后根据接收-反射的时间间隔确定目标物体的实际距离，根据距离及激光发射的角度，通过几何变化推导出物体的位置信息。大家看教材图2-5-1，上面有光点，这些光点是激光雷达采集到的物体信息呈现出一系列分散的、具有准确角度和距离信息的点，被称为点云。接下来我们看一看现在激光雷达的类型有哪些。提问1：激光雷达的类型？明确1：1.按扫描方式分类：机械激光雷达和固态激光雷达。其中，固态激光雷达又分为光学相控阵OPA（OpticalPhasedArray）激光雷达、微机电系统MEMS（Micro-ElectroMechanicalSystems）激光雷达和3DFlash激光雷达。2.按雷达线数分类：分为单线激光雷达与多线激光雷达。3.按功能方式分类：1）按照功能用途，分为激光测距雷达、激光测速雷达、激光成像雷达、大气探测雷达和跟踪雷达等。2）按照按激光发射波形分类可分为连续型激光雷达和脉冲型激光雷达；3）按载荷平台分类可分为机载激光雷达，车载激光雷达等；4）按探测方式分类可分为直接探测激光雷达和相干探测激光雷达。激光雷达种类繁多，其基本组成结构是什么呢?提问2：激光雷达的组成有哪些？明确2：激光雷达由发射光学系统、接收光学系统、主控及处理电路板、探测器接收电路模块、激光器及驱动模块组成。主要包括的部件如图。激光雷达的射线波长一般在600~1000nm，远低于传统雷达所使用的波长，受外界环境影响较小，能够检测的距离一般可达100m以上。它能够确定物体的位置、大小、外部形貌甚至材质，其工作原理是怎样的呢？提问4：超声波雷达工作原理是什么？明确4：以激光作为信号源，由激光器发射出的脉冲激光，打到地面的车辆、行人、树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，一部分光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理计算，就得到从激光雷达到目标点的距离，脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像。提问4：现在市场上主流车载激光雷达有测距原理是什么呢？明确4：现今市场上主流的车载激光雷达主要是基于三种原理测距，三角测距法、飞行时间（Timeofflight，TOF）法和调幅连续波（AmplitudeModulatedContinuousWave，AMCW）测距法。激光雷达为驾驶者提供了便利，那激光雷达有局限性吗？其应用前景如何？三种测距方法各有优缺点，具体如表2-5-1测距方案探测距离探测精度抗强光能力光功率成本三角法最近近距离精度高远距离精度低不具备低低TOF最远高强适中适中AMCW适中适中适中高适中提问5：激光