激光雷达极高的距离分辨率和角分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等特点，从而能精确测量目标位置、运动状态和形状，探测、识别、分辨和跟踪目标。其在交通、国防军事、工农业生产、医学卫生和科学研究等方面有广泛应用。

经过相关文献阅读以及对自己兴趣的考虑，决定主要研究交通中激光雷达技术发展。

在交通方面，激光雷达交通管理和自主驾驶车辆是我主要关心的两个方向。在自主驾驶方面，激光雷达由最早的单线测距逐渐向多线测距发展，由二维向三维发展，精度越来越高，反应时间越来越短，可靠性、稳定性越来越高。早在上世纪50年代，美国就开始对无人驾驶进行研究，并在接下来的时间里迅速发展，领先世界。2000年时，无人驾驶已经可以白天在植被地形上行驶速度达到32KM/H,夜晚和湿地行驶速度达到16K/H，天气良好时达到64KM/H。2010年时谷歌在城市道路上测试其公司研发的无人驾驶汽车，该车运用Velodyne公司的64线激光雷达、相机和毫米波雷达作为检测设备，进行信号灯识别以及障碍物检测，到2013年5月，累计行驶距离超过了20万公里。欧洲对自主驾驶与车载激光雷达的研究紧随美国之后，荷兰的阿姆斯特丹大学研制的”RoboJeep”，德国慕尼黑国防大学的”VaMoRs”与”VaMp”以及意大利帕尔马大学的”AGRO”都非常有代表性。德国大众研发的一款无人驾驶车安装Velodyne公司的64线激光雷达，在汽车前端安装激光扫描仪，可以感知周围180M的路面交通情况。此外，英国StreetMapper360车载激光雷达系统，集成了Rigel的VQ-250型激光扫描仪，安装于车顶，配合两台AVTPikeF421C型高速彩色数码成像系统完成车辆的障碍测量和路况信息获取。测距精度可达5毫米，测程近300米，单扫描仪每秒可测30万个点，测量频率近300KHZ，综合测量精度可达厘米量级。在国内，1992年国防科技大学研制出全国第一辆无人驾驶车。随后南京理工大学、湖南大学、上海交通大学先后投入无人车辆驾驶的研究。2009年的首届“中国智能车未来挑战赛”，湖南大学、上海交通大学完成了规定线路测试以及挑战性测试和特色表演等，分获1、2名。近年国内车载激光雷达也完成了突破，各个公司新研制的车载激光雷达涌现。北京北科天绘发布的R-Fans16线激光雷达，俯仰视场为30°，测量距离为1-100米，扫描帧频≥15Hz，激光点频gt;300KHz。深圳速腾聚创发布的RS-LiDAR16线激光雷达采用混合固态的形态，测量距离100米，精度2厘米，水平360°，垂直30°，实时出点数32万点每秒。车载激光雷达是自主驾驶车辆的核心传感器,在世界范围内仍是一项有待进步的新兴技术。未来激光雷达要向更快，更准，更可靠方向发展。

除了无人驾驶以外，激光雷达在交通管理方面也有着重要的作用。1963 年，世界上第一个中心式的交通信号控制系统在加拿大的多伦多建成，该系统将检测器的应用与交通信号控制系统结合起来，通过使用不同的检测器，利用交通控制算法及通信技术进行交通管理，建立起了早期的 ATMS 管理中心。随着信息技术的发展和交通流理论的不断完善、交通模型的不断优化，世界上出现了多种城市交通信号控制系统。如澳大利亚的SCATS 系统、加拿大的 RTOP 系统、英国的 TRANSYT和 SCOOT 系统、美国的 UTCS-3GC 系统以及 ASCOT系统，其中 TRANSYT 系统、SCOOT 系统和 SCATS 系统都使道路交通平均速度至少提高了 10-29％，旅行时间减少 10-20％，并在世界上很多城市得到广泛应用。而这些系统正常运作信息采集是基础。常用的信息采集设备就有雷达。交通问题的改善迫在眉睫，改善可以通过两个方面进行：一是在控制车辆的数量同时拓宽现有的道路和修建高等级公路或多修路；二是充分利用现有的交通资源，通过信息技术、通信技术、自动控制技术等使其发挥更高的运转效率。开发应用能够改善道路通行性能的系统和产品，才有可能尽快解决这一日益严重的问题。而运用雷达系统可通过对一定距离的道路进行反复扫描可以获得道路上的实时、动态的车流量等信息，通过对原始车流量点云数据进行去噪、平滑、分割及滤波等操作，接着进行高程的重建和数据内插，从而可以等到高精度的车流 DEM 数据，利用信息数据进行预测、调整，更好的进行交通管理，提高通行效率。

2. 研究的基本内容与方案

基本内容：

1学习ToF测量技术的原理

2基于此技术开发一款激光雷达，完成激光雷达核心代码编写。

3掌握EDA软件的使用通过EDA软件完成必要的设计和仿真

4实际组装和调试激光雷达模块，分析测量结果以验证设计。

5理解激光雷达工作原理、核心技术以及应用场景。

目标：设计出一款激光雷达，做出实物并调试。

技术方案及措施：

采用ToF测距技术，利用信号在收发机之间的往返飞行时间测量两个节点的距离。计划利用硅光电二极管被光照射时形成较大光电流的特性作为敏感元件，通过放大电路放大电流以便检测，用单片机得到时间差，电路中加入滤波以消除干扰，通过发射与接收时间差计算出被测物体距离，计算公式为s=Δt*v/2。

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