智能網(wǎng)聯(lián)汽車 2-5 認(rèn)知激光雷達(dá) 教案

課題任務(wù)五認(rèn)知激光雷達(dá)課時(shí)1課型新課學(xué)科智能網(wǎng)聯(lián)汽車教師學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.能描述激光雷達(dá)概念和類型2.能描述激光雷達(dá)組成和工作原理3.能解釋激光雷達(dá)的應(yīng)用范圍素質(zhì)目標(biāo)：通過激光雷達(dá)的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生知道技術(shù)不斷進(jìn)步，激發(fā)學(xué)生不斷學(xué)習(xí)的興趣。教學(xué)重點(diǎn)1.描述激光雷達(dá)概念和類型2.描述激光雷達(dá)組成和工作原理教學(xué)難點(diǎn)毫米波雷達(dá)組成和工作原理教學(xué)方法講授法教學(xué)資源教學(xué)視頻、PPT教學(xué)過程教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容一、視頻導(dǎo)入今天我們來認(rèn)識(shí)一種新的雷達(dá)——激光雷達(dá)。請(qǐng)觀看視頻，了解激光雷達(dá)的基本知識(shí)。播放視頻：激光雷達(dá)二、教學(xué)過程同學(xué)們，通過視頻介紹，我們可以歸納激光雷達(dá)的概念。激光雷達(dá)（LiDAR）：是一種光學(xué)遙感傳感器，它通過向目標(biāo)物體發(fā)射激光，然后根據(jù)接收-反射的時(shí)間間隔確定目標(biāo)物體的實(shí)際距離，根據(jù)距離及激光發(fā)射的角度，通過幾何變化推導(dǎo)出物體的位置信息。大家看教材圖2-5-1，上面有光點(diǎn)，這些光點(diǎn)是激光雷達(dá)采集到的物體信息呈現(xiàn)出一系列分散的、具有準(zhǔn)確角度和距離信息的點(diǎn)，被稱為點(diǎn)云。接下來我們看一看現(xiàn)在激光雷達(dá)的類型有哪些。提問1：激光雷達(dá)的類型？明確1：1.按掃描方式分類：機(jī)械激光雷達(dá)和固態(tài)激光雷達(dá)。其中，固態(tài)激光雷達(dá)又分為光學(xué)相控陣OPA（OpticalPhasedArray）激光雷達(dá)、微機(jī)電系統(tǒng)MEMS（Micro-ElectroMechanicalSystems）激光雷達(dá)和3DFlash激光雷達(dá)。2.按雷達(dá)線數(shù)分類：分為單線激光雷達(dá)與多線激光雷達(dá)。3.按功能方式分類：1）按照功能用途，分為激光測距雷達(dá)、激光測速雷達(dá)、激光成像雷達(dá)、大氣探測雷達(dá)和跟蹤雷達(dá)等。2）按照按激光發(fā)射波形分類可分為連續(xù)型激光雷達(dá)和脈沖型激光雷達(dá)；3）按載荷平臺(tái)分類可分為機(jī)載激光雷達(dá)，車載激光雷達(dá)等；4）按探測方式分類可分為直接探測激光雷達(dá)和相干探測激光雷達(dá)。激光雷達(dá)種類繁多，其基本組成結(jié)構(gòu)是什么呢?提問2：激光雷達(dá)的組成有哪些？明確2：激光雷達(dá)由發(fā)射光學(xué)系統(tǒng)、接收光學(xué)系統(tǒng)、主控及處理電路板、探測器接收電路模塊、激光器及驅(qū)動(dòng)模塊組成。主要包括的部件如圖。激光雷達(dá)的射線波長一般在600~1000nm，遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)雷達(dá)所使用的波長，受外界環(huán)境影響較小，能夠檢測的距離一般可達(dá)100m以上。它能夠確定物體的位置、大小、外部形貌甚至材質(zhì)，其工作原理是怎樣的呢？提問4：超聲波雷達(dá)工作原理是什么？明確4：以激光作為信號(hào)源，由激光器發(fā)射出的脈沖激光，打到地面的車輛、行人、樹木、道路、橋梁和建筑物上，引起散射，一部分光波會(huì)反射到激光雷達(dá)的接收器上，根據(jù)激光測距原理計(jì)算，就得到從激光雷達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的距離，脈沖激光不斷地掃描目標(biāo)物，就可以得到目標(biāo)物上全部目標(biāo)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，用此數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理后，就可得到精確的三維立體圖像。提問4：現(xiàn)在市場上主流車載激光雷達(dá)有測距原理是什么呢？明確4：現(xiàn)今市場上主流的車載激光雷達(dá)主要是基于三種原理測距，三角測距法、飛行時(shí)間（Timeofflight，TOF）法和調(diào)幅連續(xù)波（AmplitudeModulatedContinuousWave，AMCW）測距法。激光雷達(dá)為駕駛者提供了便利，那激光雷達(dá)有局限性嗎？其應(yīng)用前景如何？三種測距方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，具體如表2-5-1測距方案探測距離探測精度抗強(qiáng)光能力光功率成本三角法最近近距離精度高遠(yuǎn)距離精度低不具備低低TOF最遠(yuǎn)高強(qiáng)適中適中AMCW適中適中適中高適中提問5：激光