新型激光雷达可同时获取目标位置、速度与材料属性

来源：科技日报
作者：张梦然

加拿大与美国联合科研团队成功研发出一种革命性的新型性新型激光雷达系统。该系统突破了传统单一测距的激光限制，能够在单次扫描中同步获取场景中物体的雷达料属空间位置、运动速度以及表面材料属性。可同这一技术突破将激光雷达的时获感知维度从单纯的几何测量拓展至多维物理特征分析，为自动驾驶、取目机器人导航及遥感探测等领域带来了深远影响。标位相关研究成果已发表于最新一期《光学》（Optics）杂志。置速

技术革新：光纤通信核心部件的度材跨界应用

传统激光雷达主要依赖发射激光脉冲并测量时间延迟来计算距离，从而生成高精度三维地图。新型性然而，激光目前市面上绝大多数商用系统（如自动驾驶汽车搭载设备）的雷达料属核心功能仍局限于距离测量。

为解决这一瓶颈，可同加拿大多伦多大学与美国网络技术巨头Ciena组成联合团队，时获进行了一项大胆的取目技术迁移：他们将原本用于远距离光纤通信的相干光学调制解调器改造为激光雷达的核心组件。这种经过大规模工业化生产的设备具备极高的速度与精度，能够精准控制和测量光的多种物理属性，包括频率、偏振、相位和振幅。这种多属性调控能力，天然契合解决激光雷达在复杂环境下的感知难题。

工作原理：双正交偏振通道与随机调制

新系统采用独特的双正交偏振通道技术，以每秒数百亿次的超高速率向目标发射经过随机调制的激光束。其感知机制包含两个层面：

1. 传统测距：利用激光往返的时间延迟计算距离。
2. 多维感知：捕捉激光与目标表面相互作用后产生的偏振特性变化。

通过深入分析这些偏振变化数据，系统能够解算出目标的距离、相对运动速度以及表面材料的微观特征，实现了多参数同步提取。

算法突破：偏振感知模型分离噪声与信号

面对海量且复杂的光学数据，团队开发了一套全新的偏振感知模型及配套算法。该模型的核心优势在于能够从背景噪声中精准提取有效信号，具体表现为：

• 畸变校正：有效分离由系统内部光学元件引起的畸变和噪声。
• 信号增强：确保最终输出的距离、速度和材料性质估算结果清晰、准确。

性能优势：弱信号与强干扰下的卓越表现

实验数据显示，新系统在多种测试场景中均表现出优异性能，特别是在以下两个关键维度上显著优于现有技术：

• 弱信号环境：在信号较弱的区域，其测距和测速精度依然保持高位。
• 抗强光干扰：传统偏振激光雷达系统往往受限于强环境光干扰，而新系统在强光背景下仍能稳定工作，克服了行业痛点。

应用前景：材料识别与穿透成像

该系统具备强大的场景理解能力，具体应用潜力包括：

• 材料属性识别：能够准确区分金属、塑料等不同材质，并识别表面粗糙度的差异。激光产生的偏振斑点图案携带了丰富的表面微观信息，为材料表征提供了新手段。
• 恶劣天气穿透：系统获得的偏振信息具备穿透散射介质的能力。实验表明，其可透过光学厚度达4.76的散射介质进行成像。这意味着在雾、雨、扬尘等低能见度条件下，该系统仍能保持高效的感知能力，极大地提升了自动驾驶和遥感设备的环境适应性。

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