《智能汽车传感器技术》教案 项目三 激光雷达技术.docx

PAGE10

PAGE10

PAGE3

PAGE3

课题

项目三激光雷达技术

课时

6课时（270min）

教学目标

知识目标：

（1）了解激光的特点

（2）掌握激光雷达的特点、分类及组成

（3）了解激光雷达的应用

（4）熟悉激光雷达的测距原理及技术参数

（5）掌握激光雷达的常见故障及其检修方法

技能目标：

（1）能辨识激光雷达的主要组成部分

（2）能检修激光雷达的常见故障

素质目标：

（1）养成专注技艺、追求卓越的职业作风

（2）树立勇于探索、追求真理的科学精神

（3）树立勤奋踏实、拼搏进取、勇于担当的奋斗精神

教学重难点

教学重点：激光的特点，激光雷达的特点、分类、组成和应用，激光雷达的测距原理，激光雷达的常见故障及其检修方法

教学难点：辨识激光雷达的主要组成部分，检修激光雷达的常见故障

教学方法

讲授法、问答法、讨论法

教学用具

电脑、投影仪、多媒体课件、教材

教学过程

主要教学内容及步骤

考勤

【教师】使用APP进行签到

【学生】按照老师要求签到

案例导入

【教师】展示“蔚来ET7”图片（详见教材），讲述“蔚来ET7的激光雷达”案例（详见教材），并提出问题：

激光雷达是什么？与其他类型的雷达有哪些不同？

【学生】聆听、思考

传授新知

【教师】通过大家的发言，引入新的知识点，讲解激光的特点，激光雷达的特点、分类、组成和应用等知识

3.1.1激光的特点

在外界光子的作用下，原子会有一定的几率从高能态跃迁至低能态，同时向外辐射出一个与外界光子的波长、相位、偏振状态及传播方向均一致的光子，该现象称为受激辐射。受激辐射发出的光称为激光。激光是20世纪以来人类的一项重要发明之一，被称为“最快的刀”“最准的尺”“最亮的光”。与普通光源相比，激光具有单色性好、方向性好、相干性好、亮度高等特点。

1．单色性好

光的颜色是由其波长（或频率）决定的，光的波长分布范围越小，其单色性就越好。同一颜色的光，其波长大致相同。对于普通光源来说，其发出的光是由原子自发辐射产生的，光子的波长、相位、偏振状态及传播方向具有随机性。因此，普通光源发出的光，其波长分布范围较大、包含颜色较多。例如，太阳发出的可见光，其波长分布范围约为0.38～0.76μm，其颜色大致包括7种。而激光是原子受激辐射产生的，其波长分布范围很窄，因此颜色极纯。

……（详见教材）

2．方向性好

普通光源是向四面八方发光的，若要使普通光源朝着一个固定方向发光，则需要安装具有聚光作用的反光镜。而激光通常只沿一个方向传播，其激光束的发散角极小，大约只有0.001rad，几乎是一束平行光。在地球上用激光照射38.4万千米外的月球，在月球上仅出现一个直径为2km的光斑。若改用看似平行的探照灯光照射，在几千米外其直径就已扩散至几十米，即使能照射到月球，其光斑也将覆盖整个月球。激光较好的方向性不仅可使其沿直线传播较远的距离，也可使其获得较高的能量密度。

3．相干性好

相干性是描述波与波之间相位、频率关系的参数，包括空间相干性和时间相干性。普通光源的光是原子自发辐射产生的，相干性极差，而激光是原子受激辐射产生的，每个光子的波长、相位、偏振状态及传播方向均相同，因此激光具有较好的相干性，是相干光。相干光在某些区域会相互加强，因此可通过透镜将其集中到一点，使能量高度集中。在光纤通信中，可利用激光的相干性，以较小的功率得到能量高度集中的激光，从而增大通信距离、提高通信质量。

4．亮度高

光源的亮度是光源单位发光表面沿给定方向的单位立体角所发出光的功率。激光的相干性可使激光集中到一点，获得能量密度较高的激光束。而激光束的发散角极小，使得激光的能量在传播过程中向外散失较少，因此激光的亮度极高。例如，一台巨脉冲红宝石激光器所发出激光的亮度可以比太阳表面的亮度高得多。另外，激光在聚焦后，由于其高亮度的特点，能产生较为强烈的热效应，可使其焦点范围内的温度上升至数千甚至数万摄氏度，可轻易熔化甚至气化某些材料，因此常被应用于核聚变、仪器制造、肿瘤切割等领域。

3.1.2激光雷达的特点

【教师】利用多媒体展示“激光雷达的外观”图片（详见教材），并进行讲解

激光雷达通过发射激光束来探测障碍物，可利用光的反射原理，根据激光从发射到被反射接收的时间间隔，来测量障碍物的位置、速度、角速度等运动参数。此外，激光雷达可以每秒数百万个数据点的采样速度形成点云数据，从而获得障碍物的反射率、形状等特征参数。对这些点云数据和特征参数进行处理，可生成精确的三维立体图像。激光雷达的外观如图所示。

……（详见教材）

【教师】播放课件中的“激光雷达会灼烧人眼？”视频，并提出以下问题：

激光雷达会对我们的眼睛造成伤害吗？

【学生】观看、思考、回答

【教师】总结学生的回答，并讲授新知

1．激光雷达的优点

（1）分