Velodyne VLP-16激光雷達數據分析
Velodyne VLP-16激光雷達保持了 Velodyne 在 LiDAR 中的突破性重要功能：實時收發數據、360 度全覆蓋、3D 距離測量以及校准反射測量。有效范圍為 100 米，其耗電低 (~8W)、重量輕（830克）、占用空間少（直徑約為 103 毫米 x 72 毫米）以及雙重回傳功能使得其成為無人機以及其他移動裝置的理想選擇。Velodyne 的 LiDAR Puck 激光雷達支持 16 個通道、~300,000 點/秒、360°水平視場角以及 30° 垂直視場角（以及 +/-15°上下的可調范圍）。Velodyne LiDAR Puck 激光雷達沒有可視旋轉件，這使得它可以高度靈活地適應要求嚴苛的環境（IP67 防護等級）。
傳感器：
校准反射之后的 TOF 距離測量
16 通道
測量距離遠達 100 米
度：+/-3 厘米（常規）
雙重回傳
視場角（垂直）：30°（+15° 至 -15°）
角分辨率（垂直）：2°
視場角（垂直/方位角）：360°
角分辨率（水平/方位角）：0.1° - 0.4°
旋轉速率：5 - 20 Hz
集成有 Web 服務器，可方便地進行監控和配置
激光：
1 級 - 人眼安全
波長：903 nm
機械/電器/運轉：
耗電量：8 W（常規）
工作電壓：9 - 32 V 直流電（含接口盒以及穩壓電源）
重量：830 克（不含線纜）
尺寸：103 毫米（直徑） x 72 毫米（高度）
沖擊力度：振幅：500 m/sec2，時長：11 msec
振動頻率：5 Hz 至 2000 Hz，3G rms
防護標准：IP67
工作溫度：-10° 至 +60°C
存儲溫度：-40° 至 +105°C
輸出：
高達 30 萬點/秒
100 Mbps 以太網連接
UDP 數據包包含
- 距離
- 校准反射強度
- 旋轉角度
- 同步時間戳（μs 分辨率）
來自 GPS Receiver 的 $GPRMC NMEA 語句（不含 GPS）
VLP-16型號雷達具有在垂直方向上16線的激光束，激光雷達在采集三維數據時，每一步的旋轉（旋轉頻率可設定頻率不同旋轉的步進角度不同）可在空間上采集16個點的三維數據。在垂直方向上的視角范圍為-15度到+15度，每個激光束對應的角度分別為如下圖所示：
截取一部分雷達的數據包如下所示：
左圖：數據包前一部分 右圖：數據包后一部分
依據上圖數據包的最左邊為00000h表示行標識，左圖第一行畫紅線部分FFEE為數據包的開頭標識，E063十六進制兩字節標識當前選擇角度，B6072A三字節前兩字節B607標識雷達激光的探測距離信息，2A表示激光反射強度。右圖畫紅線部分最后面六個字節表示數據幀的時間戳和雷達信息參數，其中6D69940F表示時間戳而3722表示雷達的參數信息。
1、旋轉角度值的計算
例如上圖第一個數據包的旋轉角度為0xE0、0x63
a、反轉兩個字節變成十六進制63E0
b、把63E0變成無符號的十進制為25568
c、再把25568處於100.0得到255.68，那么得到的值255.68就是當前的旋轉角度值
2、16線激光分別測得的距離
例如上一個圖第一個數據包第一個激光線的距離，其值為B6072A
a、B6072A其中B607為距離2A為反射強度，首先反轉兩個距離的字節變成07B6
b、把07B6變成無符號的十進制為1974
c、該型號雷達的分辨率為2.0mm，所以激光束測得的距離為1974 * 2mm = 3948mm
d、3948mm轉化為米等於3.948m
3、獲得幀的時間戳和雷達型號參數
例如上一個圖最后六個字節的數據6D69940F3722
a、前四個字節的數據為時間戳為6D69940F，然后反轉順序0F94696D
b、0F94696D無符號十進制的值為261384557，單位為us
c、把261384557除以1000000可獲得當前的時間（單位：秒）
d、后兩個字節3722表示雷達的型號和參數，具體的意義如下圖所示：
4、把角度和距離信息轉化為三維坐標XYZ值，如下圖所示：
其中R的值為激光雷達測得的與障礙物的直線距離，該值為上述第2點測得的值，其中垂直角度ω可通過查表方法獲得，每個激光束對應的角度ω是固定的本文第一張圖所示，而α則有第1點測得的旋轉角度值。已知旋轉角度α、垂直角度ω和R通過圖中所述的公式即可求得XYZ值。