激光雷達(dá)（LiDAR）作為主動式遙感技術(shù)的核心代表，通過發(fā)射激光脈沖測量目標(biāo)距離，能夠生成高精度的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在自動駕駛、機(jī)器人導(dǎo)航、環(huán)境監(jiān)測等眾多領(lǐng)域展現(xiàn)出不可替代的應(yīng)用價(jià)值。然而，單一 LiDAR 傳感器在實(shí)際應(yīng)用中存在顯著局限：點(diǎn)云數(shù)據(jù)的稀疏性會隨距離增加呈平方級衰減，尤其在遠(yuǎn)距離場景中表現(xiàn)明顯；其獲取的數(shù)據(jù)缺乏紋理與色彩信息，難以區(qū)分外觀相似的目標(biāo)，例如道路旁的車輛與廣告牌；同時，在雨、霧等惡劣天氣條件下，激光散射會導(dǎo)致有效點(diǎn)云損失高達(dá) 40%，嚴(yán)重影響感知效果。為彌補(bǔ)這些缺陷，數(shù)據(jù)融合技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，通過將 LiDAR 與視覺相機(jī)、毫米波雷達(dá)（MMW）、慣性測量單元（IMU）等多模態(tài)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行協(xié)同處理，能夠?qū)崿F(xiàn) “1+1>2” 的感知效能提升，這一技術(shù)已成為近年來的研究熱點(diǎn)。據(jù) KITTI 數(shù)據(jù)集相關(guān)統(tǒng)計(jì)，融合 LiDAR 與視覺數(shù)據(jù)的目標(biāo)檢測準(zhǔn)確率較單一傳感器提升 30% 以上，而在極端天氣場景中，多模態(tài)融合系統(tǒng)的故障率可降低 60%。本文將系統(tǒng)梳理 LiDAR 數(shù)據(jù)融合的核心技術(shù)、融合架構(gòu)及典型應(yīng)用，為多傳感器協(xié)同感知系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供理論支撐和工程參考。

LiDAR 生成的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)具有獨(dú)特的本質(zhì)特征，每個點(diǎn)包含空間坐標(biāo)（x,y,z）、反射強(qiáng)度（intensity）、回波次數(shù)等信息，其中反射強(qiáng)度與目標(biāo)材質(zhì)（如金屬、非金屬）、表面粗糙度密切相關(guān)，可作為目標(biāo)分類的輔助依據(jù)。在時空特性方面，其空間分辨率受激光線束數(shù)量影響，例如 128 線 LiDAR 的水平角分辨率可達(dá) 0.1°；而時間同步則要求與其他傳感器保持微秒級的時間對齊，以避免運(yùn)動畸變對數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的影響。正是這些特性與局限，使得 LiDAR 與其他傳感器的融合成為必要。

不同類型的傳感器各具優(yōu)勢與缺陷，且與 LiDAR 之間存在顯著的融合價(jià)值。視覺相機(jī)能夠提供豐富的紋理色彩信息，具有高分辨率（可達(dá) 4K），但受光照影響較大，且缺乏深度信息，將其與 LiDAR 融合可為點(diǎn)云賦予語義標(biāo)簽，補(bǔ)充細(xì)節(jié)特征。毫米波雷達(dá)具備全天候工作能力，測速精度高，然而空間分辨率較低（約 0.5m），與 LiDAR 結(jié)合后，可在惡劣天氣下提供冗余感知，增強(qiáng)對目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)的估計(jì)。IMU 能夠?qū)崿F(xiàn)高頻動態(tài)姿態(tài)測量（1kHz+），但存在累計(jì)誤差隨時間漂移的問題，與 LiDAR 協(xié)同可輔助進(jìn)行點(diǎn)云的運(yùn)動畸變校正。GPS/RTK 可提供絕對位置定位，卻在城市峽谷場景中易出現(xiàn)信號丟失，其與 LiDAR 的融合能為數(shù)據(jù)提供全局坐標(biāo)基準(zhǔn)。