2D激光雷达（LiDAR）的核心原理是利用激光束扫描周围环境，通过测量激光反射的时间差（飞行时间）来测算距离，并以旋转方式构建二维平面上的环境轮廓图。以下是其详细工作原理的分步解释：

核心工作流程

1. 激光发射
   雷达内部向单一平面（通常是水平面）发射短脉冲红外激光束（人眼不可见）。

2. 旋转扫描
   激光发射器通过高速旋转的电机（如每分钟300~1200转）带动，实现360°全向扫描，形成扇形扫描面。

3. 探测反射光
   激光束遇到障碍物后会反射回雷达，内置高灵敏度光电探测器接收反射信号。

4. 飞行时间测距（TOF）
   通过精确计算激光发射到接收的时间差（(\Delta t)），依据光速（(c = 3 \times 10^8 \, m/s)）计算距离：
   距离公式：(d = \frac{c \cdot \Delta t}{2})
   (除以2是因激光需往返双程)

5. 角度与数据合成
   根据雷达旋转时的实时角度编码器记录当前激光发射方向（如角度θ），结合距离d，获得极坐标系下的点坐标 ((d, θ))。

6. 点云生成
   每秒数千次测量后，所有点数据在二维平面拼接，形成点云图（Point Cloud），勾勒出环境轮廓。

关键技术特点

• 单线扫描：仅一条激光线，获取单一水平截面的环境信息。
• 高频率：每秒可测上万点（如10kHz代表每秒1万次测距）。
• 极坐标系转笛卡尔坐标系：
  点云数据可转换为二维直角坐标：
  (x = d \cdot \cos(\theta))，(y = d \cdot \sin(\theta))

与3D激光雷达的区别

典型应用场景

• 移动机器人避障：扫地机器人实时构建房间地图，规划路径。
• 工业AGV：仓库物流小车感知货架与行人。
• 安防监控：检测特定平面内的闯入物体。

⚠️ 注：2D雷达无法探测斜坡、台阶等垂直方向变化，需结合IMU或3D传感器解决。

可视化理解

想象将激光笔固定在旋转圆盘上，在黑暗房间中快速转动。通过记录每次光点亮起的位置和时间，就能画出房间墙壁和家具的二维轮廓线图。

这种通过时间换距离+旋转换角度的组合，正是2D激光雷达实现环境感知的核心逻辑。