一、激光雷達的性能指標有哪些

激光雷達的主要性(xing)能參數有(you)激光的波長、探測(ce)距(ju)離、FOV（垂直+水(shui)平）、測(ce)距(ju)精度、角(jiao)分(fen)辨率(lv)、出點數、線束、安全等(deng)(deng)級、輸(shu)出參數、IP防護等(deng)(deng)級、功率(lv)、供電(dian)電(dian)壓、激光發射方式(shi)（機械/固態）、使(shi)用壽命等(deng)(deng)。

1、激光的波長：目前市場(chang)上三維(wei)成(cheng)像激光雷達最常(chang)用的(de)波(bo)長是905nm和1550nm。1550nm波(bo)長LiDAR傳(chuan)感器可以(yi)以(yi)更(geng)高的(de)功率運(yun)行(xing)，以(yi)提高探(tan)(tan)測(ce)范圍(wei)，同時對于雨(yu)霧的(de)穿透力更(geng)強。905nm的(de)主(zhu)要優點(dian)是硅在該波(bo)長處吸收(shou)光子，而硅基光電探(tan)(tan)測(ce)器通常(chang)比探(tan)(tan)測(ce)1550nm光所需的(de)銦鎵(jia)砷(shen)（InGaAs）近紅外探(tan)(tan)測(ce)器便宜。

2、安全等級：激(ji)(ji)光(guang)雷(lei)達的安全等(deng)級是否滿足Class1，需要(yao)考慮特定波(bo)長的激(ji)(ji)光(guang)產(chan)品在(zai)完全工作時間內的激(ji)(ji)光(guang)輸出(chu)功(gong)率，即激(ji)(ji)光(guang)輻(fu)射(she)的安全性是波(bo)長、輸出(chu)功(gong)率，和激(ji)(ji)光(guang)輻(fu)射(she)時間的綜合作用的結果。

3、探測距離：激光雷達的(de)(de)測(ce)距(ju)與(yu)目(mu)標的(de)(de)反(fan)射率相關。目(mu)標的(de)(de)反(fan)射率越(yue)高則測(ce)量的(de)(de)距(ju)離(li)越(yue)遠，目(mu)標的(de)(de)反(fan)射率越(yue)低則測(ce)量的(de)(de)距(ju)離(li)越(yue)近。因(yin)此在查看激光雷(lei)達(da)的(de)(de)探測(ce)距(ju)離(li)時要知道該(gai)測(ce)量距(ju)離(li)是目(mu)標反(fan)射率為多少時的(de)(de)探測(ce)距(ju)離(li)。

4、FOV：激光(guang)雷(lei)達(da)的視場角(jiao)(jiao)有水(shui)平視場角(jiao)(jiao)和垂直(zhi)視場角(jiao)(jiao)。如(ru)果是(shi)機械旋轉(zhuan)激光(guang)雷(lei)達(da)，則其水(shui)平視場角(jiao)(jiao)為360度。

5、角分辨率：一(yi)個是垂(chui)(chui)直(zhi)(zhi)分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)(lv)，另(ling)一(yi)個是水(shui)平(ping)(ping)分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)(lv)。水(shui)平(ping)(ping)方(fang)向上做(zuo)到高分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)(lv)其實不難，因(yin)為(wei)水(shui)平(ping)(ping)方(fang)向上是由電機帶動的，所以(yi)水(shui)平(ping)(ping)分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)(lv)可以(yi)做(zuo)得很高。一(yi)般(ban)可以(yi)做(zuo)到0.01度(du)級別。垂(chui)(chui)直(zhi)(zhi)分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)(lv)是與發射器幾何大小相關，也(ye)與其排(pai)布有關系，就是相鄰兩個發射器間隔(ge)做(zuo)得越(yue)小，垂(chui)(chui)直(zhi)(zhi)分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)(lv)也(ye)就會越(yue)小。垂(chui)(chui)直(zhi)(zhi)分(fen)(fen)辨(bian)(bian)率(lv)(lv)為(wei)0.1~1度(du)的級別。

6、出點數：每秒激光(guang)雷(lei)達發射的激光(guang)點數(shu)。激光(guang)雷(lei)達的點數(shu)一般從(cong)幾萬點至幾十萬點每秒左右。

7、線束：多(duo)線激(ji)(ji)光雷(lei)達，就(jiu)是通過多(duo)個(ge)激(ji)(ji)光發射器在垂直方向上(shang)的(de)(de)分(fen)布，通過電(dian)機的(de)(de)旋(xuan)轉形(xing)成多(duo)條線束的(de)(de)掃描。多(duo)少(shao)線的(de)(de)激(ji)(ji)光雷(lei)達合(he)適(shi)，主要是說多(duo)少(shao)線的(de)(de)激(ji)(ji)光雷(lei)達掃出來的(de)(de)物體能夠適(shi)合(he)算法的(de)(de)需(xu)求(qiu)(qiu)。理論上(shang)講，當然是線束越(yue)多(duo)、越(yue)密，對環境(jing)描述(shu)就(jiu)更加充(chong)分(fen)，這樣還可以降低算法的(de)(de)要求(qiu)(qiu)。常見(jian)的(de)(de)激(ji)(ji)光雷(lei)達的(de)(de)線束有：16線、32線、64線等。

8、輸出參數：障(zhang)礙(ai)物(wu)的位置（三維）、速(su)度(du)（三維）、方向(xiang)、時間(jian)戳（某些(xie)激光雷達有）、反射率(lv)

9、使用壽命：機械旋轉的激(ji)光雷達的使用壽命一般在幾千小時；固態激(ji)光雷達的使用壽命可(ke)高達10萬小時。

10、激光發射方式：傳(chuan)統的(de)采用(yong)(yong)(yong)機械旋轉的(de)結構，機械旋轉容(rong)易導致磨損使(shi)得激(ji)(ji)(ji)光(guang)雷達的(de)使(shi)用(yong)(yong)(yong)壽命(ming)有(you)(you)限。固態激(ji)(ji)(ji)光(guang)雷達主(zhu)要(yao)由三類-Flash、MEMS、相(xiang)控(kong)陣(zhen)。Flash激(ji)(ji)(ji)光(guang)雷達只(zhi)要(yao)有(you)(you)光(guang)源，就(jiu)能用(yong)(yong)(yong)脈沖(chong)一(yi)(yi)次覆蓋整個(ge)視(shi)場(chang)。隨后再用(yong)(yong)(yong)飛行時(shi)間(jian)（ToF）方(fang)法接收(shou)相(xiang)關(guan)數據并繪制(zhi)出(chu)激(ji)(ji)(ji)光(guang)雷達周圍的(de)目標(biao)。MEMS激(ji)(ji)(ji)光(guang)雷達其(qi)結構相(xiang)當簡單，只(zhi)要(yao)一(yi)(yi)束激(ji)(ji)(ji)光(guang)和(he)一(yi)(yi)塊反光(guang)鏡。具體(ti)來說，激(ji)(ji)(ji)光(guang)射(she)(she)向這塊類似(si)陀螺一(yi)(yi)樣旋轉的(de)反光(guang)鏡就(jiu)行，反光(guang)鏡通(tong)過轉動，可(ke)以實現對激(ji)(ji)(ji)光(guang)方(fang)向的(de)控(kong)制(zhi)。相(xiang)控(kong)陣(zhen)激(ji)(ji)(ji)光(guang)雷達利用(yong)(yong)(yong)獨立(li)天線(xian)同步形(xing)成的(de)微(wei)陣(zhen)列(lie)，相(xiang)控(kong)陣(zhen)可(ke)以向任何(he)方(fang)向發(fa)送(song)無線(xian)電(dian)波，完全省(sheng)略了“旋轉”這一(yi)(yi)步驟，只(zhi)需控(kong)制(zhi)每個(ge)天線(xian)發(fa)送(song)信號間(jian)的(de)時(shi)機或(huo)陣(zhen)列(lie)，就(jiu)能控(kong)制(zhi)信號射(she)(she)向特定位(wei)置。

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二、激光雷達的測距方法有哪些

就(jiu)像大(da)家(jia)所熟知(zhi)的(de)那樣，路程=速度×時(shi)間，激光雷(lei)達(da)的(de)測距過程也離不開這個公式(shi)。在空(kong)間中(zhong)，激光的(de)飛行(xing)速度是已知(zhi)的(de)3×108m/s。現有(you)的(de)激光雷(lei)達(da)測距方法有(you)很(hen)多種(zhong)，除了(le)直接測量激光脈沖飛行(xing)時(shi)間的(de)方式(shi)，還可(ke)以(yi)通過對發射激光信(xin)號的(de)幅度、頻率等參數進(jin)行(xing)調制來間接的(de)獲(huo)取目標的(de)距離信(xin)息。

利用激光雷達進行(xing)距離測量，針對不同的(de)應用場景，我們要對癥下藥(yao)。

1、“激光測距里的千里眼”——脈沖激光測距法

脈(mo)沖激(ji)(ji)光具有峰值(zhi)功(gong)率大的特點，這(zhe)使它能夠在空間(jian)中傳播很長的距(ju)(ju)離，所以脈(mo)沖激(ji)(ji)光測(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)法(fa)可以對很遠(yuan)的目(mu)標進(jin)行(xing)測(ce)(ce)(ce)量。很遠(yuan)是(shi)有多(duo)遠(yuan)呢？目(mu)前人類歷史上(shang)最遠(yuan)的激(ji)(ji)光測(ce)(ce)(ce)量距(ju)(ju)離是(shi)地(di)球和月(yue)(yue)(yue)亮之(zhi)間(jian)的距(ju)(ju)離，他們采用(yong)的就是(shi)脈(mo)沖激(ji)(ji)光測(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)法(fa)。自2019年6月(yue)(yue)(yue)以來，我國(guo)天琴計劃團隊已經多(duo)次(ci)成功(gong)實現(xian)地(di)月(yue)(yue)(yue)距(ju)(ju)離的測(ce)(ce)(ce)量，通過對脈(mo)沖飛行(xing)時間(jian)的精確計時，得到地(di)月(yue)(yue)(yue)距(ju)(ju)離在351，000km到406，000km（橢圓(yuan)軌(gui)道）之(zhi)間(jian)波動。

脈沖激光測(ce)(ce)距(ju)是(shi)一種(zhong)發展十分成熟的(de)測(ce)(ce)距(ju)體制(zhi)，不(bu)僅可以用(yong)(yong)(yong)來對(dui)遠目標探測(ce)(ce)，還可以用(yong)(yong)(yong)在(zai)數(shu)公里甚至數(shu)十米測(ce)(ce)量場景下。目前(qian)的(de)汽車自動駕駛中也大(da)多(duo)采(cai)用(yong)(yong)(yong)這(zhe)種(zhong)方法，其(qi)測(ce)(ce)距(ju)精度(du)可以達到厘米量級，這(zhe)對(dui)大(da)部(bu)分的(de)應用(yong)(yong)(yong)場景已經足夠。

2、“明察秋毫”的相位激光測距法

對(dui)那些對(dui)測(ce)距(ju)精度要求較高(gao)的(de)應用場(chang)景，如“空間交匯對(dui)接”中最后的(de)接近段等，厘米級的(de)測(ce)距(ju)精度已經不能滿足它們的(de)要求，這(zhe)時候(hou)需(xu)要用相位激光測(ce)距(ju)的(de)方法來(lai)測(ce)量。

相位激(ji)(ji)光測(ce)距(ju)(ju)(ju)發射的(de)(de)(de)是(shi)(shi)經過了調制的(de)(de)(de)連續激(ji)(ji)光信(xin)(xin)號(hao)，通過測(ce)量回(hui)波(bo)信(xin)(xin)號(hao)與發射信(xin)(xin)號(hao)之間(jian)的(de)(de)(de)相位差來確定目標的(de)(de)(de)距(ju)(ju)(ju)離。與脈(mo)沖(chong)激(ji)(ji)光測(ce)距(ju)(ju)(ju)相比，相位式(shi)激(ji)(ji)光測(ce)距(ju)(ju)(ju)法有更高的(de)(de)(de)測(ce)距(ju)(ju)(ju)精(jing)度(du)，其測(ce)距(ju)(ju)(ju)精(jing)度(du)可以達(da)到毫米級。但是(shi)(shi)由于相位式(shi)測(ce)距(ju)(ju)(ju)發射的(de)(de)(de)激(ji)(ji)光為連續波(bo)，這(zhe)使(shi)得(de)它的(de)(de)(de)平均(jun)功率遠(yuan)低(di)于脈(mo)沖(chong)激(ji)(ji)光的(de)(de)(de)峰值功率，因而(er)無法實現(xian)遠(yuan)距(ju)(ju)(ju)離目標的(de)(de)(de)探測(ce)。我們生活中常(chang)用(yong)的(de)(de)(de)手持式(shi)激(ji)(ji)光測(ce)距(ju)(ju)(ju)儀大(da)多都是(shi)(shi)采用(yong)相位激(ji)(ji)光測(ce)距(ju)(ju)(ju)的(de)(de)(de)方法。

3、“追著你測”的調頻連續波激光測距法

如果(guo)目標是(shi)運動的(de)(de)(de)，除了距離，我們還想知道目標的(de)(de)(de)速(su)度(du)(du)(du)(du)時(shi)，該怎么辦呢(ni)？隨(sui)著航天(tian)技術(shu)的(de)(de)(de)發展，保(bao)證航天(tian)器能夠安全的(de)(de)(de)軟著陸成為一(yi)個重要的(de)(de)(de)問(wen)題。單次(ci)脈沖激光測(ce)(ce)距和相位測(ce)(ce)距法只(zhi)能獲(huo)得目標的(de)(de)(de)距離信息，若要獲(huo)得其速(su)度(du)(du)(du)(du)至少需要兩次(ci)測(ce)(ce)量結果(guo)并結合兩次(ci)測(ce)(ce)量的(de)(de)(de)時(shi)間(jian)間(jian)隔來計算(suan)。而這樣計算(suan)出來的(de)(de)(de)平均速(su)度(du)(du)(du)(du)的(de)(de)(de)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)遠低于(yu)激光多普(pu)勒(le)測(ce)(ce)速(su)雷(lei)達的(de)(de)(de)測(ce)(ce)速(su)精(jing)(jing)度(du)(du)(du)(du)。

調頻連續波激(ji)光測距(ju)方(fang)法可(ke)(ke)以(yi)解決這個問題，它不僅(jin)可(ke)(ke)以(yi)測距(ju)，還(huan)可(ke)(ke)以(yi)測速(su)，因(yin)此可(ke)(ke)以(yi)應用于相對運動速(su)度較(jiao)高的(de)目標測距(ju)。