一、激光雷達的性能指標有哪些

激(ji)(ji)光雷達(da)的(de)主要(yao)性能參數有激(ji)(ji)光的(de)波長(chang)、探測距(ju)離、FOV（垂直(zhi)+水平）、測距(ju)精(jing)度(du)、角分辨率、出(chu)(chu)點數、線束(shu)、安全等級、輸出(chu)(chu)參數、IP防(fang)護等級、功率、供電電壓、激(ji)(ji)光發射方式（機械/固態）、使用壽命等。

1、激光的波長：目前市場(chang)上三(san)維(wei)成像激光雷達最常用的波(bo)長(chang)是905nm和1550nm。1550nm波(bo)長(chang)LiDAR傳感器可以(yi)以(yi)更高的功率運行，以(yi)提高探(tan)測(ce)(ce)(ce)范圍，同(tong)時(shi)對于(yu)雨霧的穿透(tou)力(li)更強。905nm的主(zhu)要(yao)優點是硅(gui)在該波(bo)長(chang)處吸收光子(zi)，而硅(gui)基光電(dian)探(tan)測(ce)(ce)(ce)器通常比探(tan)測(ce)(ce)(ce)1550nm光所需的銦鎵砷（InGaAs）近紅外(wai)探(tan)測(ce)(ce)(ce)器便宜。

2、安全等級：激(ji)光(guang)雷達的(de)(de)安全(quan)等(deng)級是(shi)否(fou)滿足(zu)Class1，需要考慮特定波長的(de)(de)激(ji)光(guang)產品在完全(quan)工作時(shi)間內的(de)(de)激(ji)光(guang)輸(shu)出功率(lv)，即激(ji)光(guang)輻(fu)射(she)(she)的(de)(de)安全(quan)性是(shi)波長、輸(shu)出功率(lv)，和激(ji)光(guang)輻(fu)射(she)(she)時(shi)間的(de)(de)綜合作用的(de)(de)結果。

3、探測距離：激光雷達的測(ce)(ce)(ce)距(ju)與目標的反射率(lv)相關。目標的反射率(lv)越高則(ze)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)的距(ju)離(li)越遠，目標的反射率(lv)越低則(ze)測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)的距(ju)離(li)越近。因此在(zai)查(cha)看激光雷達的探測(ce)(ce)(ce)距(ju)離(li)時(shi)要知道(dao)該測(ce)(ce)(ce)量(liang)(liang)距(ju)離(li)是目標反射率(lv)為多(duo)少(shao)時(shi)的探測(ce)(ce)(ce)距(ju)離(li)。

4、FOV：激(ji)光雷達的視場角(jiao)有水(shui)平(ping)視場角(jiao)和垂直視場角(jiao)。如果是機(ji)械旋轉(zhuan)激(ji)光雷達，則其水(shui)平(ping)視場角(jiao)為360度(du)。

5、角分辨率：一個(ge)是(shi)(shi)(shi)垂直分辨(bian)率(lv)，另一個(ge)是(shi)(shi)(shi)水(shui)平分辨(bian)率(lv)。水(shui)平方向上做到高分辨(bian)率(lv)其(qi)實(shi)不(bu)難，因為水(shui)平方向上是(shi)(shi)(shi)由電機帶(dai)動的，所以(yi)水(shui)平分辨(bian)率(lv)可以(yi)做得很高。一般可以(yi)做到0.01度級別。垂直分辨(bian)率(lv)是(shi)(shi)(shi)與發射器幾何大小(xiao)相(xiang)關，也與其(qi)排布有關系，就是(shi)(shi)(shi)相(xiang)鄰(lin)兩個(ge)發射器間隔(ge)做得越(yue)小(xiao)，垂直分辨(bian)率(lv)也就會越(yue)小(xiao)。垂直分辨(bian)率(lv)為0.1~1度的級別。

6、出點數：每秒(miao)激(ji)光(guang)(guang)雷達發射的(de)激(ji)光(guang)(guang)點數(shu)。激(ji)光(guang)(guang)雷達的(de)點數(shu)一(yi)般從幾萬點至(zhi)幾十(shi)萬點每秒(miao)左右。

7、線束：多(duo)(duo)線(xian)(xian)(xian)激(ji)光(guang)雷(lei)達，就(jiu)是通(tong)過多(duo)(duo)個激(ji)光(guang)發(fa)射器在垂(chui)直方向上的(de)(de)分(fen)(fen)布，通(tong)過電機的(de)(de)旋轉形成多(duo)(duo)條線(xian)(xian)(xian)束的(de)(de)掃描。多(duo)(duo)少線(xian)(xian)(xian)的(de)(de)激(ji)光(guang)雷(lei)達合適，主要是說多(duo)(duo)少線(xian)(xian)(xian)的(de)(de)激(ji)光(guang)雷(lei)達掃出來的(de)(de)物體能夠適合算(suan)法的(de)(de)需求(qiu)。理論上講，當然是線(xian)(xian)(xian)束越多(duo)(duo)、越密，對環境描述(shu)就(jiu)更加充分(fen)(fen)，這樣(yang)還可(ke)以降低算(suan)法的(de)(de)要求(qiu)。常見的(de)(de)激(ji)光(guang)雷(lei)達的(de)(de)線(xian)(xian)(xian)束有(you)：16線(xian)(xian)(xian)、32線(xian)(xian)(xian)、64線(xian)(xian)(xian)等。

8、輸出參數：障礙物(wu)的位置（三維）、速度（三維）、方向、時(shi)間戳（某些激光雷達(da)有）、反射率(lv)

9、使用壽命：機械旋(xuan)轉的激光雷達(da)的使用壽命一般在幾千(qian)小(xiao)時；固態激光雷達(da)的使用壽命可(ke)高達(da)10萬小(xiao)時。

10、激光發射方式：傳統的(de)(de)(de)采用(yong)機械(xie)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)結構(gou)，機械(xie)旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)容易(yi)導致磨損(sun)使得激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)的(de)(de)(de)使用(yong)壽(shou)命有限。固態激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)主要由三類(lei)-Flash、MEMS、相控陣(zhen)。Flash激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)只要有光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源，就(jiu)能(neng)(neng)用(yong)脈沖(chong)一次覆蓋整個視場。隨后(hou)再用(yong)飛行(xing)時間(jian)（ToF）方法接收相關數(shu)據(ju)并繪制(zhi)出激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)周圍的(de)(de)(de)目標。MEMS激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)其結構(gou)相當簡單(dan)，只要一束激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)和(he)一塊反(fan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)鏡(jing)。具體來說，激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)射(she)向(xiang)這(zhe)(zhe)塊類(lei)似陀螺一樣旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)反(fan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)鏡(jing)就(jiu)行(xing)，反(fan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)鏡(jing)通過轉(zhuan)(zhuan)動(dong)，可以實現對激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)方向(xiang)的(de)(de)(de)控制(zhi)。相控陣(zhen)激(ji)(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)(lei)(lei)達(da)(da)利用(yong)獨立天線同步形成的(de)(de)(de)微陣(zhen)列，相控陣(zhen)可以向(xiang)任何方向(xiang)發送無(wu)線電波，完(wan)全省(sheng)略了(le)“旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)”這(zhe)(zhe)一步驟(zou)，只需控制(zhi)每個天線發送信號間(jian)的(de)(de)(de)時機或陣(zhen)列，就(jiu)能(neng)(neng)控制(zhi)信號射(she)向(xiang)特定位置。

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二、激光雷達的測距方法有哪些

就(jiu)像大家(jia)所熟知(zhi)的(de)(de)那樣，路程=速(su)度(du)×時間，激(ji)(ji)光(guang)雷(lei)達的(de)(de)測距過(guo)程也離(li)(li)不(bu)開這個公式(shi)。在空間中，激(ji)(ji)光(guang)的(de)(de)飛行(xing)(xing)速(su)度(du)是已知(zhi)的(de)(de)3×108m/s。現有的(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)雷(lei)達測距方法(fa)有很(hen)多(duo)種(zhong)，除了(le)直接(jie)測量(liang)激(ji)(ji)光(guang)脈沖飛行(xing)(xing)時間的(de)(de)方式(shi)，還可以通過(guo)對(dui)發射(she)激(ji)(ji)光(guang)信號的(de)(de)幅度(du)、頻率(lv)等參數進行(xing)(xing)調(diao)制來間接(jie)的(de)(de)獲取目(mu)標的(de)(de)距離(li)(li)信息。

利用激光雷達進行距(ju)離測量，針對不同的應(ying)用(yong)場景，我們要對癥下(xia)藥。

1、“激光測距里的千里眼”——脈沖激光測距法

脈沖(chong)激光(guang)具有峰值功(gong)率大的(de)(de)特點，這使它能(neng)夠在(zai)空間(jian)中傳播很長的(de)(de)距(ju)離，所以(yi)(yi)脈沖(chong)激光(guang)測(ce)距(ju)法可以(yi)(yi)對(dui)很遠(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)目標進行測(ce)量。很遠(yuan)(yuan)(yuan)是有多(duo)遠(yuan)(yuan)(yuan)呢？目前人類(lei)歷史上最(zui)遠(yuan)(yuan)(yuan)的(de)(de)激光(guang)測(ce)量距(ju)離是地球和月(yue)(yue)(yue)亮之間(jian)的(de)(de)距(ju)離，他們采用的(de)(de)就是脈沖(chong)激光(guang)測(ce)距(ju)法。自(zi)2019年6月(yue)(yue)(yue)以(yi)(yi)來(lai)，我國天(tian)琴計(ji)(ji)劃(hua)團(tuan)隊已經多(duo)次成功(gong)實現(xian)地月(yue)(yue)(yue)距(ju)離的(de)(de)測(ce)量，通(tong)過對(dui)脈沖(chong)飛行時間(jian)的(de)(de)精確計(ji)(ji)時，得到地月(yue)(yue)(yue)距(ju)離在(zai)351，000km到406，000km（橢圓軌道）之間(jian)波動。

脈沖(chong)激光測(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)是一種發展十(shi)分成熟的測(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)體制，不(bu)僅可(ke)以用來對遠目標(biao)探測(ce)(ce)(ce)，還可(ke)以用在(zai)數公里甚(shen)至數十(shi)米(mi)測(ce)(ce)(ce)量場景(jing)下。目前的汽車自動駕(jia)駛中也大(da)多(duo)采用這(zhe)種方法，其測(ce)(ce)(ce)距(ju)(ju)精度可(ke)以達(da)到厘米(mi)量級，這(zhe)對大(da)部分的應(ying)用場景(jing)已經足夠(gou)。

2、“明察秋毫”的相位激光測距法

對(dui)那(nei)些對(dui)測(ce)距(ju)精(jing)度要(yao)求較(jiao)高的(de)應用場景，如“空間交匯(hui)對(dui)接(jie)”中最(zui)后(hou)的(de)接(jie)近段等，厘米級的(de)測(ce)距(ju)精(jing)度已經不能滿足它們的(de)要(yao)求，這(zhe)時候需要(yao)用相位激光測(ce)距(ju)的(de)方(fang)法來測(ce)量。

相位激(ji)(ji)光測(ce)(ce)(ce)距發(fa)(fa)射(she)(she)的(de)(de)(de)是經過了調制的(de)(de)(de)連續激(ji)(ji)光信(xin)號(hao)，通過測(ce)(ce)(ce)量回(hui)波信(xin)號(hao)與發(fa)(fa)射(she)(she)信(xin)號(hao)之間的(de)(de)(de)相位差(cha)來確定目標的(de)(de)(de)距離。與脈沖激(ji)(ji)光測(ce)(ce)(ce)距相比，相位式激(ji)(ji)光測(ce)(ce)(ce)距法有更(geng)高(gao)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)(ce)距精度，其測(ce)(ce)(ce)距精度可以達到(dao)毫米級(ji)。但是由于相位式測(ce)(ce)(ce)距發(fa)(fa)射(she)(she)的(de)(de)(de)激(ji)(ji)光為連續波，這使得(de)它(ta)的(de)(de)(de)平均(jun)功率遠(yuan)(yuan)低于脈沖激(ji)(ji)光的(de)(de)(de)峰值功率，因而無(wu)法實現遠(yuan)(yuan)距離目標的(de)(de)(de)探測(ce)(ce)(ce)。我們生活中(zhong)常用(yong)的(de)(de)(de)手持式激(ji)(ji)光測(ce)(ce)(ce)距儀大多(duo)都是采用(yong)相位激(ji)(ji)光測(ce)(ce)(ce)距的(de)(de)(de)方法。

3、“追著你測”的調頻連續波激光測距法

如果目標是運動(dong)的(de)，除了距(ju)(ju)(ju)離(li)，我們還想知(zhi)道目標的(de)速(su)(su)度(du)(du)(du)時(shi)，該怎么(me)辦呢(ni)？隨(sui)著(zhu)航天技術的(de)發展(zhan)，保證航天器能夠安(an)全(quan)的(de)軟著(zhu)陸成為一個重要的(de)問題。單(dan)次(ci)(ci)脈沖激(ji)光(guang)測(ce)距(ju)(ju)(ju)和相位測(ce)距(ju)(ju)(ju)法只(zhi)能獲得(de)目標的(de)距(ju)(ju)(ju)離(li)信(xin)息，若(ruo)要獲得(de)其速(su)(su)度(du)(du)(du)至(zhi)少(shao)需要兩次(ci)(ci)測(ce)量(liang)結果并結合兩次(ci)(ci)測(ce)量(liang)的(de)時(shi)間間隔(ge)來計算。而這樣計算出來的(de)平均速(su)(su)度(du)(du)(du)的(de)精(jing)度(du)(du)(du)遠(yuan)低于(yu)激(ji)光(guang)多普勒測(ce)速(su)(su)雷達的(de)測(ce)速(su)(su)精(jing)度(du)(du)(du)。

調頻連續(xu)波激光(guang)測(ce)距(ju)方法可以解決這個問題，它(ta)不僅可以測(ce)距(ju)，還可以測(ce)速(su)，因此可以應用于(yu)相對運動速(su)度較高的目(mu)標測(ce)距(ju)。