一、激光雷達的性能指標有哪些

激(ji)(ji)光雷達的主要性(xing)能參數(shu)有(you)激(ji)(ji)光的波長、探(tan)測(ce)距離、FOV（垂直(zhi)+水平）、測(ce)距精度、角分辨率(lv)、出點數(shu)、線束、安全等級、輸出參數(shu)、IP防護等級、功(gong)率(lv)、供電電壓、激(ji)(ji)光發(fa)射方式（機械(xie)/固態）、使用壽命等。

1、激光的波長：目前市場上(shang)三維(wei)成像激(ji)光雷達(da)最常用的(de)(de)(de)波長(chang)(chang)是905nm和(he)1550nm。1550nm波長(chang)(chang)LiDAR傳感器(qi)可以以更高的(de)(de)(de)功率運行，以提高探測(ce)(ce)范圍，同時對于雨霧的(de)(de)(de)穿透力更強。905nm的(de)(de)(de)主要優點是硅在該波長(chang)(chang)處吸收光子，而硅基光電探測(ce)(ce)器(qi)通常比探測(ce)(ce)1550nm光所需的(de)(de)(de)銦鎵砷（InGaAs）近紅外探測(ce)(ce)器(qi)便(bian)宜。

2、安全等級：激(ji)(ji)光(guang)雷達(da)的(de)(de)(de)(de)安全等級(ji)是否滿足Class1，需要考慮(lv)特(te)定波長(chang)的(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)產(chan)品在完全工作(zuo)時(shi)間內的(de)(de)(de)(de)激(ji)(ji)光(guang)輸出(chu)功率，即激(ji)(ji)光(guang)輻射(she)的(de)(de)(de)(de)安全性是波長(chang)、輸出(chu)功率，和激(ji)(ji)光(guang)輻射(she)時(shi)間的(de)(de)(de)(de)綜合作(zuo)用的(de)(de)(de)(de)結果。

3、探測距離：激光雷達的(de)測(ce)(ce)距與(yu)目標的(de)反(fan)(fan)射率相關。目標的(de)反(fan)(fan)射率越(yue)高則測(ce)(ce)量的(de)距離(li)(li)越(yue)遠，目標的(de)反(fan)(fan)射率越(yue)低則測(ce)(ce)量的(de)距離(li)(li)越(yue)近(jin)。因此在查(cha)看激光雷達的(de)探測(ce)(ce)距離(li)(li)時要知道該測(ce)(ce)量距離(li)(li)是目標反(fan)(fan)射率為多少時的(de)探測(ce)(ce)距離(li)(li)。

4、FOV：激光雷(lei)(lei)達(da)的視場(chang)角有水平(ping)視場(chang)角和(he)垂直視場(chang)角。如果是機械(xie)旋轉激光雷(lei)(lei)達(da)，則其(qi)水平(ping)視場(chang)角為360度。

5、角分辨率：一個(ge)是(shi)垂(chui)直(zhi)分辨(bian)(bian)率(lv)(lv)，另一個(ge)是(shi)水(shui)(shui)平(ping)分辨(bian)(bian)率(lv)(lv)。水(shui)(shui)平(ping)方向上(shang)做到(dao)高分辨(bian)(bian)率(lv)(lv)其實(shi)不(bu)難，因(yin)為水(shui)(shui)平(ping)方向上(shang)是(shi)由電機帶動的，所以(yi)水(shui)(shui)平(ping)分辨(bian)(bian)率(lv)(lv)可(ke)以(yi)做得(de)很(hen)高。一般可(ke)以(yi)做到(dao)0.01度級(ji)別。垂(chui)直(zhi)分辨(bian)(bian)率(lv)(lv)是(shi)與(yu)發射器(qi)幾何大小(xiao)(xiao)相(xiang)關，也與(yu)其排布有關系，就(jiu)是(shi)相(xiang)鄰兩個(ge)發射器(qi)間隔做得(de)越小(xiao)(xiao)，垂(chui)直(zhi)分辨(bian)(bian)率(lv)(lv)也就(jiu)會越小(xiao)(xiao)。垂(chui)直(zhi)分辨(bian)(bian)率(lv)(lv)為0.1~1度的級(ji)別。

6、出點數：每秒(miao)(miao)激光雷(lei)(lei)達發(fa)射的激光點(dian)(dian)數。激光雷(lei)(lei)達的點(dian)(dian)數一般(ban)從幾萬(wan)點(dian)(dian)至幾十萬(wan)點(dian)(dian)每秒(miao)(miao)左右。

7、線束：多(duo)線(xian)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)，就(jiu)是(shi)通(tong)過多(duo)個激光(guang)(guang)發射器在(zai)垂直(zhi)方向上(shang)的(de)(de)分(fen)(fen)布，通(tong)過電機的(de)(de)旋(xuan)轉形(xing)成多(duo)條線(xian)束(shu)的(de)(de)掃描。多(duo)少(shao)線(xian)的(de)(de)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)合(he)適(shi)，主要是(shi)說多(duo)少(shao)線(xian)的(de)(de)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)掃出來的(de)(de)物體能夠(gou)適(shi)合(he)算法的(de)(de)需求(qiu)。理論上(shang)講，當然是(shi)線(xian)束(shu)越多(duo)、越密，對環境描述就(jiu)更加(jia)充分(fen)(fen)，這樣還可以(yi)降(jiang)低算法的(de)(de)要求(qiu)。常(chang)見的(de)(de)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)的(de)(de)線(xian)束(shu)有：16線(xian)、32線(xian)、64線(xian)等(deng)。

8、輸出參數：障(zhang)礙物的(de)位置（三維）、速度（三維）、方向、時間戳（某些激(ji)光(guang)雷達(da)有）、反射率(lv)

9、使用壽命：機械旋(xuan)轉的(de)(de)(de)激(ji)光(guang)(guang)雷達的(de)(de)(de)使用(yong)壽(shou)命一般(ban)在幾千小時(shi)；固(gu)態激(ji)光(guang)(guang)雷達的(de)(de)(de)使用(yong)壽(shou)命可高達10萬小時(shi)。

10、激光發射方式：傳統的(de)采用機械旋(xuan)轉(zhuan)的(de)結(jie)構(gou)，機械旋(xuan)轉(zhuan)容易導致磨損使(shi)得(de)激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)(lei)達(da)的(de)使(shi)用壽命有限。固(gu)態激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)(lei)達(da)主(zhu)要(yao)(yao)(yao)由三類-Flash、MEMS、相控陣(zhen)。Flash激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)(lei)達(da)只(zhi)(zhi)要(yao)(yao)(yao)有光(guang)(guang)源，就(jiu)能(neng)用脈沖(chong)一(yi)(yi)次覆蓋整個視場。隨后再用飛(fei)行(xing)時間(jian)（ToF）方(fang)法接收相關數(shu)據(ju)并繪(hui)制(zhi)出激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)(lei)達(da)周圍的(de)目標。MEMS激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)(lei)達(da)其(qi)結(jie)構(gou)相當簡(jian)單，只(zhi)(zhi)要(yao)(yao)(yao)一(yi)(yi)束激(ji)光(guang)(guang)和一(yi)(yi)塊(kuai)反光(guang)(guang)鏡(jing)。具(ju)體來說，激(ji)光(guang)(guang)射向(xiang)(xiang)這塊(kuai)類似陀螺一(yi)(yi)樣旋(xuan)轉(zhuan)的(de)反光(guang)(guang)鏡(jing)就(jiu)行(xing)，反光(guang)(guang)鏡(jing)通(tong)過轉(zhuan)動，可以實現對激(ji)光(guang)(guang)方(fang)向(xiang)(xiang)的(de)控制(zhi)。相控陣(zhen)激(ji)光(guang)(guang)雷(lei)(lei)達(da)利用獨立天線同步形成的(de)微陣(zhen)列，相控陣(zhen)可以向(xiang)(xiang)任何方(fang)向(xiang)(xiang)發送(song)無(wu)線電波，完全省略了“旋(xuan)轉(zhuan)”這一(yi)(yi)步驟，只(zhi)(zhi)需控制(zhi)每個天線發送(song)信(xin)號(hao)間(jian)的(de)時機或陣(zhen)列，就(jiu)能(neng)控制(zhi)信(xin)號(hao)射向(xiang)(xiang)特定位(wei)置(zhi)。

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二、激光雷達的測距方法有哪些

就(jiu)像大(da)家(jia)所熟知的那樣，路程=速度×時間(jian)，激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達的測距過程也(ye)離(li)不開這個公式(shi)。在空(kong)間(jian)中，激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)的飛行(xing)速度是已知的3×108m/s。現(xian)有(you)的激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)雷達測距方法(fa)有(you)很多種(zhong)，除了直接測量激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)脈沖飛行(xing)時間(jian)的方式(shi)，還可以通過對發射激(ji)(ji)(ji)光(guang)(guang)信(xin)號的幅度、頻率等參數進行(xing)調(diao)制來間(jian)接的獲(huo)取(qu)目(mu)標的距離(li)信(xin)息。

利用激光雷達進行距離測量，針對(dui)不(bu)同的應用場景，我們要(yao)對(dui)癥下藥。

1、“激光測距里的千里眼”——脈沖激光測距法

脈沖(chong)激(ji)光具有峰值功率大的特(te)點，這使它能夠在(zai)空(kong)間(jian)(jian)(jian)中(zhong)傳播很長的距(ju)(ju)離，所(suo)以(yi)脈沖(chong)激(ji)光測距(ju)(ju)法(fa)可(ke)以(yi)對很遠(yuan)的目標進行測量。很遠(yuan)是有多遠(yuan)呢？目前人類(lei)歷史(shi)上最遠(yuan)的激(ji)光測量距(ju)(ju)離是地(di)球和(he)月(yue)亮之間(jian)(jian)(jian)的距(ju)(ju)離，他們采用的就是脈沖(chong)激(ji)光測距(ju)(ju)法(fa)。自2019年6月(yue)以(yi)來，我國(guo)天琴計(ji)劃團隊已(yi)經(jing)多次成功實現地(di)月(yue)距(ju)(ju)離的測量，通過對脈沖(chong)飛行時(shi)間(jian)(jian)(jian)的精確計(ji)時(shi)，得到地(di)月(yue)距(ju)(ju)離在(zai)351，000km到406，000km（橢圓軌道）之間(jian)(jian)(jian)波動。

脈沖(chong)激光測距是(shi)一種發展十分成熟的(de)測距體制，不僅可以用(yong)來對遠(yuan)目標探測，還可以用(yong)在數(shu)公里(li)甚(shen)至數(shu)十米測量(liang)場(chang)景(jing)下。目前(qian)的(de)汽車自動駕駛中也大(da)多采(cai)用(yong)這(zhe)種方法(fa)，其測距精度可以達到厘米量(liang)級，這(zhe)對大(da)部分的(de)應用(yong)場(chang)景(jing)已經(jing)足夠(gou)。

2、“明察秋毫”的相位激光測距法

對那些對測(ce)距(ju)精(jing)度要求較(jiao)高(gao)的(de)應(ying)用(yong)場景，如“空間(jian)交匯對接”中最后的(de)接近段等，厘米級的(de)測(ce)距(ju)精(jing)度已(yi)經不能滿足它們的(de)要求，這(zhe)時候需要用(yong)相位激(ji)光測(ce)距(ju)的(de)方法來測(ce)量。

相位(wei)激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)距(ju)發射的是(shi)經過了調制(zhi)的連(lian)續激(ji)光(guang)(guang)(guang)信(xin)號(hao)，通過測(ce)量(liang)回(hui)波信(xin)號(hao)與(yu)發射信(xin)號(hao)之間的相位(wei)差(cha)來確定(ding)目標的距(ju)離(li)。與(yu)脈(mo)沖(chong)激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)距(ju)相比(bi)，相位(wei)式激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)距(ju)法(fa)(fa)有更(geng)高的測(ce)距(ju)精度(du)，其(qi)測(ce)距(ju)精度(du)可以達到毫(hao)米級(ji)。但是(shi)由于相位(wei)式測(ce)距(ju)發射的激(ji)光(guang)(guang)(guang)為(wei)連(lian)續波，這使得它的平均(jun)功率(lv)遠(yuan)低(di)于脈(mo)沖(chong)激(ji)光(guang)(guang)(guang)的峰值功率(lv)，因而無法(fa)(fa)實(shi)現遠(yuan)距(ju)離(li)目標的探測(ce)。我(wo)們生活(huo)中常(chang)用(yong)的手持式激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)距(ju)儀大多都(dou)是(shi)采用(yong)相位(wei)激(ji)光(guang)(guang)(guang)測(ce)距(ju)的方法(fa)(fa)。

3、“追著你測”的調頻連續波激光測距法

如(ru)果(guo)(guo)目(mu)(mu)標(biao)是運動(dong)的(de)(de)(de)，除了(le)距(ju)(ju)離(li)，我們還想知道目(mu)(mu)標(biao)的(de)(de)(de)速(su)度(du)時(shi)，該(gai)怎么辦呢(ni)？隨著航天(tian)技術的(de)(de)(de)發展(zhan)，保證航天(tian)器能夠安(an)全的(de)(de)(de)軟著陸成為一個重要的(de)(de)(de)問題。單次(ci)脈沖激光測(ce)(ce)距(ju)(ju)和相位測(ce)(ce)距(ju)(ju)法只能獲得(de)目(mu)(mu)標(biao)的(de)(de)(de)距(ju)(ju)離(li)信息，若(ruo)要獲得(de)其速(su)度(du)至少需要兩(liang)次(ci)測(ce)(ce)量結(jie)果(guo)(guo)并結(jie)合兩(liang)次(ci)測(ce)(ce)量的(de)(de)(de)時(shi)間間隔來(lai)(lai)計(ji)算(suan)。而這樣(yang)計(ji)算(suan)出來(lai)(lai)的(de)(de)(de)平(ping)均(jun)速(su)度(du)的(de)(de)(de)精度(du)遠低于(yu)激光多普勒(le)測(ce)(ce)速(su)雷達(da)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)速(su)精度(du)。

調頻連(lian)續波激(ji)光(guang)測距方法可以解決這個(ge)問題(ti)，它不僅可以測距，還可以測速，因此(ci)可以應用于相對(dui)運動速度較(jiao)高的目標(biao)測距。