一、激光雷達的性能指標有哪些

激光雷達(da)的主要性(xing)能參數有激光的波(bo)長、探測(ce)(ce)距(ju)離、FOV（垂(chui)直+水(shui)平）、測(ce)(ce)距(ju)精度、角分辨率、出點數、線(xian)束、安全等(deng)級、輸出參數、IP防護等(deng)級、功率、供(gong)電電壓、激光發射方式（機械/固態）、使用壽命等(deng)。

1、激光的波長：目前市場(chang)上三維成像(xiang)激光雷達最常用的波(bo)長是(shi)905nm和1550nm。1550nm波(bo)長LiDAR傳感器(qi)可以(yi)以(yi)更高的功率運行，以(yi)提高探測范圍(wei)，同時對于雨(yu)霧的穿透力更強。905nm的主要(yao)優點是(shi)硅(gui)在該(gai)波(bo)長處吸收(shou)光子，而硅(gui)基光電(dian)探測器(qi)通常比探測1550nm光所需的銦鎵(jia)砷（InGaAs）近紅外探測器(qi)便(bian)宜。

2、安全等級：激光(guang)雷達(da)的(de)(de)(de)安全等級是否滿足Class1，需要(yao)考慮特定波長的(de)(de)(de)激光(guang)產品在完(wan)全工作(zuo)時(shi)(shi)間內的(de)(de)(de)激光(guang)輸(shu)出(chu)功率，即激光(guang)輻射的(de)(de)(de)安全性(xing)是波長、輸(shu)出(chu)功率，和激光(guang)輻射時(shi)(shi)間的(de)(de)(de)綜合作(zuo)用的(de)(de)(de)結果。

3、探測距離：激光雷達的測距(ju)與目標(biao)的反(fan)射率相關。目標(biao)的反(fan)射率越高則測量的距(ju)離越遠，目標(biao)的反(fan)射率越低(di)則測量的距(ju)離越近。因此在查看激(ji)光雷達的探測距(ju)離時(shi)(shi)要(yao)知道該測量距(ju)離是目標(biao)反(fan)射率為多少時(shi)(shi)的探測距(ju)離。

4、FOV：激光雷達的視場(chang)角(jiao)(jiao)有(you)水(shui)平視場(chang)角(jiao)(jiao)和垂直視場(chang)角(jiao)(jiao)。如果是機械旋(xuan)轉激光雷達，則其水(shui)平視場(chang)角(jiao)(jiao)為360度。

5、角分辨率：一(yi)(yi)個(ge)(ge)是垂直分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)，另一(yi)(yi)個(ge)(ge)是水(shui)平分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)。水(shui)平方向(xiang)上做到高分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)其(qi)實不難，因為水(shui)平方向(xiang)上是由(you)電機帶(dai)動的，所以(yi)水(shui)平分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)可以(yi)做得很(hen)高。一(yi)(yi)般可以(yi)做到0.01度級(ji)別。垂直分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)是與發射器(qi)幾(ji)何大小相關，也(ye)與其(qi)排布有關系，就是相鄰兩個(ge)(ge)發射器(qi)間隔做得越小，垂直分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)也(ye)就會越小。垂直分(fen)辨(bian)(bian)率(lv)為0.1~1度的級(ji)別。

6、出點數：每秒激(ji)光(guang)雷達(da)發(fa)射的激(ji)光(guang)點數(shu)。激(ji)光(guang)雷達(da)的點數(shu)一般從幾(ji)萬(wan)點至幾(ji)十萬(wan)點每秒左右。

7、線束：多(duo)線(xian)(xian)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)(da)，就(jiu)是(shi)(shi)通過多(duo)個激光(guang)(guang)發射(she)器(qi)在垂直(zhi)方向上(shang)(shang)的(de)(de)分布(bu)，通過電(dian)機的(de)(de)旋轉形成多(duo)條線(xian)(xian)束(shu)的(de)(de)掃描(miao)。多(duo)少線(xian)(xian)的(de)(de)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)(da)合(he)適，主要是(shi)(shi)說多(duo)少線(xian)(xian)的(de)(de)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)(da)掃出來(lai)的(de)(de)物體(ti)能夠適合(he)算法(fa)的(de)(de)需求。理(li)論上(shang)(shang)講，當(dang)然是(shi)(shi)線(xian)(xian)束(shu)越(yue)多(duo)、越(yue)密，對環境描(miao)述就(jiu)更加(jia)充分，這樣還可以降低算法(fa)的(de)(de)要求。常見的(de)(de)激光(guang)(guang)雷(lei)達(da)(da)(da)的(de)(de)線(xian)(xian)束(shu)有：16線(xian)(xian)、32線(xian)(xian)、64線(xian)(xian)等。

8、輸出參數：障礙(ai)物(wu)的位置（三(san)維）、速度（三(san)維）、方向、時間戳（某些激(ji)光(guang)雷達(da)有）、反射率

9、使用壽命：機械旋轉的(de)激光雷達(da)的(de)使(shi)用壽命(ming)(ming)一(yi)般在幾千小時；固態激光雷達(da)的(de)使(shi)用壽命(ming)(ming)可高達(da)10萬小時。

10、激光發射方式：傳統(tong)的(de)(de)(de)采用(yong)(yong)機(ji)械旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)結構，機(ji)械旋轉(zhuan)(zhuan)容易(yi)導致磨損使(shi)得(de)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)達(da)的(de)(de)(de)使(shi)用(yong)(yong)壽命(ming)有限。固態(tai)激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)達(da)主要(yao)由三類-Flash、MEMS、相(xiang)控(kong)(kong)陣。Flash激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)達(da)只要(yao)有光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)源，就(jiu)能用(yong)(yong)脈沖(chong)一(yi)次(ci)覆蓋整個視(shi)場(chang)。隨(sui)后(hou)再用(yong)(yong)飛行時間(jian)（ToF）方(fang)法(fa)接收相(xiang)關(guan)數據(ju)并繪(hui)制(zhi)出激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)達(da)周圍的(de)(de)(de)目標。MEMS激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)達(da)其結構相(xiang)當簡單(dan)，只要(yao)一(yi)束激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)和一(yi)塊(kuai)反(fan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)鏡(jing)。具體來說，激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)射向(xiang)這(zhe)塊(kuai)類似陀螺一(yi)樣(yang)旋轉(zhuan)(zhuan)的(de)(de)(de)反(fan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)鏡(jing)就(jiu)行，反(fan)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)鏡(jing)通過轉(zhuan)(zhuan)動(dong)，可(ke)以實現對激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)方(fang)向(xiang)的(de)(de)(de)控(kong)(kong)制(zhi)。相(xiang)控(kong)(kong)陣激(ji)光(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)(guang)雷(lei)達(da)利(li)用(yong)(yong)獨立天線同(tong)步形成的(de)(de)(de)微陣列，相(xiang)控(kong)(kong)陣可(ke)以向(xiang)任何方(fang)向(xiang)發送(song)(song)無線電(dian)波，完全省略了“旋轉(zhuan)(zhuan)”這(zhe)一(yi)步驟，只需控(kong)(kong)制(zhi)每個天線發送(song)(song)信號間(jian)的(de)(de)(de)時機(ji)或陣列，就(jiu)能控(kong)(kong)制(zhi)信號射向(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)像大家所熟(shu)知的(de)(de)那樣，路程=速度(du)(du)×時(shi)間(jian)，激(ji)(ji)光雷達的(de)(de)測(ce)距過程也(ye)離(li)不開(kai)這個公式。在(zai)空間(jian)中(zhong)，激(ji)(ji)光的(de)(de)飛(fei)行(xing)速度(du)(du)是已知的(de)(de)3×108m/s。現有的(de)(de)激(ji)(ji)光雷達測(ce)距方法有很多種，除(chu)了直(zhi)接測(ce)量激(ji)(ji)光脈沖飛(fei)行(xing)時(shi)間(jian)的(de)(de)方式，還可以通過對發射激(ji)(ji)光信號(hao)的(de)(de)幅度(du)(du)、頻(pin)率等參數進(jin)行(xing)調制來(lai)間(jian)接的(de)(de)獲取(qu)目(mu)標的(de)(de)距離(li)信息。

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

1、“激光測距里的千里眼”——脈沖激光測距法

脈(mo)沖(chong)激(ji)光具有峰(feng)值功率大的(de)(de)(de)特點，這使它能(neng)夠在空間(jian)中傳播(bo)很(hen)長的(de)(de)(de)距離(li)(li)，所(suo)以脈(mo)沖(chong)激(ji)光測(ce)距法可(ke)以對(dui)很(hen)遠(yuan)的(de)(de)(de)目標進(jin)行(xing)測(ce)量。很(hen)遠(yuan)是(shi)有多(duo)遠(yuan)呢？目前人類歷史上最遠(yuan)的(de)(de)(de)激(ji)光測(ce)量距離(li)(li)是(shi)地球和月(yue)亮之(zhi)間(jian)的(de)(de)(de)距離(li)(li)，他們采用的(de)(de)(de)就是(shi)脈(mo)沖(chong)激(ji)光測(ce)距法。自2019年6月(yue)以來(lai)，我(wo)國天琴計劃(hua)團隊已(yi)經多(duo)次成功實現地月(yue)距離(li)(li)的(de)(de)(de)測(ce)量，通(tong)過對(dui)脈(mo)沖(chong)飛行(xing)時間(jian)的(de)(de)(de)精(jing)確計時，得到(dao)(dao)地月(yue)距離(li)(li)在351，000km到(dao)(dao)406，000km（橢圓(yuan)軌道）之(zhi)間(jian)波動。

脈(mo)沖激(ji)光測距是一種(zhong)發展十(shi)分(fen)成熟的(de)測距體(ti)制，不僅(jin)可以用(yong)來對遠(yuan)目標探測，還可以用(yong)在數公里甚至數十(shi)米(mi)測量(liang)場景(jing)下(xia)。目前的(de)汽車自(zi)動駕駛中也大多(duo)采(cai)用(yong)這種(zhong)方(fang)法，其測距精度可以達到厘米(mi)量(liang)級，這對大部分(fen)的(de)應用(yong)場景(jing)已經足夠(gou)。

2、“明察秋毫”的相位激光測距法

對(dui)那些(xie)對(dui)測距(ju)(ju)精(jing)度要(yao)(yao)求較高的應用場景，如“空間(jian)交匯對(dui)接”中(zhong)最后的接近段等，厘米級的測距(ju)(ju)精(jing)度已經不能(neng)滿足它們的要(yao)(yao)求，這時候需要(yao)(yao)用相位激光(guang)測距(ju)(ju)的方法(fa)來(lai)測量。

相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)激光(guang)(guang)(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)距發(fa)射(she)的(de)(de)(de)是(shi)經(jing)過了調制的(de)(de)(de)連(lian)續(xu)激光(guang)(guang)(guang)信號，通(tong)過測(ce)(ce)(ce)(ce)量(liang)回波信號與發(fa)射(she)信號之(zhi)間的(de)(de)(de)相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)差來確定(ding)目標(biao)的(de)(de)(de)距離。與脈沖激光(guang)(guang)(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)距相(xiang)(xiang)(xiang)比，相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)式激光(guang)(guang)(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)距法有更高(gao)的(de)(de)(de)測(ce)(ce)(ce)(ce)距精度，其測(ce)(ce)(ce)(ce)距精度可以達到毫米級。但是(shi)由于(yu)相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)式測(ce)(ce)(ce)(ce)距發(fa)射(she)的(de)(de)(de)激光(guang)(guang)(guang)為連(lian)續(xu)波，這(zhe)使得它(ta)的(de)(de)(de)平均功(gong)率遠低于(yu)脈沖激光(guang)(guang)(guang)的(de)(de)(de)峰(feng)值功(gong)率，因而無(wu)法實現遠距離目標(biao)的(de)(de)(de)探測(ce)(ce)(ce)(ce)。我們生活中常用的(de)(de)(de)手持(chi)式激光(guang)(guang)(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)距儀大多都是(shi)采(cai)用相(xiang)(xiang)(xiang)位(wei)(wei)(wei)激光(guang)(guang)(guang)測(ce)(ce)(ce)(ce)距的(de)(de)(de)方(fang)法。

3、“追著你測”的調頻連續波激光測距法

如果目(mu)(mu)標是運動的(de)(de)，除了距(ju)(ju)離，我(wo)們還想知(zhi)道(dao)目(mu)(mu)標的(de)(de)速(su)度(du)(du)時(shi)，該怎(zen)么辦呢？隨著航天(tian)技術(shu)的(de)(de)發(fa)展，保證航天(tian)器(qi)能夠安全(quan)的(de)(de)軟(ruan)著陸成為一個重要的(de)(de)問題。單次脈(mo)沖激光(guang)測(ce)(ce)距(ju)(ju)和相位(wei)測(ce)(ce)距(ju)(ju)法只能獲(huo)得(de)目(mu)(mu)標的(de)(de)距(ju)(ju)離信息，若要獲(huo)得(de)其速(su)度(du)(du)至少需要兩(liang)次測(ce)(ce)量(liang)結果并(bing)結合兩(liang)次測(ce)(ce)量(liang)的(de)(de)時(shi)間間隔(ge)來計算。而這樣計算出來的(de)(de)平均速(su)度(du)(du)的(de)(de)精(jing)(jing)度(du)(du)遠低于激光(guang)多普勒測(ce)(ce)速(su)雷達的(de)(de)測(ce)(ce)速(su)精(jing)(jing)度(du)(du)。

調(diao)頻連續波激光測(ce)距方法可以(yi)(yi)解決這(zhe)個問題(ti)，它不僅(jin)可以(yi)(yi)測(ce)距，還可以(yi)(yi)測(ce)速，因此(ci)可以(yi)(yi)應(ying)用于相對運動速度較高的(de)目標(biao)測(ce)距。